Для измерения как непрерывного (текущего), так и предельного (максимального или минимального) уровня жидкости, а также вязких, пастообразных или сыпучих веществ существует большое количество разнообразных датчиков уровня, которые основываются на различных принципах. Такое разнообразие датчиков уровня можно объяснить тем, что при выборе датчика необходимо учитывать множество факторов: температура окружающей среды, химический состав жидкости, вязкость, возможности вмонтирования, степень защиты и т.п. и для определённых условий наиболее оптимально использовать, тот тип датчика, который отвечает необходимым требованиям при данных условиях. В этой статье представлен принцип работы только самых “ходовых” датчиков.  

Ёмкостные датчики, которые реагируют на приближение как твёрдых, так и жидких тел, являются одним из ярких представителей датчиков для измерения уровня. Датчики этого типа работают с высокочастотным колебательным контуром, который с помощью пластин конденсатора, расположенной на внешней поверхности датчика, создаёт электрическое поле. Соприкосновение чувствительного элемента датчика со средой приводит к изменению ёмкости конденсатора, а это в свою очередь увеличивает колебательный контур. И при достижении придельной величины срабатывает переключающий элемент. Значение придельной величины сильно зависит от среды, поэтому перед первым применением  датчика или смене среды необходимо произвести настройку датчика с помощью потенциометра. Ёмкостные датчики уровня в основном монтируются с боковой стороны резервуара так, чтобы чувствительный элемент был внутри ёмкости. Для того чтобы предотвратить образование отложений на поверхности датчика, рекомендуется монтаж датчика под углом. Кроме того, при монтаже следует помнить, что при эксплуатации датчика на чувствительный элемент не должны действовать касательные силы, как это было бы, например, если монтировать датчик в боковую стенку бетономешалки.   

Оптические датчики уровня сигнализируют об уровне жидкости на контролируемом уровне с помощью инфракрасных излучений. На торце датчика расположена полусфера (обычно), за этой полусферой светодиод и фототранзистор с тригерром. В связи с использованием инфракрасного диапазона прозрачность жидкости не имеет значения для измерения, так же как и её неоднородность.  Основная идея работы датчика основана на изменении коэффициента преломления ИК-излучении на границе раздела двух сред, полисульфоновой линзы и воздуха или полисульфоновой линзы и жидкости. Главное требование к измеряемой среде в том, чтобы она обеспечила смачиваемость поверхности, т.к. при контакте линзы с жидкостью условия для отражения света изменяются и он уже по большей части не отражается, а проходит сквозь линзу рассеивается.Основными достоинствами этих датчиков является: высокая надёжность твёрдотельной электроники, отсутствие подвижных частей, миниатюрный размер, цифровой выход, быстрый отклик, очень широкий спектр жидкостей и т.д. Датчики подобного рода применятся в основном в: нефтехимическое оборудование, автоэлектроника, телекоммуникационное оборудование, бытовая электроника, пищевая промышленность, медицинская техника, компрессорное оборудование и т.д.

Датчики давления служат для измерения давления жидких и газообразных сред в резервуарах или трубопроводах, но также подходят и для измерения уровня жидкости. Датчик уровня жидкости необходимо монтировать в стенку резервуара или трубопровода таким образом, чтобы  измеряемая среда соприкасалась с активным элементом датчика и оказывала давление на мембрану. Отклонение мембраны от начального положения регистрирует чувствительная электроника, которая принимает сигнал, пропорциональный давлению оказываемой средой на мембрану. С помощью значения величины сигнала, электроника вычисляет уровень в резервуаре.     

Оценка методов

Ёмкостные датчики для измерения уровня нашли широкое пименение во всех отралсях промышленности, эти датчики могут работать при температуре от -230..+230 °C. Оптические датчики уровня же, могут применяться для таких агрессивных сред как: кислоты, щёлочи, нефтепродукты и т.д. Датчики давления имеют большой спектр применения и многообразие вариантов монтажа.

Все выше описанные датчики принадлежат к тому виду датчиков, в которых измерение уровня основываются непосредственно на контакте датчика со средой. А это означает, что несмотря на большое количество достоинств, этот вид датчиков обладает двумя основными недостатками: повышенный износ рабочих деталей и каждый вид датчика при эксплуатации должен строго удовлетворять таким рабочим условиям как, например, температура среды. Бесконтактные датчики измерения уровня жидкости исключают контакт датчика с измеряемой средой, поэтому эксплуатационные расходы по сравнению с выше приведенными датчиками резко уменьшаются, а надёжность увеличивается.

Неизнашиваемый датчик уровня

Датчики подобного рода измеряют уровень с помощью ультразвука бесконтактно, поэтому их называют ультразвуковыми датчиками уровня. Ультразвуковые датчики уровня монтируются в резервуаре выше максимального уровня, т.к. контакт с жидкостью не требуется. Датчик посылает ультразвуковой импульс, который отражается от поверхности жидкости. Этот отражённый сигнал воспринимается датчиком и преобразуется в электронный сигнал. Следующий импульс посылается датчиком только тогда, когда первый отражённый сигнал затухнет - этот временной промежуток между двумя этими сигналами понимают под временем цикла. Для больших объёмов резервуара время цикла и соответственно время отклика увеличивается ( для маленьких наоборот).

Измерять “из-за угла”

Ультразвуковые датчики уровня рекомендуются не только потому, что из-за своего бесконтактного принципа действия увеличивается технические характеристики и уменьшается техническое обслуживание датчиков, но и ещё потому, что эти датчики обладают очень интересным эффектом, который основывается на их принципе действия: датчики посылают ультразвуковой импульс в виде конуса вдоль их оси (как показано на картинке).

Ультразвуковой импульс ведёт себя аналогично световому лучу: поверхность, располагающаяся вертикально к датчику отражает лучше всего ультразвуковой импульс. Если же объект с ровной поверхностью, расположен под углом 45^о к оси датчика, то он отклоняет ультразвуковой импульс на 90^o.этот эффект и даёт возможность измерять объекты “из-за угла”. Измерять объект “из-за угла” расширяет область использования ультразвуковых датчиков ,например, при резке металла, позволяя защитить датчик от металлических стружек или для измерения металла с высокой температурой, предохраняя датчик от тепловых излучений.