Skysčių lygiui matuoti taikomi įvairūs būdai ir priemonės, priklausomai nuo jų savybių ir proceso parametrų. Žemės ūkio įmonėse ir ūkiuose tenka kontroliuoti įvairių maisto produktų ir kuro kiekius talpyklose, vandens lygį hidrotechniniuose objektuose, vandens tiekimo, drėkinimo ir šildymo sistemose.

Pasirenkant matavimo metodą, reikia įvertinti specifines produkto savybes bei technologinius reikalavimus. Universaliausias būdas - naudoti hidrostatinius (panardinamuosius) lygio jutiklius. Jie tinka laidiems ir nelaidiems skysčiams bei įvairaus klampumo skystoms medžiagoms. Juos savo produktų asortimente turi visi slėgio jutiklių gamintojai.

Matavimo principas

Skysčio sukuriamą slėgį priima diafragma, o jos deformaciją į elektrinį signalą keičia tenzometriniai arba pjezoelektriniai jutikliai. Išskiriamos trys jutiklių technologijos.

Patys tiksliausi, su didžiausiomis leistinomis (3-10 kartų) perkrovomis yra plonasluoksniai rezistyviniai jutikliai ant metalo (angl. thick film on steel technologija). Pigesni, bet siauresniam diapazonui ir mažiau tikslūs gaminami pagal storasluoksnę technologiją ant keraminio pagrindo. Ekonominės klasės jutikliuose naudojami pjezorezistyviniai sensoriai. Taigi, renkantis įvertiname prietaiso patikimumą, kainą ir galimus technologinius nuostolius, sutrikus valdymui dėl jutiklio gedimo.

Integruota elektronika slėgio signalą transformuoja į standartinį srovinį signalą 4-20 mA. Tai toks variantas, kai jutiklis maitinamas iš srovės kilpos: 0-4 mA sunaudojama jutiklio elektronikai maitinti, o naudingas signalas (nuo 4 iki 20 mA) proporcingas skysčio slėgiui arba skysčio užpildymo lygiui. Toks jutiklio prijungimas sumažina elektrinių trikdžių įtaką. Jam prijungti pakanka dviejų laidų, ryšio linijos ilgis gali būti daugiau nei keli šimtai metrų, o maitinimo įtampa gali keistis plačiose ribose (nuo 9 iki 32 V) be įtakos matavimo tikslumui.

Ilgoms ryšio linijoms reikia rinktis jutiklius su apsauga nuo įtampos perviršio. Ta pačia dvilaide linija galima perduoti ir papildomą išmanaus jutiklio informaciją (HART protokolas). Atskirais atvejais naudojami jutikliai su standartiniu 0-10 V signalu išėjime, o prijungiama trijų gyslų ekranuotu kabeliu. Terpės temperatūrų diapazonai standartiniame variante svyruoja nuo -5 iki 50 °C, o specialiame - nuo -25 iki 80 °C.

Nuo įprastų slėgio jutiklių panardinamieji prietaisai skiriasi atmosferinio slėgio kompensacija. Matuojant žemus lygius be atmosferinio slėgio kompensacijos, bus didelės matavimo paklaidos. Slėgis kompensuojamas jutiklio sensoriaus kamerą specialiu kapiliaru sujungiant su aplinkos oru. Kad jutiklis patikimai veiktų, būtina apsaugoti šį kapiliarą, kad į jį nepatektų vanduo ir kondensatas. Tokią funkcija atlieka specialus drėgmės filtras. Jutikliai kalibruojama pagal vandens lygį. Jeigu matuojamo skysčio lyginamasis svoris skiriasi nuo vandens, nustatant matavimo prietaiso rodmenis koreguojame, parinkdami individualią charakteristiką. Lengvesniems skysčiams rodmenys didinami, o sunkesniems - mažinami. Hidrostatiniai jutikliai tinka įvairaus klampumo, išskyrus kietėjančius esant aukštoms temperatūroms (pvz., palmių aliejus, taukai), bei lyginamojo svorio skysčiams.

Jutikliai degiems skysčiams

Degių skysčių (benzino, žibalo ir kt.) lygiui kontroliuoti galima naudoti tik jutiklius, skirtus darbui sprogioje aplinkoje (Ex komplektacija). Sprogiai zonai atskirti ryšio linijoje jungiamas signalo separatorius. Jis montuojamas saugioje zonoje ir galvaniškai atskiria signalo perdavimo liniją bei maitinimo grandinę nuo sprogios zonos.

Slėgio jutiklio prijungimas darbui sprogioje zonoje (Ex)

Gaminami lygio jutikliai su integruotu duomenų kaupikliu-registratoriumi. Pastarasis yra panardinamo jutiklio pakaboje ir dažniausiai maitinamas iš vidinės baterijos. Sukaupti duomenys gali būti nuskaitomi prisijungus ir ryšio kabeliu (USB), ir belaidėmis technologijomis (Bluetooth, Wi-Fi). Šie prietaisai dažniausiai naudojami monitoringo sistemose vandens lygio ir hidrologinio režimo kontrolei hidroelektrinėse bei vandens saugyklose, gręžiniuose. Papildomai galima užsakyti, kad panardinamųjų jutiklių vidinė ertmė būtų užpildyta želės mase, padidinančia jutiklių atsparumą vibracijoms. Tai pat gamintojai papildomai siūlo elektronikos apsaugos sistemą. Paprastai panardinamojo jutiklio padėčiai stabilizuoti pakanka balastinio svarsčio. Intensyvios skysčio cirkuliacijos arba pratekančiose talpose prietaisas montuojamas apsauginiame vamzdyje. Jeigu nereikalaujama itin didelio tikslumo skysčių lygio kontrolei rezervuaruose ar talpyklose, kuriose produktai laikomi atmosferiniame slėgyje, galime naudoti įprastinius slėgio jutiklius. Svarbu reikiamai parinkti jutiklio prijungimo vietą. Ji turi būti pakelta nuo apatinės talpos dalies, kad į jutiklį nepatektų nuosėdos.

Matavimo priemonės su frontaline diafragma

Minėtais atvejais pranašesni jutikliai su frontaline diafragma. Jie gali matuoti mažai takių skysčių ir emulsijų lygį. Taip pat šie jutikliai taikomi aukštos temperatūros skysčių lygio kontrolei. Aukštos klasės jutikliams leistina terpės temperatūra iki 125 °C. Esant aukštesnei temperatūrai, slėgio jutiklis prijungiamas prie talpyklos, naudojant specialų separatorių, kapiliaru sujungtą su slėgio jutikliu.

Separatoriaus kapiliaras ir jutiklis užpildomi specialia aukštai temperatūrai atsparia alyva. Skystų medžiagų, kurios kietėja palyginti aukštoje temperatūroje (parafinai; aliejai ir pan.), lygio kontrolei naudojami šildomi separatoriai su frontaline diafragma. Siekiant išvengti staigių slėgio šuolių, kai jutiklis prijungiamas prie skysčio padavimo trasos, naudojami specialūs slopintuvai. Jutikliuose su atitolinta diafragma numatyta galimybė įsukti specialų slopintuvą - varžtą su mažo skersmens (D =0,3-1,0 mm) vidine anga. Jei jo slopinimo nepakanka (pvz., linijoje didelio našumo padavimo siurblys), naudojamas labirintinis slopintuvas - dvi trys didesnio skersmens kameros, atskirtos pertvaromis su mažo skersmens angomis.

Talpiniai prietaisai

Skysčiams, laikomiems didesniame negu atmosferinio slėgio talpyklose (skystos dujos, hidroforai, energetiniai katilai ir pan.) naudojami talpiniai, rezistyviniai ir plūdiniai lygio jutikliai. Jų veikimas pagrįstas kondensatoriaus, kurį sudaro du elektrodai (strypas vamzdyje, du lygiagretūs strypai arba elektrodas ir antro elektrodo funkciją atliekantis plieninis rezervuaras), talpos priklausomybe nuo skysčio lygio. Dideliam skysčio lygiui matuoti naudojami trosiniai elektrodai. Išmatuota kondensatoriaus talpa elektroniniame bloke konvertuojama į standartinį įtampos arba srovės išėjimo signalą. Sumontavus jutiklis kalibruojamas, esant atitinkamai terpės temperatūrai ir užpildant talpą technologiniu skysčiu (tepalu, alyva, produktų tirpalais ir pan.).

Tai svarbu kontroliuojant skysčių lygį, kai dielektrinė terpės skverbtis labai priklauso nuo temperatūros. Be to, įvairių produktų dielektrinė skverbtis keičiasi plačiose ribose ir priklauso nuo kelių parametrų (drėgmės, koncentracijos, priedų kiekio ir pan.). Eksploatacijai palengvinti talpiniuose jutikliuose galima pasirinkti matuojamos talpos dydį/diapazoną. CL-36 jutikliams maksimali talpos vertė 1 000 pF, o minimalus nustatomas diapazonas 0-20 pF.

Laidžių skysčių lygio kontrolei jutiklio potencialinis elektrodas padengiamas izoliacija (polietilenu, ftoroplastu). Dideliems lygiams matuoti ir kai nėra galimybės sumontuoti ilgus strypus, naudojami segmentiniai strypai arba trosiniai 5-6 mm skersmens elektrodai. Esant stiprioms skysčio cirkuliacijoms rezervuare, būtina elektrodų fiksacija arba stabilizuojantis atsvaras, kad rodmenys ,,neplaukiotų". Ypatingais atvejais trosinis elektrodas fiksuojamas rezervuaro dugne spyruokline jungtimi, kompensuojančia šilumines deformacijas. Šio tipo lygio kontrolės prietaisas gali dirbti terpėse, kuriose temperatūra siekia iki 200 °C.

Akustiniai lygio jutikliai

Skysčių lygio kontrolei taikomi ir akustiniai lygio jutikliai, neturintys tiesioginio kontakto su kontroliuojama terpe. Tai miniatiūrinis akustinis lokatorius. Skysčių temperatūrų diapazonas siauresnis (iki 70-80°C), o kontroliuojamas lygis nuo 20 centimetrų iki 10-15 metrų. Pagrindinė panaudojimo kliūtis - tai akustinių atspindžių bei skysčių bangavimo sukelti trukdžiai didelės talpos rezervuaruose. Panašiu principu veikia ir lokatoriniai lygio jutikliai, dirbantys radijo dažnių diapazone. Jais kontroliuojami skysčių lygiai dešimčių ir šimtų metrų diapazone ir objektai, nutolę nuo prietaiso instaliavimo vietos. Terpės temperatūra gali siekti daugiau kaip 400 °C. Tai brangūs prietaisai ir jų taikymo sritis labai specifinė.

Pirmieji lygio jutikliai buvo įvairių konstrukcijų plūdės. Nepaisant techninio progreso, šie jutikliai išsaugojo savo nišą. Jais kontroliuojamas lygis slėginiuose iki 40 bar induose, kuriuose temperatūra gali siekti iki 110-120 °C. Analoginis signalas generuojamas rezistorių matrica. Komutuojama magnetiškai valdomais kontaktoriais (gerkonais). Maksimalus kontroliuojamas lygis siekia 2,0-2,5 m, o skyra - 10-20 mm. Paprastai praktikoje tokio tikslumo pakanka. Prietaisas gali būti tvirtinamas ir sriegiais, ir flanšais, o plūdė gali būti ant vertikalaus strypo arba ant horizontalios svirties. Paprastesnių plūdinių jutiklių panaudojimo sritis - ribinių lygio verčių signalizacija. Plūdė perjungia vieną/du elektrinius kontaktus, esant tam tikroms nustatytoms plūdės padėtims.

Rimvydas AMBRULEVIČIUS

Mano ūkis, 2014/10