Подробное описание конструкции и принципа действия, рекомендации по применению и способам монтажа, калориметрических датчиков потока производства компании EGE-Elektronik.
Все о калориметрических датчиках
Принцип работы калориметрических датчиков протока
В основу работы датчиков положен термодинамический принцип действия. Измерительный зонд датчика принудительно (изнутри) нагревается на несколько градусов выше температуры среды (потока жидкости) в которую он погружен. При наличии протока тепло, генерируемое в зонде, отводится потоком среды, таким образом зонд охлаждается. Установившаяся в зонде температура измеряется и сравнивается с температурой контролируемой среды. При этом измеренная разница температур пропорциональна скорости потока, а, следовательно, и скорости протока (расходу) измеряемой среды.
Чувствительность датчиков и температура среды
Чувствительность термодинамических датчиков зависит от теплотехнических свойств измеряемой среды. Так, чувствительность стандартного датчика вследствие меньшей теплопроводности, для масла, например, должна быть в 3 раза, а для воздуха в 30 раз выше чем для воды. Термодинамические датчики потока работают без использования подвижных частей, поэтому отсутствует опасность коррозии подшипников, надлома крыльчатки или деформации обтекателей. Это обстоятельство обусловило их высокую надежность, что высоко ценится во всех отраслях промышленности.
Контроль в охлаждающих системах
- Параметры потока охлаждающей воды в сварочных установках контролируются при помощи компактных приборов, чувствительные элементы которых изготовлены из нержавеющей стали. При этом необходимое охлаждение обеспечивается даже при высоком темпе сварочных операций. При отказе системы охлаждения сварочный робот автоматически отключается.
- Для защиты металлорежущих инструментов и продления срока их службы, в металлообрабатывающих центрах непрерывно контролируется поток хладагентов.
- Валки прокатных станов и ролики в волочильных машинах должны постоянно охлаждаться. Этот процесс также контролируется термодинамическими датчиками, которые могут применяться и при экстремальных — до + 160ºC — температурах окружающей среды. При этом регулирование требуемых параметров обеспечивается дистанционно специальными, установленными в нормальных условиях эксплуатации приборами.
Контроль транспортировки жидких сред
- Защита от работы всухую различных насосов является широко распространенным видом применения компактрых датчиков с встроенными функциями задержки времени выключения.
- В дозирующей технике большое значение имеет контороль потока дозируемых материалов. Прохождение даже самых малых доз может быть воспринято при помощи проточных датчиков. При этом датчики встраиваются непосредственно в трубопровод как часть его участка.
- Засорение различного рода фильтрующих и просеивающих установок также может осуществляться при помощи контроля протока. При достижении характеристиками потока граничных значений выдается сигнал на замену фильтрующего материала. Если замены не происходит, то, во избежание работы всухую, отключается насос в следующей стадии процесса. Для решения этой задачи применяются датчики с двумя точками срабатывания
Контроль протекания процессов
- Контроль хода процессов различного рода очистки или промывки, в том числе с применением агрессивных сред, может быть обеспечен датчиками, изготовленными из таких специальных материалов как сплав Хастеллой или тантал.
- Работа устройств вытяжки опасных для здоровья человека паров с рабочих мест в лабораториях, а также систем вентиляции помещений в проиводствах, перерабатывающих гексан, контролируется при помощи датчиков потока воздуха.
- Также при помощи датчиков потока могут контролироваться и документироваться процессы очистки и стерилизации оборудования по месту.
Конструкция, монтаж датчиков и материалы для их изготовления
Особенности конструкции
На острие штифта датчика находится температурнозависимый измерительный элемент. Измерительное острие и крепежная часть с нарезанной на ней резьбой являются одним целым и у многих датчиков изготовлены из нержавеющей стали. Этим достигается абсолютная герметичность и высокая стойкость по отношению к избыточному давлению. Для вызывающих коррозию, особенно окисляющих, измеряемых сред применяются особые материалы, поскольку нержавеющая сталь по отношению к ним стойкой является лишь условно.
При стандартном использовании, способ монтажа датчиков может не зависеть от направления движения измеряемой среды.
Принципиально важно следить за тем, чтобы штифт датчика в каждом случае был погружен в нее полностью. Необходимо учитывать, что острие датчика уменьшает сечение трубы, в которой он устанавливается. При небольших диаметрах это вызывает увеличение скорости протока. Во избежание нарушений в работе датчика, возникающих за счет нестабильности динамических характеристик потока, не допускается установка непосредственно, ближе чем на расстоянии 4…8 диаметров трубы, перед или после датчика каких-либо устройств, влияющих на их качество.
Измерительные датчики исполнений STK… с короткой резьбой предназначены для монтажа только на тройниках. Их монтажная длина определена таким образом, чтобы острие датчика было полностью окружено средой измерения, касаясь при этом противоположной стенки трубопровода. Измерительные датчики исполнений ST… с длинной резьбой предназначены для труб большого диаметра или для присоединения через длинные резьбовые штуцеры. Все стандартные резьбы измерительных датчиков являются циллиндрическими трубными резьбами типа G в соответствии с международным стандартом DIN ISO 228 и соответствуют нормам BSP (British standard pipe thread).
Способы установки погружных датчиков
Встраивание в вертикальный трубопровод
По этому способу измерители потока монтируются в открытых системах с возможными воздушными включениями.
Встраивание в горизонтальный трубопровод
При боковом монтаже ни воздушные подушки, ни осадок не вызывают погрешностей измерения в том случае, если датчик полностью погружен в измеряемую среду.
Встраивание снизу (горизонтальный трубопровод)
Встраивание снизу также гарантирует выполнение функции измерения даже, если в трубе находится воздух. Тем не менее, уровень измеряемой среды не должен находиться ниже верхней кромки чувствительного элемента датчика. Встраивание сверху возможно только в том случае, если трубопровод полностью заполнен, а газовые или воздушные включения отсутствуют.
Уплотнение
Для уплотнения могут применяться плоские прокладки, фторопластовые уплотнительные ленты или жидкие уплотнительные материалы. При давлениях свыше 30 бар или при высоком крутящем моменте затягивания плоские неметаллические прокладки могут быть повреждены. В таких случаях в стенке трубопровода необходимо выполнить выемку, предотвращающую перекос прокладки под воздействием высокой нагрузки. Для фторопластовых прокладок такая технология рекомендуется во всех случаях. Для высоких давлений применяются металлические прокладки. К каждому измерительному датчику прилагается прокладка из материала AFM 34. Прокладки специального назначения из других материалов, таких, например, как медь или фторопласт, поставляются по отдельному запросу.
Подключение к процессу
В качестве альтернативы циллиндрической трубной резьбе типа G при изготовлении измерителей потока всех типов конструкций может применяться коническая резьба NPT. Существует два типа такой резьбы. Резьба NPT соответствует международному стандарту ANSI B 1.20.1, не является самоуплотняющейся и требует применения такого уплотнительного материала как, например, фторопластовая лента PTFE. Применение с резьбой такого типа плоских прокладок не допускается. Резьба NPTF соответствует международному стандарту ANSI B 1.20.3, является самоуплотняющейся и не требует применения дополнительных уплотнителей. Применяя резьбу такого типа, необходимо учитывать, чтобы материалы, из который изготовлены датчик и та деталь трубопровода, в которую он вкручивается, совпадали по твердости. Это предотвращает разрушение резьб. Без специального запроса на датчик нарезается резьба типа NPT без самоуплотнения.
Фланцевые подключения
Специфика таких отраслей как химия, фармацевтика и пищевая промышленность требует применения стандартизированных трубных соединений. Измерители потока для этих отраслей поставляются с ответными фланцами в соответствии с требованиями стандартов DIN или ASME. Фланец приваривается к датчику с использованием таких коррозионно устойчивых способов как лазерная или аргонная сварка.
Типичные подключения в пищевой промышленности
Применение измерителей потока в пищевой и фармацевтической промышленности из соображений гигиены предъявляет особые требования к их как механическим, так и электронным компонентам. Датчики с присоединением типа «Triclamp» соответствуют требованиям раздела 3-A санитарного стандарта 28-03. Выполняемые периодически процессы мойки и дезинфекции технологического оборудования, в силу температурных перепадов, накладывают дополнительную нагрузку на электронные элементы датчиков, что требует осуществления дополнительных мер по их защите. Материалами, из которых изготавливаются датчики для этих отраслей являются, в основном, нержавеющие стали типов 1.4404 и 1.4435. По требованию потребителя могут поставляться и такие соединительные элементы как, например, клапаны Varivent фирмы GEA или фланцы типа APV.
Подключения датчиков удлиненного исполнения
Датчики потока поставляются с длиной ввинчиваемой части от 25 до 300 мм. Для применения во взрывоопасных зонах, начиная с длины 110 мм, они состоят из двух частей, соединенных друг с другом коррозионно устойчивой лазерной сваркой. Длина измерителя потока должна быть выбрана таким образом, чтобы острие штыря находилось в зоне с устойчивыми динамическими характеристиками потока жидкости.
Удлиненные конструкции датчиков необходимы в следующих случаях:
- при измерении характеристик потоков малой скорости в трубах большого диаметра;
- при монтаже датчиков с использованием стандартных резьбовых фланцев;
- при монтаже датчиков с использованием удлиненных приваренных муфт для трубопроводов с изоляционным покрытием.
Переменное значение L определяется от острия штыря и включает в себя толщину прокладки. Стандартными для датчиков обычного исполнения являются длины 80 и 120 мм, для взрывобезопасного — 80, 110, 140 мм.
Подключения проточных датчиков (inline)
Проточные датчики встраиваются непосредственно в линию трубопровода. Эта конструкция не содержит никаких погружаемых в поток измерительных щупов. Проточные датчики производства фирмы EGE-Електроник серии 500 предназначены для измерения расхода жидкости в пределах от 0,5 мл/мин до 6 л/мин. Датчики этого типа отличаются гладкой измерительной трубой, малой потерей давления в потоке и быстрой реакцией на изменение его характеристик. Потребителю предоставляется большой выбор различных вариантов для подключения их к процессу.
Материалы, используемые для изготовления датчиков
Химическая стойкость корпусов измерительных датчиков
Химическая стойкость применяемых материалов должна проверяться в каждом конкретном случае. Не возникнет никаких проблем, если датчик и трубопровод, на котором он устанавливается, изготовлены из одного материала. Еще практичней изготавливать датчик из более устойчивого материала.
Кабельные розетки для датчиков ST… изготавливаются из никелированной латуни. Для применений, в которых используются сильно щелочные моющие средства, при изготовлении кабельных розеток предпочтительней применять поливинилиденфторид (PVDF).
Нержавеющие стали принадлежат к группе хром-никелевых сплавов с такими дополнительными легирующими добавками как, например, молибден или титан. Сочетание различных легирующих добавок определяет коррозионную устойчивость материала в окружающей среде. Поэтому, нержавеющие стали содержат большое количество легирующих компонентов, содержание которых обозначается в их марке в соответствии с международным стандартом DIN EN ISO 7153-1. Нержавеющая сталь 1.4571(VA4), благодаря ее коррозионной стойкости, применяется во многих отраслях. Она используется в водоснабжении, климатических установках, переработке мяса и рыбы, производстве напитков, виноделии и кулинарии. В то же время, к хлорсодержащим или бедным кислородом средам нержавеющие стали устойчивы только условно. Здесь требуется применение особых сплавов.
Специальные материалы
Хастеллой B2 (2.4617) принадлежит к группе высоко коррозионностойких никель-молибденовых сплавов. Этот материал характеризуется высокой стойкостью в средах с малым содержанием кислорода, таких, например, как соляная кислота в полном диапазоне концентраций и широком температурном диапазоне. Он применим также для хлористого водорода, серной, уксусной и фторной кислот. Хорошая устойчивость к воздействию точечной и щелевой коррозии, коррозионному растрескиванию, вызванному хлоридными соединениями, коррозии от различного рода царапин и расслоения, температурной коррозии расширяет сферу его применения. Не рекомендуется его применение в средах, содержащих соли на основе железа и меди.
Хастеллой C-22 (2.4602) принадлежит к группе высоко коррозионностойких никель-хром-молибден-вольфрамовых сплавов. Этот материал характеризуется высокой стойкостью к воздействию точечной и щелевой коррозии, коррозионному растрескиванию в кислых и обедненных кислородом средах. Материал проявляет хорошую устойчивость к большому количеству агрессивных сред, включая такие окислители как хлориды железа и меди, горячие среды, серная, азотная, фосфорная, уксусная и муравьиная кислоты, сухой хлор. Кроме того, он хорошо устойчив к влажному хлорному газу, гипохлориду натрия и диоксиду хлора.
Титан (3.7035) является легким металлом, прочность которого не уступает прочности самых лучших конструкционных сталей. Химическая сопротивляемость этого металла обеспечивается образованием стойкой оксидной пленки на его поверхности, как это происходит и с нержавеющими сталями. В случае механического повреждения этого слоя, он, под воздействием кислорода образуется снова. Титан устойчив даже по отношению к «царской водке». В совсем не содержащей кислорода или слабокислой среде титан нестабилен. Особенно хорошо титан проявляет свои свойства в средах, содержащих хлориды. Опыт применения титана в химической и бумажной промышленности показывает, что он является единственным материалом, гарантирующим безотказное производство. Исключительные свойства титана дают, также, оптимальные результаты при его использавании в системах охлаждения морской воды и опреснительных установках. Материал наряду с другими металлами и металлокерамическими материалами входит в состав футеровки B3, которая повышает химическую стойкость и, вместе с тем, срок службы корпусов датчиков.
Химическая устойчивость футеровки B3*
Среда/стойкость
Cl 2 / +++
HCl (25%) / +++
Br 2 / +++
HBr (20%) / +++
F 2 / +
HF (15%) / +
HA** / +++
NaOH / ++
Соленая вода*** / +++
Слабокислые среды / ++
HNO 3 (30%) / ++
H 2 SO 4 (25%) / +++
Примечания:
* — Покрытие является твердым, износостойким и устойчивым по отношению к таким абразивам как, например, мел, тина, песок или стекловата. Устойчивость покрытия относительно указанных в таблице материалов достоверна при температуре до 30 ºC.
** — Устойчивость по отношению к уксусной кислоте действительна для полного диапазона концентраций.
*** — Устойчивость по отношению к соленой воде проверена посредством климатического теста(тест Кестерниха).
Устойчивость к высоким температурам
Высокотемпературные датчики потока изготавливаются из материалов, устойчивых к воздействию температуры и устанавливаются на трубопроводах с теплоизоляцией из фторополимеров. Температурный диапазон работы специальных датчиков серии 400 находится в пределах от + 10 до + 120 ºC. При этом допускается кратковременное, не более 10 мин, повышение температуры до 135º C. Высокотемпературные датчики потока серии 500 могут использоваться при температурах до 160 ºC.
Датчики взрывобезопасного исполнения
Датчики, подлежащие использованию во взрывоопасных по наличию газа и пыли зонах проходят аттестацию на соответствие европейским требованиям по эксплуатации оборудования в потенциально взрывоопасных средах ATEX 100a/ATEX95 и применяются в комплекте с соответствующими вторичными приборами серий SZA, SEA или SS400 из номенклатуры EGE. В зависимости от категории допуска, эксплуатация датчиков разрешается в соответствующих зонах: 0,1 или 2 для газа; 20, 21 или 22 — для запыленных сред. В качестве стандартного материала для изготовления взрывобезопасных датчиков потока используется нержавеющая сталь 1.4571. По специальному запросу могут быть, также, использованы другие нержавеющие стали и сплавы, в том числе Хастеллой, Монель и некоторые виды бронз. При выборе материала для изготовления принимается во внимание его устойчивость к коррозии.
Электрическое подключение
Датчики поставляются либо с четырехполюсным штекерным разъемом M12, либо с жестко закрепленным и выведенным наружу отрезком четырехжильного кабеля. Длина кабеля, соединяющего датчик со вторичным прибором не должна превышать 100 м. При удалении датчика от прибора на расстояние свыше 30 м и в зонах с высоким уровнем различного рода помех должен применяться экранированный кабель. В каждом случае необходимо следить за тем, чтобы выбранное сечение жил кабеля соответствовало условиям применения.
Вторичные приборы и компактные датчики
Вторичные приборы
Приборы серий SKZ…/ SKM… предназначены для установки на несущей шине. Они обрабатывают сигналы, поступающие с датчиков и формируют выходные аналоговые и релейные сигналы. Настройка приборов осуществляется при помощи расположенных на лицевой панели двух потенциометров или, в приборе SRM 522, соответствующих клавиш. Многоцветная светодиодная полоска индицирует состояние потока измеряемой среды. Приборы серии SKZ дополнительно обеспечивают задержку срабатывания управляющих выходных каналов и контроль температуры. При монтаже приборов необходимо учитывать, что они не должны подвергаться нагреву. Расстояние между двумя рядом установленными приборами должно быть не менее 10 мм.
Ex — приборы
Приборы серий SEA…/ SZA… предназначены для обработки сигналов взрывобезопасных датчиков. Они включают датчик в индивидуально изолированный электрический контур, который гальванически развязан от электрических цепей питания, а также вывода аналоговых и релейных сигналов. Все приборы исполнения Ex без учета дополнительных мер защиты для взрывоопасных зон должны иметь класс защиты не ниже IP 20 в соответствии со стандартом EN 60529. Дополнительное оборудование таких приборов предусматривает либо установку разделительной перегородки между изолированными и неизолированными подключениями так, чтобы расстояние между ними составляло не менее 50 мм, либо заделку каждого контактного соединения в специальную не сползающий термоусадочный кембрик. В качестве альтернативного варианта допускается применение обжимной технологии.
LED — строки (светодиодные линейки)
Все приборы снабжены многоцветной светодиодной линейкой, которая визуально отображает изменения характеристик потока. Свечение красного светодиода говорит о том, что значение скорости потока не достигает установленного значения и выходной сигнал отсутствует. Желтый светодиод сигнализирует о достижении скоростью потока заданного значения и включении выходного сигнала. Четыре зеленых светодиода могут, в дополнение к желтому, отражать относительный размер превышения скоростью потока заданного значения.
Компактные датчики
Компактные датчики совмещают в одном корпусе функции измерительного датчика и вторичного прибора, что обеспечивает возможность выставления заданных значений непосредственно по месту измерения. С тем, чтобы сократить влияние различного рода помех на результаты измерения и выходные управляющие сигналы, длина кабеля для дистанционной передачи сигнала ограничена.
Датчики модификаций SN…/ LN…
Приборы серии SC 440 скомпонованы в изготовленном из нержавеющей стали корпусе. Срок их службы в промышленных условиях составляет не менее 20 лет. Они отличаются компактностью, надежностью и поставляются в двух вариантах исполнения: ввинчиваемое и штекерное. Компактные приборы серий SN 450 / LN 450 предлагаются в корпусе из искусственного материала. Их исполнение варьируется в зависимости от таких электрических характеристик как питание (постоянным или переменным током) и тип выходных сигналов (PNP- выход, релейный выход, аналоговый выход). Существуют, также, специальные исполнения, обеспечивающие контроль граничных значений температуры или задержку времени срабатывания управляющих каналов.
Проточные компактные датчики серии SDN /SDNC
Проточные (inline) компактные датчики серии SDN
Датчики серии SDN 500… встраиваются «в линию», непосредственно в трубопровод. Их измерительная труба является внутри гладкой и не имеет никаких выступающих в поток частей. Они отличаются коротким временем реакции и широким диапазоном измерения. Благодаря небольшим размерам они могут устанавливаться в местах с ограниченным монтажным пространством. Датчики этой серии оснащаются PNP-выходами, а также релейными и аналоговыми выходами. Они распознают даже пульсирующие малые потоки.
Проточные компактные датчики серии SDNC
Приборы серии SDNC 503 отличаются малогабаритной кубической формой, широким диапазоном измерения и устанавливаются при помощи ввинчиваемого адаптера, формирующего эффективный для измерения расхода профиль потока. Приборы этой серии поставляются полностью готовыми к монтажу, используются для измерения расхода воды и водных растворов и имеют удобный для учета расхода импульсный выход.
Параметры для выбора датчиков потока
Диапазон обнаружения
Диапазон обнаружения определяет значения скоростей потока, для которых датчик может сформировать поддающийся оценке сигнал. Если при заказе не указывается среда измерения, все характеристики датчика указываются в расчете на водную среду. Поскольку различные среды имеют различную теплопроводность, для них отличаются, также, и диапазон обнаружения и температурный дрейф. При этом значения температурного дрейфа принимают более высокие значения на нижних и верхних границах диапазона обнаружения. Диапазон обнаружения не ограничивает максимальную скорость потока, для измерения которой разрешается применять датчик. Так, например, датчик с верхним пределом обнаружения 3 м/c может быть установлен в потоке со скоростью 10 м/c.
Рабочий диапазон
Рабочий диапазон обозначает часть диапазона обнаружения, в которой устанавливаются характеристики потока для датчика или, иными словами, определяет его шкалу измерения. В других секторах диапазона обнаружения эти характеристики могут оказаться недостоверными и выходные сигналы датчика не будут соответствовать скорости потока.
Максимальный расход
Все технические характеристики каждого датчика определяются относительно номинального максимального расхода, который он может достоверно измерить. Это необходимо, поскольку выходная характеристика датчика является нелинейной. Следовательно, соответствие значения сигнала, формируемого датчиком определенной скорости потока устанавливается по его расположению на рабочей кривой линии. Как правило, номинальные значения скорости потока располагаются в линейной части графика, описываемого с помощью функции натурального логарифма. Для этой рабочей точки и определяются соответствующие значения времени включения, выключения, готовности а также гистерезис и температурный градиент.
Напряжение питания
Напряжение питания должно соответствовать диапазону напряжений, в котором датчики функционируют надежно. При питании датчиков напряжением постоянного тока необходимо учитывать, что границы диапазона устанавливаются с учетом остаточной пульсации.
Потребляемый ток
Потребляемый ток — это максимальное значение тока, потребляемое датчиком без внешней нагрузки.
Коммутируемый ток
Коммутируемый ток — это максимальное значение тока, которое могут коммутировать выходные каналы датчика в течение длительного времени. Для PNP-выходов это значение действительно при температуре окружающей среды не выше 25º С. Повышение температуры снижает максимальное значение тока. Для приборов с релейными выходами это значение зависит от категории использования (AC-12 или DC-12) в соответствии со стандартом EN 60947-5-1.
Коммутируемое напряжение
Коммутируемое напряжение — это максимальное напряжение, включая остаточную пульсацию, которое могут коммутировать релейные выходы.
Коммутируемая мощность
Коммутируемая мощность — это максимальная мощность которую могут коммутировать релейные выходы.
Температура окружающей среды
Этот параметр устанавливает минимально и максимально допустимое для эксплуатации датчика значение температуры окружающей среды.
Температура измеряемой среды
Этот параметр устанавливает минимально и максимально допустимое для эксплуатации датчика значение температуры измеряемой среды.
Температурный градиент
Этот параметр устанавливает максимальное, не влияющее на работу датчика, значение изменения температуры среды в единицу времени. Изменения температуры со скоростью, превышающей это значение могут привести к сбоям в его работе.
Время готовности
Это время после подачи питания, необходимое для перехода датчика в стабильное рабочее состояние. По истечении этого времени датчик либо может быть настроен, либо способен сформировать достоверный сигнал. Перед подачей питания скорость потока должна находиться в рабочем диапазоне, а температура корпуса датчика должна быть равна температуре измеряемой среды.
Время реакции
Время реакции состоит из времени включения и времени выключения выходного сигнала. Время включения — это время, прошедшее от момента достижения скоростью потока заданного значения до индикации состояния потока. Это время минимально при низкой скорости потока и возрастает по мере ее возрастания. Время выключения — это время, прошедшее от момента снижения скорости потока ниже заданного значения до индикации состояния потока. Это время минимально при высокой скорости потока и возрастает по мере ее убывания.
Устойчивость к давлению
Устойчивость к давлению зависит от прочности корпуса датчика. Если давление измеряемой среды не превышает установленного максимального значения, датчик формирует стабильный сигнал и его корпус не повреждается. Устойчивость к давлению датчиков с ввинчиваемой конструкцией может оказаться ниже, чем указано в их технических данных, поэтому их использование при давлениях, близких к максимальным следует исключить.
Класс защиты
Класс защиты устанавливает степень защиты датчика от проникновения твердых тел и воды в соответствии со стандартом EN 60529. Для датчиков класс защиты зависит от места и способа установки. Датчики, непосредственно соприкасающиеся со средой измерения всегда имеют степень защиты, соответствующую классу IP 68.
Время задержки включения
Эта переменная может быть установлена в пределах от 0 до 25 с и вызывает задержку выдычи выходных сигналов управления при отклонении скорости потока от установленных значений. Например. Если установлено отличное от нуля время задержки, то управляющий выход еще включен в тот момент, хотя скорость потока уже упала ниже заданной. Иными словами, красный светодиод(«Нет потока») и желтый(«Выход активирован») горят одновременно. По истечении времени задержки желтый светодиод гаснет и горит только красный.
Погружные датчики и реле потока
Быстродействующие, высокоточные и неизнашиваемые датчики потока погружного типа для контроля наличия потока и измерения расхода жидкости с аналоговыми, транзисторными или релейными выход
Датчики и реле давления газов, паров и жидкостей с аналоговым выходом 4…20mA и дискретными выходами с программируемыми границами оповещения.
Нашел подходящую вещь для решения своей задачи. Задачи такие:1) Чтобы работал полив огорода или была возможность помыть автомобиль (в этом случае не должна срабатывать "блокировка насоса" по НЕ НАБОРУ верхнего давления в течении определенного времени, если оно прописано в алгоритме работы)
2) Иметь таймер на отключение после закрытия протока - перекрытие крана, завоздушивание ХВ, засор и пр. (В случае с реле сухого хода, задавался вопрос - "А что если насос нагонит верхнее давление 2.2 вместо положенных 3.2 бар при попадании воздуха в магистраль и реле не увидев нижнее давление на отключение не отключит насос?" Поэтому нужен таймер на отключение насоса после обрывании потока)
3) Датчик протока дает возможность нагнетать давление в РБ. (РБ необходим от гидроударов и для запаса воды, а также для "активации" датчика протока, который запустит насос сразу либо по таймеру или нижнему давлению)
4) Стоить агрегат не должен слишком больших денег, так как производители не имеют огромного желания оказывать гарантийные ремонты, запчасти тоже должны иметь умеренную стоимость.
5) Устройство возможно перезапустить с кнопки или с вилки (розетки с выключателем) не бегая в подвал для перезапуска насоса при отключении света.
6) При завоздушивании ХВ датчик протока вырубает насос (в случае с поливом огорода сработает таймер после пропадания протока).Судя по пунктам мне подходит UNIPUMP ТУРБИ-М1 думаю он может работать совместно с реле давления и вот какие варианты действия подразумеваются.
Подключаю провода: реле давления + турби м-1 + насос с РБ.
При первом запуске давление = 0 бар. Заливаю водичку в систему (насос, реле протока и пр.) и открываю кран для выпуска воздуха. Реле давления передает электричество турби м-1, а турби м-1 при первом пуске (при перезагрузке) передает питание на двигатель.Если поливаю огород то насос работает постоянно (при не достижении верхнего давления не отключит питание реле давления, а датчик протока НЕ ОТКЛЮЧИТ электричество, так как есть проток). В случае когда все краны закрыты = нет протока, нагнетается давление в РБ, насос выключится разрывом цепи в случае верхнего порога от команды реле давления либо насос выключит датчик протока по таймеру, кто сработает раньше. Наверное будет лучше подобрать верхнее давление такое, чтобы раньше отключало питание реле давления, ну это пока мысли в слух.
Если отключило питание реле давления, то датчик протока тоже обезточился. Значит, при падении давления ниже нижнего предела , допустим у реле давления это будет 1.8 бар, оно подает питание к датчику протока. Датчик протока (по идее) при включении/перезапуску должен увидеть это давление и сработать (ПОДАТЬ НАПРЯЖЕНИЕ К НАСОСУ) ТОЛЬКО по достижении своего минимального давления 1.5 бар или по протоку.
Это в теории.
Далее. Понижается давление (при открытии крана) ниже 1.5 бар - включается насос по команде датчика протока и снова все идет по кругу.Если отключают свет, то ПРИ НАЛИЧИИ необходимого давления в ХВ, реле не включает насос и датчик протока не включает насос, так как нет протока. А если отключили свет и я стравил давление в ХВ до нуля - захотел набрать водички, то запустить эту систему получится только перезагрузив датчик протока, но по сути, после включения света датчик протока должен включаться сам, (как и реле давления) - по факту это перезапуск и есть.
Если из скважины происходит подсос воздуха, но реле давления продолжает нагнетать давление до верхнего установленного предела, датчик протока вырубит питание насоса по таймеру . (Если нет протока и низкое давление, датчик протока вырубает насос через 30 сек.)
В принципе по теории все гладко получается. Если я что то упустил, то дополните меня.
Так как датчик протока работает от двух моментов: при достижении нижнего порога 1.5 бар или появлении протока, думаю наличие реле давления сократит частоту включения насоса, что бы не гонять насос при каждом открытии крана.З. Ы. Прежде чем покупать вещь, приходится прогонять варианты работы и опробовать ее на основе теории или опыта людей.
Инфа по датчику протока.
Датчик уровня воды в условиях современной техники выполняет функцию одного из органов чувств человека. От того, насколько правильно удается управлять и контролировать состояние водного потока, зависит исправная работа всего механизма. Важность надежности устройства сенсора сложно переоценить, хотя бы потому, что прибор, контролирующий воду, как правило, становится тем самым «узким» звеном современной техники.
Конструкция и принцип действия
Независимо от того, какой принцип действия положен в основу устройства, работает ли оно только в режиме сигнализатора или параллельно выполняет функции сторожа, автомата или управляющего механизма, конструкция прибора всегда состоит из трех основных узлов:
- Чувствительного элемента, способного реагировать на характеристики водяного потока. Например, фактическое наличие воды, высота столба или уровень в баке, факт движения водяного потока в трубе или магистрали;
- Балластного элемента, уравновешивающего сенсорную часть датчика. Без балласта чувствительный сенсор срабатывал бы при малейшем толчке или случайной капле воды;
- Передающая или исполнительная часть, преобразующая сигнал сенсора, вмонтированного в датчик воды, в конкретный сигнал или действие.
Примерно 90% всей водной техники, так или иначе, связано с электрическими исполнительными механизмами – насосами, клапанами, нагревателями и управляющими электронными автоматами. Понятно, что такое устройство, работающее с водяными потоками, должно быть в первую очередь безопасным.
Из всех сигнальных систем датчик, контролирующий состояние воды, считается наиболее простым и доступным в настройке и ремонте. В отличие от сенсоров и устройств, работающих с измерениями температуры, давления или расхода, датчик воды очень просто контролировать с помощью простейших устройств, или, на крайний случай, увидеть уровень или прокачанный поток своими глазами.
Виды датчиков уровня
Одним из условий успешной работы сенсора является высокая чувствительность датчика, чем выше, тем лучше, тем точнее удается считать контролируемый параметр воды. Поэтому в качестве величины, измеряемой сенсором, стараются выбирать ту, которая сильнее всего меняется за время измерения.
На сегодня существует около двух десятков различных способов и методов измерения механических характеристик воды, но все они используются для получения сведений:
- Высоты уровня водяного столба в емкости или баке;
- Скорости движения потока или расхода воды;
- Факта наличия-отсутствия воды в закрытой емкости, резервуаре, трубе или теплообменнике.
Разумеется, промышленные сенсоры могут быть достаточно сложными конструктивно, но используемые в них принципы работы такие же, как и в бытовой, садово-огородной или автомобильной технике.
Поплавковый тип датчика перелива
Наиболее простой способ измерять уровень воды используется в нехитрой механической конструкции, состоящей из герметичного поплавка, качающегося рычага или кулисы и запорного клапана. В данном случае датчиком является поплавок, балластом считается пружина и поплавковый утяжелитель, а исполнительным механизмом выступает сам клапан.
Во всех поплавковых системах датчик или поплавок регулируется на определенную высоту срабатывания. Вода, поднявшаяся в баке до контрольного уровня, поднимает поплавок и открывает клапан.
Поплавковая система может быть оборудована электрическим исполнительным устройством. Например, внутрь поплавкового датчика устанавливают вкладыш-магнит, при подъеме воды до рабочего уровня магнитное поле заставляет вакуумный геркон замыкать контакты, и тем самым включает или выключает электрическую цепь.
Поплавковый датчик может также выполняться по свободной схеме, как, например, в погружных насосах. В этом случае геркон замыкается не под воздействием магнитного поля вкладыша, а только за счет перепада давлений внутри корпуса насоса и на уровне поплавка. На сегодня магнитно-поплавковый датчик с электрическим исполнительным реле считается одним из самых безопасных и надежных вариантов контроля уровня жидкости.
Ультразвуковой сенсор
Конструкция датчика воды предусматривает наличие двух устройств – источника ультразвука и приемника сигнала. Звуковая волна направляется на поверхность воды, отражается и возвращается на датчик приемник.
На первый взгляд, идея использовать ультразвук для изготовления датчика контроля уровня или скорости движения воды выглядит не очень удачной. Ультразвуковая волна способна отражаться от стен бака, преломляться и создавать помехи в работе приемного датчика, а кроме того, потребуется сложное электронное оборудование.
На самом деле ультразвуковой сенсор для измерения уровня воды или любой другой жидкости помещается в коробку чуть больше пачки сигарет, при этом использование ультразвука в качестве датчика дает определенные преимущества:
- Возможность измерять уровень, и даже скорость воды при любой температуре, в условиях вибраций или движения;
- Ультразвуковой датчик может измерять расстояние от сенсора до поверхности воды даже в условиях сильного загрязнения, с переменным уровнем жидкости.
Кроме того, датчик может измерять уровень воды, расположенной на значительной глубине, при этом точность измерения достигается 1-2 см на каждые 10 м высоты.
Электродный принцип контроля воды
Тот факт, что вода обладает электропроводностью, успешно используется для изготовления контактных датчиков уровня жидкости. Конструктивно система представляет собой несколько электродов, установленных в емкости на разной высоте и соединенных в одну электрическую цепь.
По мере заполнения емкости водой жидкость последовательно замыкает пару контактов, что включает цепь управляющего реле насоса. Как правило, у датчика воды имеется два-три электрода, поэтому измерение потока воды получается слишком дифференцированным. Датчик сигнализирует лишь о достижении минимального уровня и запускает мотор насоса, или о полном заполнении емкости и отключает его, поэтому подобные системы используются для контроля резервных или поливных цистерн с водой.
Емкостной тип датчика воды
Конденсаторный или емкостной тип сенсора используется для измерения уровня воды в узких и глубоких емкостях, это может быть колодец или скважина. С помощью емкостного датчика можно определить высоту водяного столба в скважине с точностью до десятка сантиметров.
Конструкция сенсора состоит из двух коаксиальных электродов, фактически трубы и внутреннего металлического электрода, погруженных в ствол скважины. Вода заполняет часть внутреннего пространства системы, меняя тем самым его емкость. С помощью подключенной электронной схемы и катушки колебаний с кварцем можно точно определить емкость датчика и количество воды в скважине.
Радарный измеритель
Волновой, или радарный датчик используется для работы в наиболее сложных условиях, например, если нужно измерить уровень или объем жидкости в резервуаре, открытом водоеме, колодце несимметричной и неправильной формы.
Принцип действия не отличается от ультразвукового прибора, а использование электрического импульса позволяет выполнить измерение с большой точностью.
Гидростатический вариант сенсора
Один из вариантов гидростатического датчика приведен на схеме.
К сведению! Подобный сенсор используется в стиральных машинах и бойлерах, где очень важно контролировать высоту водяного столба внутри бака.
Гидростатический датчик представляет собой коробку с эластичной подпружиненной мембраной, делящей корпус датчика на два отделения. Одну из секций соединяют прочной полиэтиленовой трубкой со штуцером, впаянным в днище бака.
Давление водяного столба передается по трубке на мембрану и заставляет замыкаться контакты пускового реле, чаще всего для запуска исполнительного механизма используется пара — магнитный вкладыш и геркон.
Датчик давления воды
Гидростатическое давление определяется в условиях, когда поток или определенный объем воды находится в состоянии покоя. Чаще всего гидростатический сенсор используется в нагревательных и отопительных приборах – бойлерах, котлах отопления.
Устройство датчика давления воды
Такие устройства чаще всего работают в режиме триггера:
- При высоком давлении воды сенсор замыкает контакты реле и разрешает работу насоса или нагревателя;
- При низком давлении в сенсоре блокируется даже физическая возможность включения исполнительного механизма, то есть никакие удары или временные скачки напора не заставят устройство заработать.
При исправном датчике давления воды сенсор выдаст сигнал на запуск мотора, только если нагрузка на сильфон сохраняется более трех секунд.
Типовое устройство «умного» сенсора представлено на схеме.
Чувствительным элементом системы является диафрагма, соединенная с сильфоном, центральный шток может подниматься и опускаться в зависимости от величины давления, и тем самым менять емкость встроенного конденсатора.
Подключение датчика давления воды
Упрощенная модель сенсора используется в домашних системах «гидроаккумулятор — скважинный насос». Внутри прибора находится коробка с мембраной, соединенной с качающимся рычагом и двумя балансирующими пружинами.
Конструкция наворачивается на выходной штуцер гидроаккумулятора. С увеличением внутреннего давления мембрана поднимается и размыкает главную пару контактов, чтобы система исправно реагировала на давление воды, момент выключения и включения необходимо отрегулировать осадкой малой и большой пружины в соответствии с показаниями стрелочного манометра.
Датчик протечки воды
Уже из названия становится понятным, что речь идет об устройстве, фиксирующем наличие утечки воды из водопроводных коммуникаций. Принцип работы устройства напоминает электродную систему. Внутри пластиковой коробки в специальном кармане установлена одна или несколько пар электродов. В случае аварии скапливающая на полу вода затекает внутрь кармана и замыкает контакты. Срабатывает электронная схема, и по сигналу сенсора в работу вступают шаровые краны с электроприводом.
Понятно, что датчик, сам по себе, — вещь бесполезная, если используется без системы управления и автоматических отсекателей воды, установленных на вводе в дом или на одной из веток водопровода.
В качестве примера можно привести одну из наиболее популярных систем защиты — датчик протечки воды Нептун. В систему входят три основных блока:
- Сам датчик протечки Нептун в проводной или беспроводной модификации, обычно в комплект входит три отдельных сенсора;
- Шаровой кран с электроприводом, производства итальянской компании «Бугатти», в количестве двух штук;
- Блок управления «Neptun Base».
Наиболее ценная часть комплекта — автоматические краны, их выпускают для установки на полудюймовой и дюймовой трубной резьбе. Конструкция выдерживает давление до 40 Атм., а итальянское качество привода гарантирует не менее 100 тыс. циклов открывания-закрывания.
Сам датчик выглядит, как две латунные пластины в коробке, к которым подведено низковольтное напряжение с очень высоким сопротивлением входа, при замыкании сенсора ток ограничен 50 мА. Сама конструкция выполнена по протоколу IP67, поэтому является абсолютно безопасной для человека.
Установка беспроводных датчиков протечки воды
В системе «Нептун» датчик может быть удален от блока управления на расстояние более 50 м. В более совершенных беспроводных системах NEPTUN PROW+ вместо системы проводов используются датчики протечки воды, оборудованные модулем WF.
Блок управления оборудован защищенным от помех и влаги каналом, системой включения-выключения шаровых кранов. Считается, что никакие помехи или случайные капли влаги, конденсат не влияют на работу датчиков.
Коробки с сенсором протечки устанавливают на удалении от труб не более чем на 2 м, сенсоры нельзя экранировать металлической сантехникой или мебелью.
Беспроводной датчик протечки воды
Устройство беспроводного измерителя сложнее, чем обычного двухэлектродного варианта с проводным подключением. Внутри установлен контроллер, который непрерывно сравнивает ток, протекающий между электродами, с эталонным значением, зашитым в память. При этом эталонное значение «сухой пол» можно настраивать по собственному выбору.
Очень удобное решение, учитывая, что уровень влажности в ванной комнате может быть очень высоким, а регулярно выпадающий конденсат может привести к ложным срабатываниям.
Как только контроллер определяет уровень, соответствующий затоплению, прибор контроля воды отправляет на базовый блок сигнал об аварии. Наиболее продвинутые модели способны дублировать команду СМС-сообщением по GSM каналу.
Датчик протока воды
Во многих случаях для стабильной и безаварийной работы техники мало датчика наличия воды, требуется информация о том, движется ли поток по трубопроводу, какова его скорость и напор. Для этих целей используются датчики протока воды.
Виды датчиков протока воды
В бытовой и наиболее простой промышленной технике используют четыре основных вида датчиков протока:
- Напорный измеритель;
- Лепестковый тип сенсора;
- Лопаточная схема измерения;
- Ультразвуковая система.
Иногда используется устаревшая конструкция на основе трубки Пито, но для ее надежной работы требуется как минимум отсутствие загрязнений и ламинарный характер течения воды. Первые три датчика являются механическими, поэтому часто подвергаются засорению или водяной эрозии чувствительного элемента. Последний тип сенсора, ультразвуковой, способен работать практически в любых условиях.
Принцип работы ультразвукового измерителя можно понять из схемы. Внутри трубки расположен излучатель волн и приемник. В зависимости от скорости потока звуковая волна может отклоняться от первоначального направления, что и служит основанием для измерения характеристик потока.
Устройство и принцип работы
Простейшие лепестковые датчики потока работают по принципу гребного весла. В поток погружается лепесток, подвешенный на шарнире. Чем выше скорость потока, тем сильнее отклоняется лепесток датчика.
В более точных лопаточных датчиках применяется крыльчатка или турбинка из полиамида или алюминиевого сплава. В этом случае удается измерять скорость потока по частоте вращения подвижного элемента. Единственным недостатком является повышенное сопротивление, создаваемое лепестками и лопатками в потоке воды.
Напорный сенсор работает с использованием динамического давления потока. Под напором воды подвижный элемент с магнитным вкладышем выдавливается вверх, освобождая тем самым пространство для движения жидкости. Установленный в головке геркон моментально реагирует на магнитное поле вкладыша и замыкает цепь.
Область применения
Датчики водяного потока используются исключительно в системах нагрева и системах автоматики одноконтурных теплообменников. Чаще всего выход из строя сенсора наличия потока приводит к прогару и тяжелейшим повреждениям раскаленных радиаторов и нагревателей.
Датчик уровня воды своими руками
Простейший вариант устройства, способного сигнализировать о наполнении водой бака или любой другой емкости, приведен на схеме ниже.
Конструктивно определитель уровня состоит из трех металлических электродов, установленных на текстолитовой пластинке. Схема, собранная на обычном маломощном транзисторе, позволяет определять предельно допустимый верхний и нижний уровень воды в емкости.
Конструкция абсолютно безопасна в пользовании и не требует каких-либо дорогостоящих деталей или приборов управления.
Заключение
Датчики уровня воды широко используются в бытовой технике, поэтому чаще всего для вспомогательных нужд гаражной или садовой техники используют уже готовые конструкции от старой техники, переделанные и адаптированные к новым условиям. При правильном подключении такое устройство прослужит гораздо дольше самодельной схемы.
Одной из распространенных причин поломок циркуляционных насосов является так называемый «сухой ход», когда насос продолжает работать, но вода через него не проходит. Такая работа создает опасность аварийных ситуаций, при «сухом ходе» перегревается двигатель, деформируются детали, и насос в целом быстро изнашивается. Чтобы избежать такой проблемы производители предлагают повысительные и циркуляционные насосы с датчиком протока.
Зачем нужен датчик протока?
Датчик протока – это устройство, определяющее движение или остановку потока рабочей среды в системе для включения и отключения циркуляционного насоса. Сегодня выпускают модели, как со встроенными, так и наружными датчиками. Они не только выполняют функцию защиты насоса, но и обеспечивают поддержание оптимального давления в системах водоснабжения и отопления.
Принцип работы датчика заключается в том, что он контролирует мощность потока воды и запускает насос, когда скорость расхода воды достигает значения 1,5 литров в минуту, когда скорость падает ниже заданного значения, датчик выключает насос.
Таким образом, он обеспечивает сразу несколько преимуществ:
- дает возможность насосу работать в автоматическом режиме;
- позволяет избежать работы насоса «в сухую», поскольку он запускает систему и поднимает давление в ней только когда это необходимо;
- автоматическое включение и отключение делает работу насоса намного экономичней, снижая расходы на электроэнергию.
Стоимость моделей с датчиком несколько выше, чем у обычных насосов, но зато они надежно защищены от поломок, надежней и долговечней.
Датчики потока жидкости предназначены для индикации потока жидкого вещества, определения скорости и измерения уровня расхода продукта.
Современные реле потока отличаются высокой чувствительностью и способны реагировать даже на слабый поток жидкости в трубопроводе. Разнообразие моделей позволяет применять датчики потока для работы с различными видами жидких продуктов, в том числе с агрессивными и опасными веществами. Некоторые производители предлагают взрывозащищенные варианты, безопасные для применения в опасных производствах.
Область применения датчиков потока жидкости
Реле потока жидкости применяются для решения различных задач во многих отраслях промышленности:
- в системах водоснабжения и водоотведения для контроля подачи воды, поддержания работы насосного оборудования, организации систем отведения сточных вод, канализационных сооружений, защиты насосного оборудования и двигателей от «сухого хода»,
- в системах отопления, охлаждения, вентиляции и кондиционирования воздуха для контроля подачи воды, хладагента, специальных жидкостей, отведения отработанных жидкостей из системы,
- в нефтегазовой сфере для контроля потока газа, нефти, нефтепродуктов при транспортировке и хранении,
- в металлургии, сталелитейной промышленности в системах подачи и отведения воды и другой жидкости,
- в химической промышленности для работы с агрессивными и опасными видами жидких продуктов, системах подачи и отведения воды,
- в сельском хозяйстве при автоматизации процессов кормления, в поилках, в системах полива и орошения, при работе с жидкими удобрениями,
- в пищевой промышленности для контроля подачи различных видов жидких пищевых продуктов, в том числе минеральной воды, молочной и кисломолочной продукции, алкогольных напитков, пива и т.д.
Некоторые виды датчиков потока жидкости также подойдут для работы с газами, что значительно расширяет возможности применения устройств в промышленности и быту.
Виды реле потока жидких материалов и их назначение
Современные виды реле потока жидкости имеют общее основное назначение - контроль наличия или отсутствия потока рабочей жидкости в трубопроводе. Различия заключаются в принципах работы и возможностях применения датчиков.
- Механическое лопастное реле потока представляет собой встраиваемое в трубу устройство, снабженное специальной лопастью. При наличии потока в трубопроводе лопасть отклоняется, приводя к замыканию контактов и срабатыванию датчика. Лопастное реле практически не имеет ограничений в применении, мало подвержено износу и не нуждается в обслуживании.
- Тепловое реле потока контролирует наличие потока с помощью измерения уровня рассеивания тепловой энергии от встроенного нагревательного элемента. В зависимости от скорости изменения температуры нагревательного элемента регистрируется поток, а также его скорость при наличии такой функции. Термоанемометрический принцип измерения потока не подходит для некоторых опасных видов жидкостей. Для сохранения надежности регистрации необходимо поддерживать чистоту чувствительных элементов датчика. Некоторые виды устройств не подходят для работы в условиях постоянно изменяющейся скорости потока.