Как уровнемеры «считывают» уровень жидкости?

I. В чем суть уровня жидкости?
Проще говоря, уровень жидкости означает, насколько глубоко жидкость находится в емкости. Однако в инженерном смысле уровень жидкости фактически делится на три категории:

Уровень
Расстояние от поверхности жидкости до дна емкости. Единица измерения: метр, сантиметр, миллиметр.
Интерфейс
Положение границы раздела между двумя различными жидкостями, например, граница раздела масло-вода.
Объемный уровень
Положение поверхности твердых материалов (порошок, гранулы). Например, высота порошка в силосе.
Упомянутый на месте "указатель уровня" обычно охватывает эти три типа измерений, но их принципы различаются. Данная статья в основном посвящена измерению уровня жидкости, поскольку оно наиболее часто используется в химических производствах.

II. Как указатели уровня жидкости "ощущают" уровни жидкости?
Существует множество методов определения уровня жидкости, но основных принципов всего несколько. Мы сосредоточимся на наиболее распространенных на месте.

1. Ультразвуковой тип – бесконтактный, простой в установке
Принцип (простыми словами): Излучает ультразвуковые волны вниз с поверхности жидкости. Звуковые волны отражаются при попадании на поверхность. Измеряя разницу во времени между излучением и приемом, можно рассчитать расстояние до поверхности жидкости.
Формула: Расстояние = Скорость звука × Время / 2

Как тестировать
Датчик устанавливается в верхней части емкости и излучает ультразвуковые волны вниз. Уровень жидкости = высота установки - измеренное расстояние.
Типичные применения
Очистка воды, канализационные пруды, резервуары для хранения химикатов (некоррозионные среды).
Ограничение
При наличии пены, сильных колебаний или пара на поверхности жидкости отражение будет слабым; препятствия внутри резервуара будут генерировать ложные эхосигналы.

2. Радарный тип (с направляющей волной/бесконтактный) – высокая точность, сильная защита от помех
Принцип (простыми словами): Подобно ультразвуку, но с использованием электромагнитных волн (микроволн) вместо звуковых. Электромагнитные волны не подвержены влиянию пара, пены и изменений температуры.
Существует два типа: бесконтактный (излучающая рупорная антенна сверху резервуара) и с направляющей волной (использующий стержень с направляющей волной, который входит в жидкость и распространяет волны вдоль стержня).

Типичные применения
: Высокоточное измерение уровня жидкости, среды с высоким давлением/высокой температурой/коррозионные среды, а также случаи с паром или пеной.
Преимущества
Высокая точность (± 1 мм), не зависит от диэлектрических свойств (при условии достаточной диэлектрической проницаемости).
Недостаток
Дорого! Намного дороже ультразвука, а среды с низкой диэлектрической проницаемостью (например, сжиженный газ) могут давать слабые отраженные сигналы.
Радар против ультразвука: ультразвук боится пены и пара, а радар не боится. Поэтому дороговизна радара оправдана – ценность заключается в его стабильности.

3. Емкостный – измерение изменений в проводящих жидкостях или диэлектрических постоянных
Принцип (простыми словами): Вставьте электрод в емкость, и сама жидкость и стенка емкости образуют конденсатор. При изменении уровня жидкости изменяется емкость, и измерение емкости позволяет рассчитать уровень жидкости.
Подходит для: проводящих жидкостей (вода, кислотно-щелочные жидкости) или жидкостей со значительными изменениями диэлектрической проницаемости.
Типичные применения: уровень жидкости в паровом барабане котла (высокая температура и высокое давление), уровень жидкости в емкостях малого диаметра.

3. Датчик уровня жидкости – высокая стабильность и широкая адаптивность
Принцип (простыми словами): Суть заключается в преобразовании физического сигнала уровня жидкости (высоты) в стандартный электрический сигнал (обычно токовый сигнал 4-20 мА) и передаче его в систему управления. В отличие от обычных переключателей уровня, которые измеряют только наличие или отсутствие уровня жидкости, он может непрерывно измерять изменения высоты уровня жидкости в режиме реального времени. Обычно делится на основные типы, такие как статическое давление, входной тип и емкостный тип, он определяет уровень жидкости через физические параметры, такие как изменения давления и емкости, автоматически определяет и передает данные в режиме реального времени на протяжении всего процесса, без необходимости ручного вмешательства.

Типичные применения: промышленные резервуары для хранения, резервуары для очистки воды, реакторы химических реакций, системы водоснабжения и водоотведения, резервуары для хранения нефти, общие рабочие условия при комнатной температуре и давлении, подходит для большинства обычных промышленных сценариев мониторинга уровня жидкости без сильных помех.

Преимущества: Широкая адаптивность к различным сценариям, высокая экономичность, простота установки и стабильная работа; Удаленный мониторинг уровня жидкости в реальном времени, поддержка связи с системой автоматического управления, непрерывные и точные данные измерений, устойчивость к обычным помехам окружающей среды и чрезвычайно низкие затраты на техническое обслуживание.

Недостатки: высокотемпературные, высокое давление, сильная коррозия, экстремальные условия с пеной и паром имеют ограниченную адаптивность; Обычные приборы статического давления легко подвержены влиянию плотности среды и температуры и уступают радарным и ультразвуковым приборам в сценариях сверхвысокой точности.

Три ключевых момента:

Существует множество типов указателей уровня жидкости. Выбор указателей уровня жидкости зависит от условий работы – пар, пена, коррозия, температура и давление. Это зависит от того, используете ли вы дифференциальное давление, радар или ультразвук.
Предпосылкой для использования датчика уровня дифференциального давления является стабильная плотность, и уровень жидкости становится неточным при изменении плотности; Радар и ультразвук не боятся изменения плотности, но у них также есть свои ограничения.
При диагностике неисправностей уровня жидкости на месте сначала определите, является ли проблема процессом или прибором – используйте генератор сигналов для подачи сигналов и наблюдайте за реакцией DCS, чтобы быстро локализовать их.