Поплавковые датчики уровня для химически агрессивных сред ОВЕН ПДУ-4. 1

Поплавковые датчики уровня для химически агрессивных сред ОВЕН ПДУ-4.1

Недорогой датчик для колодцев, бассейнов, открытых водоемов, садовых баков, резервуаров

Экономичное и надежное решение для септиков, выгребных и канализационных ям

Надежное решение для защиты от переполнения и сухого хода при присутствии волны и качки

Поплавковый уровнемер

ИА Neftegaz.RU.

Поплавковый уровнемер — это приспособление для измерения уровня жидкости в какой-либо емкости. Такое измерение можно выполнить различными способами, в том числе с помощью поплавка. Именно так работает поплавковый уровнемер — поплавок частично погружается в жидкость, и его положение замеряется. Если жидкость однородна, то он будет погружаться одинаково независимо от местонахождения и не будет вносить в измерения погрешность.

Чтобы описать физически положение поплавка, нужно учесть действующие на него силы — силу тяжести и противоположную ей по знаку, но равную по значению выталкивающую силу. Силу тяжести можно вычислить, умножив объем того фрагмента поплавка, который находится в жидкости, на плотность жидкости, в которую он погружен. Отсюда видно, что при изменении плотности жидкости меняется объем погруженной части, что и является основной причиной погрешностей в измерениях такого типа. Понятно, что однородная жидкость — явление идеальное и в природе, к сожалению, наблюдаться не может, поэтому для максимальной точности измерений уровня жидкости с помощью поплавка его выполняют из как можно более легкого материала, или же стараются сделать его поперечное сечение как можно больше. Это приводит к уменьшению осадки поплавка, и, следовательно, к более точным измерениям, которые делает поплавковый уровнемер.

Обычно поплавок связан с указателем уровня гибкой механической связью.

Это значит, что масса поплавка не должна быть слишком мала, так как нужно обеспечить достаточное натяжение, чтобы уровнемер смог определить положение.

Кроме того, поплавок не должен быть слишком большим — вместе с его размерами придется увеличивать и весь поплавковый уровнемер, что в большинстве случаев нежелательно.

Данные ограничения определяют форму, размер поплавка и материал, из которого он изготовлен. Далее приведена схема поплавкового уровнемера в самом простом варианте исполнения.

Схема поплавкового уровнемера

Здесь поплавок (1) соединен с указателем (3) с помощью троса (2).

Также схема поплавкового уровнемера показывает расположенный на конце троса рядом с указателем противовес (4), который сохраняет натяжение троса.

Виды поплавковых уровнемеров

Если жидкость, уровень которой необходимо измерить, находится при невысокой температуре, и в ней не наблюдается высокого давления или, наоборот, разрежения, то применяют поплавковые уровнемеры типа УДУ. Их слабое место — невысокая герметизация резервуара. Принцип действия поплавкового уровнемера УДУ дает возможность с точностью до 4 мм измерить уровень жидкости в сосуде глубиной до 20 метров, в интервале температур от -50 до +50°С. Избыточное давление при этом должно быть в диапазоне от -1,5 до 3 кПа. Примером таких жидкостей могут служить разнообразные нефтепродукты. Если же давление и температура жидкости превышают указанные значения, используют поплавковый уровнемер типа ПМП с магнитными преобразователями. Он способен определить положение поплавка в пределах глубины от 0,5 до 6 метров с точностью до 5 мм.

Область применения поплавковых уровнемеров

Уровнемеры подобного принципа действия применяются для измерения уровня жидкостей. Чтобы сделать точное измерение, жидкость должна быть как можно более однородной. Но бывают случаи, когда нужно измерить 2- фазную жидкость. Тогда применяют конструкцию с 2 поплавками. Вариант конструкции с гибкой направляющей трубой, или тросом (4) на схеме, подойдет для больших устройств, предназначенных для глубоких измерений, так как он легче транспортируется. Вообще область применения поплавковых уровнемеров крайне широкая, с их помощью можно измерить любые жидкости, от уровня питьевой воды в баке до контроля количества химикатов. Поплавковый уровнемер незаменим в коллекторах и отстойниках, водохранилищах, реках и каналах.

Горизонтальное расположение

Если сверху датчик установить не удается, его крепят горизонтально к стене резервуара. Магнит с поплавком устанавливают на рычаге с шарниром, а геркон помещают в корпусе. При подъеме жидкости в верхнее положение магнит подходит к коннтактам и датчик срабатывает, сигнализируя о достижении предельного положения.

При повышенной загрязненности или замерзании жидкости применяется более надежный поплавковый датчик уровня воды на гибком тросе. Он состоит из размещенной на глубине небольшой герметичной емкости с металлическим шариком с герконовым контактом или тумблером внутри. При совпадении уровня воды с положением датчика происходит переворот емкости и срабатывание контакта.

Одними из самых точных и надежных поплавковых датчиков являются магнитострикционные. Они содержат поплавок с магнитом, которые скользят по металлическому стержню. Принцип работы заключается в изменении продолжительности прохождения через стержень ультразвукового импульса. Отсутствие электрических контактов существенно повышает четкость срабатывания при достижении границы раздела сред заданного положения.

Устройство и работа

Бытовой фекальный насос применяется для перекачивания засоренной крупными частицами воды, а также канализационных стоков. Вода, которую откачивают эти агрегаты, может содержать удобрения и агрессивные по химическому составу вещества.

Работа фекального насоса основана на принципе действия центробежной силы на перекачиваемую жидкость. Легко понять, как именно происходит перекачивание воды, можно рассмотрев устройство фекального насоса.

Конструктивная схема состоит из двух принципиально отличных частей – гидравлической и электрической.

В гидравлическую часть оборудования входят рабочее колесо, вал, подшипники, корпус и уплотнения. К электрической части относят статор, закрепленный в корпусе и ротор, монтируемый на валу, и само собой кабеля питания.

Принцип работы состоит в следующем: центробежный агрегат помещают в перекачиваемую воду, затем подключают электропитание.

Двигатель приводит в движение крыльчатку, которая начинает вращаться. Создается центробежная сила и жидкость отбрасывается к стенкам улитки.

На входе в рабочее колесо образуется область пониженного давления, и вода засасывается через патрубок в фекальный насос. На выходе из рабочего колеса давление повышается, и перекачиваемая жидкость выталкивается в напорную магистраль. Так обеспечивается перекачивание жидкости.

При этом следует помнить, что оборудование, в том числе и двигатель охлаждается перекачиваемой водой, поэтому долговременная работа “на сухую” может привести к перегреву и поломкам.

Для обеспечения возможности работать с сильно загрязненными стоками на большинстве моделей оборудования этого типа предусмотрена установка специального режущего механизма, который доводит фекальные отходы до состояния однородной массы. Такой механизм называется измельчителем (или ножами).

Фекальные насосы делятся на поверхностные и погружные:

Погружные модели монтируется на дно резервуара и работают обычно в автоматическом режиме. Включение и выключение такого оборудования происходит при помощи поплавкового переключателя.

В случае использования поверхностного электронасоса для фекальных вод, в перекачиваемую среду опускается только шланг, подсоединенный к входному патрубку агрегата. Само оборудование находится на поверхности. Такие модели нашли широкое применение в частном доме или на даче.

Кроме этого, оборудование подразделяется на бытовые и промышленные модели.

Бытовые фекальные насосы используются для откачивания грязной воды с участка частного дома. Он используется для откачки воды из бассейна, подвала, погреба или другого водоема. При выборе такого аппарата важно учесть спектр его работы.

Агрегаты промышленного исполнения используются в деятельности заводов различных направлений – это могут быть насосы для промышленных стоков, для перекачивания бумажных масс, грунтовые и другие модели.

Чем отличаются фекальные насосы от дренажных

С первого взгляда может показаться, что эти два типа агрегатов выполняют одну и туже функцию, но рассмотрев конструкцию и область работы каждого электронасоса Вы найдёте множество отличий.

Первое чем отличаются фекальные насосы является значительная ширина проходного сечения проточной части, обусловленная размером твердых частиц в перекачиваемой жидкости.

Специальная форма проточной части, выбираемая обычно из условия обеспечения равномерного износа, обуславливает, как правило, более низкое значение КПД по сравнению с КПД насосов для чистой воды.

Оборудования этого типа работает с агрессивной средой, которой являются стоки канализации, поэму корпус таких аппаратов должен быть изготовлен из материала стойкого к перекачиваемой среде. Такими материалами являются нержавеющие стали, чугуны и некоторые виды пластика.

Основные преимущества фекального насоса для откачки канализации:

Возможность перекачки жидкостей с примесями фракции до 80 мм. Кроме того, они могут вполне заменить обычные бытовые насосы при равенстве напорных и расходных характеристик.

Значительный рабочий ресурс, обеспеченный применением при производстве материалов стойких к коррозии и агрессивным веществам.

Работа в погруженном состоянии обеспечивает лучшее охлаждение электрической части установки, что обеспечивает ее долговечность.

Канализационные насосы являются самозаполняемыми, предварительная заливка перед пуском не требуется.

Возможность работы и в автоматическом режиме, и при ручном управлении.

Обеспечивают подъем фекальных масс на высоту до 30 метров и более, отличаются высокой производительностью.

Применение канализационных насосов с измельчителем позволяет сэкономить на прокладке напорных трубопроводов, вполне достаточно магистрали диаметром до 50 мм.

Чтобы правильно подобрать фекальный насос необходимо обратить внимание на некоторые наиболее важные характеристики:
рабочая глубина для оборудования;
расстояние от места всасывания до точки, в которую транспортируется сток;
производительность – объем жидкости, которую необходимо перекачивать, скорость перекачки, которая измеряется м 3 /ч или л/мин;
размер встречающихся в стоке твердых включений;
размер по окружности стoчной трубы, проводящей в сeптик стоки;
условия эксплуатации устройства.

Монтаж и подключение

Установка фекального насоса для частного дома или дачи может производиться как мобильно, так и стационарно. В каждом конкретном случае следует предпринять меры для защиты оборудования.

Следует помнить, что всасывающий патрубок расположен внизу корпуса, т.е. насос забирает воду из-под себя, поэтому установка на нетвердом основании, например в ил приведет к быстрому засорению и поломке. О том как этого избежать описано в стационарном способе монтажа.

Вариант 1 — стационарная установка фекального насоса в выгребную яму предусматривает постоянное размещение оборудования на дне резервуара. В этом случае на дно ямы устанавливается жесткая площадка (например, из кирпича или стальной конструкции) к которой крепится оборудование. К напорному патрубку подсоединяются трубы, по которым производится перемещение жидкости.

Вариант 2 – мобильный монтаж фекального насоса, например в колодце, используется в подавляющем большинстве случаев. Оборудование на цепи или тросе опускается на дно ямы. Когда содержимое ямы откачано аппарат отключают от питания, вынимают из ямы, моют, сушат и помещают в подсобное помещение до следующего раза. В этом случае необходимо использовать датчик уровня, например поплавковый выключатель, чтобы избежать перегрева агрегата.

После того как Вы определитесь с вариантом монтажа следует подключить напорный трубопровод. В качестве такого трубопровода может выступать гибкий шланг или ПВХ труба необходимого диаметра (например, 63 или 75 миллиметров).

Для исключения обратного тока перекачиваемой жидкости на напорном патрубке устанавливается обратный клапан.

Специалисты по установке оборудования рекомендуют производить подключение фекального насоса к электропитанию через электрощит с использованием УЗО, а для контроля включения выключения использовать поплавковый выключатель, о котором написано ниже.

Поплавок фекального насоса

Поплавковый выключатель на сегодняшний день всё чаще становится неотъемлемым атрибутом фекального насоса. Такие модели покупаются наряду с безпоплавковыми.

Использование поплавка позволяет избежать перелива и переполнения резервуара и обеспечить работу оборудования в автоматическом режиме.

Конструктивно такой выключатель представляет собой пластиковую коробку, внутри которой расположен электрический переключатель и стальной шарик.

Принцип работы такого нехитрого устройства заключен в изменении положения поплавка в зависимости от уровня воды в резервуаре. Например, когда резервуар заполнен перекачиваемой средой и поплавок находится в верхнем положении – стальной шарик замыкает электрические контакты и автоматика включает насос.

По мере того как понижается уровень воды в резервуаре и меняется положение поплавка, железный шарик меняет свое положение, контакты размыкаются и электронасос отключается.

Откачка выгребных ям

Выгребная яма представляет собой накопительную емкость, в которой собираются различные стоки, в том числе канализационные. По мере наполнения такую емкость необходимо опорожнить.

Одним из решений для опорожнения выгребной ямы является заказ машины для ассенизации — выкачки скопившихся нечистот. Но можно обойтись и собственными силами — используя фекальный насос с измельчителем для утилизации отходов. Ведь ключевой особенностью агрегата, помимо откачки, является измельчение попадающих в канализацию предметов.

Кроме того, предприятия, использующие производство и реализацию продуктов питания, зачатую сталкиваются с ситуацией засора канализации. Именно на таких производствах производится установка фекального насоса с измельчителем.

Откачка выгребных ям фекальным насосом производится в следующей последовательности.

Шаг 1: К напорному патрубку подключается рукав или пластиковый трубопровод.

Шаг 2: К ручке на крышке фекального насоса крепится трос или цепь необходимой длины.

Шаг 3: Устанавливается линия электропитания. В большинстве случаев кабель электропитания крепится непосредственно к тросу.

Шаг 4: Оборудование опускается в резервуар на необходимую глубину.

Шаг 5: По завершении работы, когда яма для фекального насоса опорожнена, оборудование извлекается, промывается и помещается на хранение.

При использовании этого типа оборудования необходимо помнить, что фекальный насос с измельчителем нуждается в регулярной профилактической очистке от различный загрязняющих механических частиц.

Поэтому в случает, когда оборудование постоянно находится в выгребной яме, рекомендуется не реже одного раза в три месяца вынимать его для очистки.

Кондуктометрические датчики

Кондуктометрические датчики уровня (рис. 2, 3) применяют для контроля одного или нескольких предельных уровней жидкости, проводящей электрический ток. К таким жидкостям относятся растворы кислот и щелочей, вода и водные растворы солей, пищевые продукты и т.п. Принцип действия этих датчиков основан на разнице электрической проводимости жидкости и воздуха, фиксируемой электродом. Кондуктометрические датчики бывают как одностержневыми (одноэлектродные), так и многостержневыми (многоэлектродные) — для контроля нескольких уровней жидкости.

Рис. 2. Датчик уровня кондуктометрический 3-стержневой ОВЕН ДСП.3

Рис. 3. Датчик уровня кондуктометрический ОВЕН ДС.ПВТ

Кондуктометрические датчики (типа ДУ, ДС и ДС.ПВТ) в простейшем случае представляют собой изолированные металлические электроды, выполненные из нержавеющей стали. Один электрод является общим для всей схемы контроля, он устанавливается в резервуаре так, чтобы его рабочая часть находилась в постоянном контакте с жидкостью (от нижнего до верхнего уровня контроля). При установке в металлическом резервуаре его корпус может быть использован в качестве общего электрода. Остальные электроды являются сигнальными и располагаются на соответствующих своему назначению уровнях. По мере заполнения резервуара электроды, соприкасаясь с жидкостью, замыкают электрическую цепь между общим и соответствующими сигнальными входами прибора.

Компания ОВЕН выпускает различные модели кондуктометрических датчиков (таблица 1).

Таблица 1. Технические характеристики кондуктометрических датчиков ОВЕН

Одноэлектродные датчики (ДС.1, ДС.2, ДС.П, ДС.ПВТ, ДС.К) предназначены для контроля уровня жидкости в металлических резервуарах открытого и закрытого типа. Гильза датчиков изготавливается из керамики, фторопласта и пластмассы. К отличительным особенностям нового датчика ДС.ПВТ относятся: гидравлическая прочность 30,0 МПа; особенность структуры, предотвращающая скопление жидкости и ложное срабатывание; а также повышенная прочность по сравнению с керамическими датчиками.

Трех-, четырех- и пятиэлектродные датчики (ДУ.3, ДУ.4, ДУ.5) используются для контроля двух, трех, четырех уровней жидкости в резервуарах открытого типа со стенками, выполненными из изоляционного материала.

Новый 3-стержневой кондуктометрический датчик уровня — ДСП.3 (рис. 2) предназначен для контроля двух/трех уровней электропроводных сред (неагрессивных к материалу датчика 12Х18Н10Т). Он может использоваться в резервуарах открытого и закрытого типа. В отличие от ранее выпускающихся датчиков ДСП.3 может работать в резервуарах с металлическими стенками и устанавливается в корпусе посредством резьбового соединения.

Преимущества датчика ОВЕН ДСП.3:

• Компактность (расположение электродов в вершинах равностороннего треугольника);
• Удобство крепления посредством резьбового соединения (G1/2);
• Наличие фиксирующих шайб, исключающих схлестывание электродов;
• Герметичность клеммного соединения, обеспечивающаяся защитным колпачком из термоэластопласта;
• Удобство подключения соединительных проводов посредством винтового соединения;
• Выгодное соотношение цена/качество

Новый датчик ОВЕН ДСП.3 может применяться в резервуарах для хранения воды, на водонапорных станциях, очистных и поливочных сооружениях, бассейнах.

Разновидности датчиков

Все уровнемеры классифицируются по принципу их действия. Основные типы измерительных устройств:

1. Поплавковый. Это самый простой вариант измерения уровня воды в баке. Конструкция поплавкового уровнемера включает в себя 2 геркона, магнит и поплавок. Когда уровень жидкости увеличивается, поплавок поднимается до первого геркона, который отключает реле двигателя. Если резервуар опустошается, поплавок опускается до второго геркона, который запускает реле и включает насос, перекачивающий жидкость из скважины. Герконовый датчик предельного уровня жидкости можно сделать своими руками. При этом он будет работать, даже если в резервуаре будет объемный слой пены.
2. Ультразвуковой. Эта разновидность измерительных устройств применяется как для сухой, так и для жидкой среды. Ультразвуковые датчики могут иметь дискретный или аналоговый выход. То есть приспособление может постоянно контролировать уровень воды или ограничивать наполнение емкости при достижении конкретной точки. Такой уровнемер состоит из приемника, УЗ-излучателя и контроллера, отвечающего за обработку сигнала. Сигнализаторы ультразвукового типа являются беспроводными и бесконтактными, поэтому их можно устанавливать даже во взрывоопасных и агрессивных жидкостях.
3. Электродный (кондуктометрический). Такие уровнемеры не подходят для емкостей с дистиллированной водой. Стандартная конструкция оснащена трехуровневым сигнализатором, в котором наполнение резервуара контролирует пара электродов, а третий — предназначен для аварийных ситуаций, для запуска режима активной откачки.
4. Емкостный. С использованием таких уровнемеров можно точно идентифицировать предельное наполнение резервуара. Они подходят как для жидкостей, так и для сыпучих субстанций. Емкостные уровнемеры функционируют по такому же принципу, что и конденсаторы: измерение выполняется между пластинками чувствительного элемента. При достижении пикового значения на контроллер отсылается соответствующий сигнал. Иногда емкостные сигнализаторы работают по принципу «сухого контакта», при котором устройство срабатывает через стенку резервуара. Эти приспособления могут эффективно работать в очень обширном диапазоне температур, на их функционирование не влияет электромагнитное излучение. Такие эксплуатационные свойства расширяют область использования емкостных уровнемеров.
5. Радарный. Эта разновидность сигнализаторов является универсальной, так как она работает с любыми видами технологических сред, включая взрывоопасные и агрессивные жидкости. При этом показания не будут изменяться под воздействием температуры и давления. Прибор излучает радиоволны в определенном частотном диапазоне. Приемник улавливает отраженный радиосигнал и определяет заполненность резервуара, руководствуясь периодом задержки сигнала. На датчик-измеритель не влияет температура и давление. Запыленность технологической среды тоже не сказывается на показаниях. Специалисты отмечают, что радарные приспособления обладают максимальной точностью, так как их погрешность не превышает 1 мм.
6. Гидростатический. Этот тип сигнализатора позволяет измерять как текущее, так и предельное наполнение емкостей. Принцип работы гидростатического устройства базируется на измерении давления столба жидкости. Популярность таких датчиков обусловлена небольшой ценой и достаточной точностью.

Существуют и другие типы устройств, но они обладают специфичным назначением.

Какие бывают поплавковые уровнемеры

Поплавок, погруженный в жидкость, подвергается воздействию двух сил: силы тяжести и выталкивающей силы Последняя равна по значению силе тяжести, но противоположна ей по знаку. Силу тяжести вычисляют умножением погруженного в жидкость объема поплавка на плотность самой жидкости. Из этого становится понятно, что если будет изменяться плотность жидкости, то и поплавок будет погружаться на разную глубину, что будет приводить к появлению погрешности в измерении уровня жидкости.

Чтобы свести к минимуму эту погрешность, поплавок делают из максимально легкого материала, что сводит к минимуму влияние неоднородности жидкости. Второй способ уменьшить погрешность — сделать поперечное сечение поплавка как можно большим, чтобы он погружался в жидкость на минимальную глубину, благодаря чему измерения при помощи поплавкового уровнемера становятся максимально точными.

Простейшая схема поплавкового уровнемера

Поплавок соединяется со стрелкой указателя уровня через гибкую механическую связь, поэтому чтобы уровнемер смог правильно измерить уровень, необходимо чтобы поплавок своей массой мог обеспечить достаточное натяжение этой гибкой связи. С другой стороны, поплавок не может быть очень большим, потому что тогда придется увеличивать размеры всего уровнемера, что крайне нежелательно. Исходя из всего этого, для измерения уровня различных типов жидкостей изготавливают уровнемеры с разным размером и формой поплавка, а так же из разных материалов, что повышает точность измерения.

1 – поплавок
2 – трос
3 – шкала
4 – противовес

Типы поплавковых уровнемеров

Чтобы измерять уровень жидкостей, имеющих невысокую температуру и которые находятся под низким давлением, чаще всего применяют уровнемеры типа УДУ. Поплавковые уровнемеры этого типа имеют довольно высокий показатель точности, их погрешность составляет порядка четырех миллиметров, при этом глубина сосуда может достигать двадцати метров. Измерения можно производить при температуре от -50 градусов по Цельсию до +50 градусов по Цельсию, а избыточное давление может составлять от 1,5 до 3 кПа.

Недостатком этого типа поплавковых уровнемеров является то, что их установка не позволяет обеспечить высокую герметизацию резервуара, поэтому чаще всего их применяют для определения уровня нефтепродуктов.

В случаях, когда жидкость находиться под большим давлением, или если ее температура находится вне допустимого диапазона измерения ее уровня при помощи уровнемера типа УДУ, используют поплавковый уровнемер типа ПМП, в конструкции которого используется магнитный преобразователь. Точность измерения таким уровнемером достигает пяти миллиметров, а глубина емкости, в которой происходит измерение, может достигать шести метров.

Где применяются уровнемеры поплавкового типа

Поплавковые уровнемеры нашли самое широкое применение, ведь с их помощью можно точно измерять не только уровень достаточно однородных жидкостей, но и уровень так называемых двухфазных жидкостей. В этом случае применяются уровнемеры, в конструкции которых используются два поплавка, измеряющих жидкость определенной плотности.

Область применения таких уровнемеров очень широкая, их устанавливают на баках для контроля за уровнем воды в них, используют для контроля уровня воды нефтепродуктов в резервуарах и даже для слежения за количеством химических веществ в специальных хранилищах. С помощью поплавкового уровнемера можно контролировать не только степень заполнения водохранилищ, но и уровень воды в реках, отслеживать состояние коллекторов и отстойников.