Вибровилка и что ей "едят"

Сигнализаторы уровня – название семейства датчиков, входящих с состав любой автоматической системы управления, обеспечивающей бесперебойное функционирование, использующих ёмкости (резервуары), насосное и трубопроводное оборудование. Их задачи:

• фиксирование наличия/отсутствие жидкой или сыпучей среды (или границы двух жидких сред с разными физическими свойствами) на заданном уровне;
• передача информации о наличии или отсутствии среды в автоматическую систему управления (АСУ) в виде релейного или дискретного.

Сигнализаторы уровня применяются как датчики предельных уровней контролируемой жидкости в резервуаре: нижнего и верхнего. Такими датчиками снабжают трубопроводы, чтобы защитить насосы в этих системах от «сухого хода».

Разные модификации сигнализаторов функционируют на различных физических принципах. Наш сегодняшний герой – вибрационный сигнализатор уровня.

Сначала физика

В основе работы любого вибрационника лежит тот факт, что частота акустических колебаний в разных средах разная. В жидкостях она одна, в газах – другая. Возьмём простейший музыкальный инструмент – камертон. Он известен тем, что при ударе по нему он издаёт звук определённой частоты. Но это – «на воздухе». Если звучащий камертон погрузить в воду, то эта частота изменится.

Как использовать этот факт в наших реалиях с уровнями и резервуарами? Начнём с того, что чувствительный элемент вибрационного сигнализатора по форме напоминает тот же камертон: он похож на двузубую вилку. Отсюда второе «имя» прибора: вибровилка. В жидкости он «звучит» на одной частоте, в газе над поверхностью жидкости эта частота другая. Осталось найти способы:

• чем-то «стучать» по нашему импровизированному камертону с определённой регулярностью;
• фиксировать изменение частоты вибраций при погружении сенсора в среду или, наоборот, при вынимании её из среды;
• передать информацию об изменении частоты «дальше по цепочке» в систему АСУ.

Как это работает

С первой задачей всё относительно просто: «стучать» (сообщать сенсору колебания определённой частоты) будет пьезоэлемент, встроенный в наш прибор. Он это делает постоянно, пока датчик подключён к электропитанию. Колебания от пьезоэлемента передаются непосредственно на сенсор или по специальному стержню, жесткому или гибкому.

Вторая и третья задачи достались командному блоку. Он в непрерывном режиме принимает акустические сигналы от сенсора и способен распознать частоту этих сигналов. Электроника блока фиксирует факт изменения частоты при погружении сенсора в среду. После чего на выходе устройства формируется командный сигнал, предающийся в автоматическую систему. Это может быть дискретный сигнал 4-20 мА, релейный SPDT или какой-то иной, от которого срабатывает автоматика, включающая, к примеру, питание насоса, который закачивает в цистерну жидкость до достижения нужного уровня.

Как это применять

Вибрационные сигнализаторы – «универсальные солдаты» среди датчиков уровня. Высочайшая точность работы – это про них. Они работают с широчайшим диапазоном температур и давлений. Прибор крайне неприхотлив и корректно работает с пенящимися средами, его не смущает грязь, пульпа или взвесь в составе жидкости, турбулентные потоки и работа мешалки. При контакте с агрессивными средами сенсоры изготавливают из специальных материалов. Единственное условие – жидкость не должна быть слишком плотной и не налипать на сенсор. В большинстве случаев и эти проблемы решаются системой самоочистки прибора.

---

Главная - Микросхемы - DOC - ЖКИ - Источники питания - Электромеханика - Интерфейсы - Программы - Применения - Статьи