Уровень под контролем

Больше типов, хороших и разных
Изобретателями создано множество типов датчиков уровня (уровнемеров) и сигнализаторов: емкостные, гидростатические, ультразвуковые, волноводные (использующие канализируемые микроволны), радарные, радиационные, электромеханические, магнитные (герконовые), вибрационные, барботажные, кондуктометрические, лазерные, буйковые, поплавковые (магнитострикционные), ротационные и термодифференциальные. Любой из приборов реализует либо контактный метод, либо бесконтактный.
Бесконтактные методы позволяют измерять уровень без непосредственного контакта с измеряемой средой. Такие датчики стоит использовать в агрессивных, вязких, кристаллизирующихся, пенящихся средах, где есть риск засорения или коррозии элементов прибора. Наиболее популярный тип такого датчика – радарный, его точность и эксплуатационные характеристики оптимальны. Для зондирования рабочей зоны и определения расстояния до объекта контроля используется электромагнитное излучение СВЧ-диапазона. Радарным датчикам неважны характеристики жидкости - например, плотность, проводимость, прозрачность.

 Буйковый сигнализатор уровня ДУЖЭ-200М (фото ОАО «Завод «Старорусприбор»)

Контактный метод измерений применяется в любых средах и реализуется обычно в емкостных, гидростатических, буйковых и поплавковых уровнемерах. Эти приборы легко установить в резервуаре любой формы и размера либо в непосредственной близости от него, они отличаются низкой стоимостью, механической прочностью, простотой монтажа и надежностью измерений.
При поплавковом способе измерения индикатором уровня служит поплавок, который либо снабжен магнитом и заключен в измерительную трубу, либо скользит по направляющему стержню. Снимаемый сигнал преобразуется в электрический выходной сигнал. Поплавковый метод может с успехом применяться в случае пенящихся жидкостей, и обычно он используется для измерения уровня топлива, масел, нефтепродуктов в процессе коммерческого учета.

Ультразвуковой уровнемер ЗОНД-3М (фото ОАО «Завод «Старорусприбор»)

Чувствительный элемент (ЧЭ) емкостного уровнемера представляет собой конденсатор. Изменение уровня жидкости приводит к изменению емкости ЧЭ, преобразуемой в выходной электрический сигнал. Этот простой и дешевый метод применим и для жидких, и для сыпучих сред (размер гранул – до 5 мм). Характерное ограничение для емкостного метода: среда должна быть однородной.
Гидростатические уровнемеры измеряют давление столба жидкости и преобразуют его в значение уровня. Фактически это дифференциальные датчики давления, и обычно они применяются для контроля уровня однородных жидкостей (вязких сред, паст) в емкостях, без существенного движения рабочей среды.
В буйковом способе на тонущий буек действует выталкивающая сила, пропорциональная степени погружения и, соответственно, уровню жидкости. Эти уровнемеры часто применяются для измерения уровня раздела двух жидкостей. Плотность контролируемой жидкости: 0,4-2 г/см³, предел измерений – до 10 м, точность 0,25-1,0%.

Ультразвуковые сигнализаторы уровня УЗС-4РМ, УЗС 107...600 и регулятор уровня УЗР-1 (фото «ОАО «Теплоприбор»)

Производители, конечно, не ограничиваются классическими типами приборов.
«Последняя модель, введенная нами в серию - ультразвуковой датчик уровня ДУУ6, предназначенный для построения систем объемно-массового учета, - говорит Алексей Банщиков, Генеральный директор ЗАО «Альбатрос» (Москва). - Он измеряет уровень, пять температур по длине чувствительного элемента, гидростатическое давление в нижней части и избыточное давление в верхней части датчика. Абсолютная погрешность измерения – не более ±3 мм. Стойкость датчика к агрессивным средам ограничена применяемыми материалами. Питание датчика - от вторичного прибора постоянным напряжением 12В».
«Принцип действия термодифференциального прибора СУПТ 201/202 Ех основан на контроле разности температур двух терморезисторов, погруженных в контролируемую среду, - рассказывает Равиль Курмаев, ведущий инженер ООО НПО «Ризур» (Рязань). - Один из терморезисторов (активный) подогревается стабильным электрическим током, и его температура всегда выше температуры контролируемой среды на величину, зависящую от плотности среды или скорости ее движения. В то же время температура другого (пассивного) терморезистора всегда равна температуре контролируемой среды. Его преимущество - многофункциональность: контроль уровня, раздела сред, потока и температуры (до двух параметров одновременно)».



Ротационный датчик для сыпучих продуктов

Растет спрос на волноводные уровнемеры (контактные), позволяющие измерять как уровень продукта, так и уровень раздела двух сред. Принцип действия волноводного датчика основан на технологии рефлектометрии с временным разрешением. Интервал между моментами передачи зондирующего импульса и приема эхо-сигнала пропорционален расстоянию до уровня измеряемой среды. Датчик применяется в жидких средах (нефть, темные и светлые нефтепродукты, вода, водные растворы, сжиженный газ, кислоты), причем точность измерений не зависит от диэлектрической проницаемости, плотности, температуры, давления и ph. Не следует помещать датчик в «налипающие» среды, поскольку это снизит диапазон измерений.
По мнению экспертов, разумная точность для датчика уровня составляет ±1 мм. Причем «для сигнализаторов наиболее важна не точность, а воспроизводимость результатов измерения, - считает Олег Ушаков, руководитель проектов компании «Теккноу» (С.-Петербург). - В настоящее время можно говорить о воспроизводимости порядка 1 мм для некоторых типов сигнализаторов».

Микропроцессорный датчик уровня РОС 200 (фото «ОАО «Теплоприбор»)

«Наиболее точный тип датчиков – магнитострикционный, его погрешность ± 1 мм, - уверен Петр Ведышев, главный конструктор ООО НПП «Сенсор» (г. Заречный, Пензенская область). - Эффект магнитострикции – это возникновение механической деформации длинного тонкого ферромагнитного стержня (звукопровода) под воздействием двух магнитных полей: внешнего, создаваемого постоянным магнитом поплавка, и внутреннего, создаваемого самим стержнем при пропускании через него электрического тока. Упругая деформация, возникающая в зоне воздействия двух полей, перемещается по звукопроводу с постоянной скоростью звука и регистрируется катушкой. Точное определение позиции поплавка получается измерением времени между стартом токового импульса и возникновением ответных электрических сигналов, наведенных в катушке: прямого сигнала от магнита и сигнала, отраженного от конца звукопровода. В преобразователях могут применяться один, два или три поплавка: для измерения уровня жидкости, уровня раздела сред, плотности. Его преимущества - многофункциональность: контроль уровня, раздела сред, температуры, плотности, объема, массы».
В состав датчиков входят первичный и передающий (вторичный) преобразователи сигналов. Тип первичного выбирается в зависимости от свойств измеряемой среды. Передающий преобразователь, нередко находящийся на большом расстоянии от объекта, может быть любым, способным выдержать погодные условия. При бескабельном соединении между преобразователями приборы могут комплектоваться рупорной, параболической или диэлектрической антеннами (в зависимости от условий эксплуатации).



Монтаж радиоволнового уровнемера РДУ1 на ж/д-терминале (фото ЗАО «Альбатрос»)

Как выбрать свой прибор?
Сигнализатор уровня оповещает о преодолении заданных уровней или границы раздела сред. Датчик уровня (уровнемер) измеряет уровень или границу раздела сред. Разница между ними сугубо терминологическая: уровнемеры требуют сертификации в метрологических органах России, а сигнализаторы – нет. Причем, как считает Петр Ведышев, «к российской продукции контролирующие органы предъявляют более строгие требования по поверке как средства измерения».
Помимо точности измерения у прибора большое значение имеют диапазон рабочих температур измеряемой и окружающей сред, рабочее давление в объекте контроля, возможность измерения налипающих, кристаллизующихся, сильно пылящих сред. Важна также легкость монтажа и обслуживания. Из других параметров можно указать длину и тип чувствительного элемента (для контактных моделей), плотность контролируемой среды, степень защиты, массу, габаритные размеры.

Сигнализаторов уровня СУПТ 201Ех (фото ООО НПО «Ризур»)

«Завод выпускает широкую номенклатуру ультразвуковых, буйковых, емкостных приборов, - говорит Аркадий Астафьев, заместитель Генерального директора по развитию ОАО «Теплоприбор». - Например, ультразвуковые сигнализаторы уровня УЗС-4РМ и УЗС для контроля до четырех уровней жидких сред с температурным диапазоном от -50 до 250°С при рабочем избыточном давлении до 16 МПа, с погрешностью измерения ±2 мм (не зависит от электрофизических свойств среды). Далее, ультразвуковой регулятор уровня УЗР-1, предназначенный для контроля и регулирования уровня жидких некипящих сред, неагрессивных к стали 12Х18Н10Т, в аппаратах и сосудах стационарных и судовых установок».
Равиль Курмаев: «Среди наших преобразователей уровня - широкий спектр буйковых. Их особенности: микропроцессорная электронная плата; перенастройка и калибровка с трехкнопочной клавиатуры; наличие датчика температуры для автоматической коррекции погрешности; узел «буек-торсионная трубка» вместо мембранного узла ввода (Сапфир-22МП1-ДУ); датчик Холла взамен тензопреобразователя (УБ-ЭМ-1, Сапфир-22МП1-ДУ). Из поплавковых уровнемеров отмечу РУПТ-АМ с погрешностью измерений не более ±0,15%. Он дополнительно определяет температуру и объем (по данным градуировочной таблицы резервуара) контролируемой среды с ненормированной точностью. Первичный преобразователь может быть жесткой конструкции (до 12 м) или гибкой (4-16 м). В зависимости от плотности  контролируемой жидкости и давления в резервуаре используются три типа поплавков, в том числе из титана».

Сапфир-22МП1-ДУ (фото ООО НПО «Ризур»)

Как правило, производители снабжают свою продукцию средствами поверки: имитационным методом и поверочной имитационной установкой.
«Наше предприятие выпускает уровнемеры (датчики уровня) двух типов: ЭХО-5 (ультразвуковой локатор) и ДУЕ-1 емкостного типа, способный измерять среды с температурой до +250°С под давлением до 100 кг/см², - рассказывает Андрей Верещагин, директор управления продаж ОАО «Завод «Старорусприбор» (г. Старая Русса, Новгородская область). – Производим и сигнализаторы уровня: с перестраиваемой точкой срабатывания буйкового типа (способен контролировать границу раздела сред «вода - нефтепродукт») и на пневматическом принципе. В ассортименте также пневматический ограничитель уровня налива светлых нефтепродуктов и мазута в железнодорожные цистерны, надежно работающий при низких температурах».
«Идеальный датчик уровня с точки зрения заказчика монтируется сверху резервуара (без врезки) и производит измерения уровня и границы раздела сред прямо через стенки резервуара, - говорит Олег Ушаков. - Работать такой датчик должен от АКБ, в условиях температур окружающего воздуха от -60ºС, и «общаться» с системой управления по беспроводным каналам связи. Такие датчики появятся в обозримом будущем.

Ультразвуковой датчик Echotel (Magnetrol) на объекте ОАО «Газпром» (фото компании «Теккноу»).

Из нашей линейки сейчас наиболее востребованы два типа датчиков уровня: термодифференциальные серии Thermatel (применяются в условиях высоких температур и давлений) и ультразвуковые серии Echotel (их работа не зависит от типа измеряемой жидкости)».
В последнее время находят широкое применение системы, позволяющие на базе уровнемеров (в комплекте с датчиками давления и температуры) косвенно измерять объем и массу продукта. Также пользуются повышенным спросом датчики для контроля предельных уровней заполнения резервуаров и многофункциональные уровнемеры. Применение точных и надежных приборов позволяет снизить производственные издержки, обеспечить нужное качество управления рабочими процессами на предприятии.

Герконовый преобразователь уровня ПМП-062 на месторождении нефти в районе Ханты-Мансийска (фото ООО НПП «Сенсор»)

Как полагают эксперты, рынок датчиков уровня за кризисный год вырос. По мнению Олега Ушакова, «это связано с тем, что во многих применениях раньше использовались уровнемеры, но в связи с кризисом компании стали экономить деньги, и в установках, где требуется постоянный контроль не уровня, а только предельных точек, стали использовать сигнализаторы. Например, в системах фильтрации природного газа в последнее время получили распространение термодифференциальные сигнализаторы предельного уровня.
Импортную продукцию (Западная Европа, США, Япония) отличают намного более стабильные показатели качества продукции. За рубежом выше культура производства, что выражается в качестве механической обработки деталей». Но в целом, если обращать главное внимание на эксплуатационные свойства уровнемеров и сигнализаторов, технический уровень зарубежных и российских приборов сравнялся.

Олег Никитин, EnergyLand.info

На первой фотографии: ультразвуковые датчики уровня ДУУ2М на базе нефтепродуктов (фото ЗАО «Альбатрос»)

Читайте также:
Выбор и эксплуатация оборудования: кризис диктует свои условия
Результаты и перспективы обработки нефтегазовых скважин кислотными составами
Пугачев С.В. (Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии). Вопросы технического регулирования и стандартизации на современном этапе развития