02_Sen_level (Конспект лекций по предмету, преподаватель Ляхова Н.Б.)

Датчики уровня.

Механические датчики. Самыми простыми являются поплавковые датчики, перемещающиеся вместе с уровнем жидкости в резервуаре.

R + U

_

U

Рис. Схемы поплавковых уровнемеров жидкости с потенциометрическим и индуктивным преобразователями.

Линейное перемещение поплавка может фиксироваться потенциометрическим преобразователем (воздействуя на движок реостата) или индуктивным (перемещая сердечник катушки) с непрерывным изменением аналогового сигнала.

Мембранный (механический) датчик предназначен для измерения в бункере уровня твердых сыпучих тел (например, гранулированного сырья для литья или прессования пластмасс). Мембранный датчик крепится к стенке бункера (рис.А10-3.18) . На гибкую мембрану 1 из прорезиненной ткани с жестким металлическим диском 2 оказывается давление. Диск перемещается, преодолевая усилие пружины 3. Срабатывает микропереключатель 4, инициируя , например, окончание засыпки бункера.

Электрические уровнемеры используют изменения электропроводности , диэлектрической проницаемости  и др.

 Принцип использования позисторов в качестве датчиков уровня жидкости основан на различии теплопроводности воздуха и жидкостей теплопроводность воздуха намного меньше. Если прибор окружен воздушной средой, то теплообмен позистора с воздухом достаточно мал, и при достаточно малом токе терморезистор остается в горячем и высокоомном состоянии. Когда уровень жидкости достигает устройства, она быстрее охлаждает позистор, и его сопротивление уменьшается, что приводит к увеличению протекающего через него тока. Таким образом, уровень жидкости может быть определен простым измерением тока, протекающего через позистор.

Рис. Схема измерения уровня жидкости. Если позистор в жидкой среде, то ток в цепи больше, чем в случае расположения позистора в воздухе. Таким образом, уровень жидкости может быть определен простым измерением тока, протекающего через позистор

Датчик уровня жидкости использует разницу сопротивлений электродов в жидкости (малое R) и вне ее (большое R) относительно корпуса резервуара. Первое состояние воспринимается как “0”, второе - как “1”, что служит сигналом для окончания работы насоса. Два электрода позволяют включать насос после уменьшения уровня жидкости ниже допустимой величины .

U + 9 V

к схеме управления

насосом

Рис. Схема электродного датчика уровня жидкости.

Рис. Емкостные датчики уровня: b) – цилиндрический, с) - многоемкостной.

Рис. Емкостные датчики приближения (Proximity) для определения уровня гранулированных материалов и жидкостей.

Оптические уровнемеры.

Лазерный дальномер определяет уровень границы двух сред по разности фаз излученного и отраженного сигналов.

Волоконно-оптический датчик - световод состоит из сердечника с

показателем преломления n_с и отражающего покрытия (оболочки) с n_об . При условии n_с > n_об и  < _кр ( где Sin _кр = n_об / n_с ) свет испытывает полное внутреннее отражение от оболочки и распространяется внутри световода. При

 > _кр часть световой энергии проходит через оболочку и рассеивается в пространстве.

 < _кр

_кр

 > _кр

n_с n_об

Рис. Схема ввода и распространения света по световоду-волокну.

Интенсивность светового пучка: J (x) = J (0) exp ( -  х) ,

где  - коэффициент поглощения (ослабления), зависящий от поперечных размеров волокна, дефектов структуры сердечника и оболочки, дефектов поверхности (шероховатости, загрязнений,... Удовлетворительное значение  = 5..6 дБ/км.

Волоконнооптический уровнемер состоит из петли волокна, оголенной на сгибе.

Как только сгиб погружается в жидкость, имеющую коэффициент преломления

больше 1, увеличивается затухание мощности излучения от источника света до фотодетектора. Фиксируя момент изменения, определяют уровень жидкости.

Рис. Волоконнооптический уровнемер.

Ультразвуковые уровнемеры основаны на свойстве звуковых колебаний отражаться от границы раздела сред с различным акустическим сопротивлением. Датчик нечувствителен к температуре.

Рис. Ультразвуковые датчики уровня.