Датчики-реле потока

Проблемы корректности контроля

Во-вторых, во многом с учётом сказанного, состав воды в разных местах и условиях неоднороден, магистрали подвода при эксплуатации загрязняются, на внутренней поверхности трубопроводов образуются наросты, сужая полезный диаметр магистрали, следовательно, для потребителя изменяется давление и поток воды. Но главное – для такого корректного и долговременного контроля требуются специальные надёжные датчики. Поэтому вопрос о качестве датчиков контроля воды и иной жидкости, о надёжности РЭА в этой части довольно актуален.

Что касается крупного производства, предприятий, тут вопрос с надёжностью оборудования поставлен ещё более критично: любой простой влечёт за собой миллионные издержки. А если речь идёт о сфере безопасности жизнедеятельности, «критической инфраструктуре» обеспечения жизнедеятельности людей в медицинских и иных учреждениях, тут аварии в контурах снабжения водой имеют ещё более важные последствия. На таких условно простых бытовых и производственных примерах мы показали необходимость технологического совершенствования производства датчиков потока и прогона жидкости, и новых разработок в сей теме.

Электронные счётчики-расходомеры

• коррозионно-активных кислот, щелочей и смесей;
• сточных и канализационных вод;
• неньютоновских жидкостей;
• загрязнённых жидкостей на металлургических предприятиях.

Счётчик-расходомер изготавливается из разных материалов, выбор которых зависит от того, какими свойствами обладает измеряемая и окружающая среда. Если она нейтральная, то для электродов выбирают нержавеющую сталь, если агрессивная – электроды делают из титана, тантала, платино-иридиевого и других устойчивых сплавов. Проточную часть прибора покрывают материалом, препятствующим разряду ионов во время их контакта с металлической трубой. Для неагрессивной жидкости и невысоких температур подходит обычная техническая резина. Если эксплуатация оборудования планируется в агрессивной среде, футеровку исполняют из различных фторопластов или керамики (для абразивных сред).

Среди преимуществ электронных расходомеров:

• стабильная работа, поскольку нет движущихся деталей;
• возможность применения на трубопроводах большого диаметра;
• низкий коэффициент сопротивления потоку, что снижает потери давления на измерительном участке;
• возможность эксплуатации в широком динамическом диапазоне (1:100) и выше;
• работа при минимальных длинах требуемых измерительных участков.

Электронный блок крепится на корпусе первичного преобразователя с помощью стойки (в интегральном исполнении). Индикатор с жидкокристаллическим дисплеем отображает основные показатели измерений. Дополнительно ещё об одной интересной особенности контроля расхода жидкостей и газов для измерения расхода различных жидкостей, способных работать с агрессивными и неоднородными средами, можно прочитать в .

Проточную часть и электронный блок устанавливают отдельно друг от друга. Такой вариант выбирается при необходимости работы с жидкостями при высокой температуре (от +80 до +130°С). Допустимая длина удаления датчика от устройства-анализатора 50 м.

Конструктивно счётчик рассчитан на фланцевый тип монтажа. Однако есть варианты исполнения с «молочной гайкой» – такое соединение востребовано в пищевой промышленности. Наличие гигиенического сертификата позволяет использовать устройства в производстве продуктов питания: молока, сахара, пива и т.д.

Особый тип промышленных расходомеров – кориолисовые (coriolis flowmeters), это универсальные приборы для измерения массового расхода и плотности прямым методом и объёмного расхода методом пересчёта. Принцип работы устройства (представлен на рис. 11) основан на базовом физическом явлении появления ускорения при движении среды в вибрирующей трубке.
В результате возникают силы, закручивающие трубку, так как во входной половине трубки сила, действующая со стороны среды, препятствует её смещению, а в выходной способствует. Это приводит к появлению разности фаз колебаний подводящей и отводящей труб сенсора. Данный эффект называется эффектом Кориолиса .

Мы рассмотрели примеры разного оборудования, в которых применяются принципы эффекта Холла, лопастные и поршневые контакторы: от маленьких датчиков протока для небольших магистралей до промышленных контроллеров огромных объёмов. Знание примеров, элементной базы и принципа работы датчиков контроля жидких сред даёт большие перспективы применения рассмотренных устройств для новых разработок как в области бытового, медицинского, так и промышленного назначения.

Датчики и счётчики воды

Датчик фирмы OOTDTY модели H1AA800375 на основе магнитного эффекта Холла для водопроводно-канализационной системы представлен на рис. 1.
Он имеет условия подводки с размером «½» – стандартный распространённый размер, принятый в сантехнических коммуникациях бытового уровня. Для труб и комплектующих сантехники принят за основу «недружественный» отсчёт от дюйма – 25,4 мм. Отсюда 1 см = 0,3937 дюйма, 1 дюйм = 2,54 см. Но сантехнический размер «½» – это диаметр трубы 15 мм, а «¾» – 20 мм, 1 дюйм примерно равен 25 мм, 1 и ¼ – диаметр патрубка 32 мм. Наиболее распространены ½ и ¾ дюйма.

Примерно аналогичные характеристики у датчика YF-B1, имеющего размеры 4,4×1,9 см. Устойчиво работоспособен в диапазоне напряжения питания 5…15 В постоянного тока. Сопротивление изоляции корпуса 100 МОм. Датчик размещён в корпусе из лёгкого металла и пластика и позволяет контролировать расход воды в пределах 1…25 л/мин. при максимальном давлении в контуре 1,75 МПа.

На рис. 2 представлен внешний вид переключателя датчика потока воды, выполняющего функцию усилителя давления воды и предназначенного для контуров с относительно слабым давлением и (или) для потребителей, находящихся в условиях удалённого расположения от распределительной станции – хаба.
Датчик, совместимый с устройствами Arduino, имеет высокую стабильность и надёжность ввиду функции магнитного абсорбирования. Индукционная и магнитная контрольная камера, а также электронные компоненты расположены отдельно, это позволяет избежать сбоев в работе переключателя, вызванных примесями воды в трубопроводе, «нежелательными» частицами, загрязняющими канал.

На рис. 3 представлен тот же датчик, адаптированный для разработчиков конструкторского макета Arduino.
Такое устройство одновременно имеет функцию защиты водоподводящего канала и многоразового фильтра частиц-примесей воды – с отстойником и возможностью его чистки.

Термостойкие материалы корпуса и элементов датчика позволяют использовать устройство для горячей воды при температуре до 80°С.

Устройство работоспособно при относительно низком давлении воды > 0,03 кг/см²: сей элемент, называемый «пружина сброса», сделан из высококачественной нержавеющей стали

Это крайне важно в условиях подводны́х магистральных каналов с низким давлением, в частности, для запуска водонагревателя-бойлера в режиме обеспечения автоматического водного цикла водонагревателя.. Внутри датчика установлена магнитная крыльчатка, совмещённая с датчиком Холла

Аналогичные YF-S201 по форм-фактору модели типового ряда CX-60/120/300/800/801/802/2010 сертифицированы (СЕ) и предназначены для работы в контуре водоснабжения (отведения) при интенсивности потока 6…7 л/мин и минимальном давлении 0,6 МПа. Этот совместимый с устройствами Arduino прецизионный датчик расхода воды предназначен и адаптирован для схем управления и питания с напряжением осветительной сети 230…240 В переменного тока.

Внутри датчика установлена магнитная крыльчатка, совмещённая с датчиком Холла. Аналогичные YF-S201 по форм-фактору модели типового ряда CX-60/120/300/800/801/802/2010 сертифицированы (СЕ) и предназначены для работы в контуре водоснабжения (отведения) при интенсивности потока 6…7 л/мин и минимальном давлении 0,6 МПа. Этот совместимый с устройствами Arduino прецизионный датчик расхода воды предназначен и адаптирован для схем управления и питания с напряжением осветительной сети 230…240 В переменного тока.

На рис. 4 представлен внешний вид датчика-переключателя потока водяного насоса фирмы ELESAVEE моделей HFS15/HFS20/HFS25.
Датчик функционирует как реле потока с контролем уровня жидкости и адаптирован под размер патрубка ½ или ¼ дюйма.

Типовые характеристики датчика

• Напряжение: 220 В переменного тока
• Максимальный ток потребления: 15 А
• Стабильная работа в диапазоне температур: +5…40°С
• Допустимая температура жидкости: 0…+100°C

Вода как ценность

Вода, в том числе прошедшая очистные сооружения для последующего потребления в качестве питьевой в частных и многоквартирных домах, на производстве является важным экономическим фактором. Причём «обычная» питьевая вода может быть исследована сегодня в большом спектре физико-биолого-химических характеристик, лишь самые простые из которых – прозрачность, жёсткость (мягкость) и даже электропроводимость. Химический анализ качества воды – довольно дорогостоящая процедура, десятки тысяч рублей в зависимости от выбранных характеристик, которую могут себе позволить не все. Не секрет, что в некоторых регионах любезного нашего Отечества качественно очищенная вода – редкость. И не во всех регионах природные запасы воды достаточны для жизнедеятельности; к примеру, в степных районах чистая питьевая вода ценится дороже, чем в регионах с разветвлённой сетью рек и озёр, иных районов, граничащих с большими акваториями.

Так, в Ленинградской области (Калитино), в Смоленской (отдельные дома в г. Смоленске), Псковской (Опухлики) – несколько примеров из авторского опыта – и сегодня питьевая вода, поступающая по магистральным путепроводам под давлением к бытовым потребителям, условно перенасыщена известняком и кальцием, что нетрудно заметить по белому осадку в посуде и после её кипячения. Жёсткость водопроводной воды также влияет на долговременность работы ТЭНов сервисного электрооборудования, самые простые примеры в быту – автоматические стиральные машины, бойлеры, чайники и электрические нагреватели в частных домах с водяным контуром отопления. Для смягчения воды специально применяют такой химический состав, как «калгон», рекомендованный для предотвращения образования накипи на ТЭНах – в устройствах не питьевого применения (стиральные машины, контуры отопления и др.). В Псковской области (и некоторых других районах) вода традиционно имеет серно-водородный привкус, что связано с геологическими особенностями почв. Весь этот простой анализ показывает нам два важных аспекта.

Контроль потока жидкости и газа: термоанемометрическое и лопастное реле

Среди постоянных заказчиков реле отечественной торговой марки крупнейшие холдинги и предприятия, работающие во всех регионах страны, в том числе нефтеперерабатывающие заводы и газонаполняющие станции. В трубопроводах промышленных систем контроль движения жидкостей и газов осуществляется с помощью реле потока с различными принципами действия. Их основной задачей является защита оборудования от перегрева в случае слабого потока либо его отсутствия.

Реле потока в России – для производственного назначения изготовляются в двух вариантах – лопастное и термоанемометрическое. В конструкции термоанемометрического реле основным является нагревательный элемент, совмещенный с датчиком температуры, и термодатчик, измеряющий температуру рабочей среды. Нагревательный элемент поддерживает температуру на определённом значении, превышающем температуру контролируемого вещества .

Принцип работы термоанемометрического реле в зависимости отдачи тепла нагревательного элемента от скорости, с которой движется рабочая среда, охлаждая его. Термодатчик и датчик температуры, совмещённый с нагревательным элементом, фиксируют разность температур, которая обратно пропорциональна скорости потока.

Рисунок 10 иллюстрирует принцип работы термоанемометрического реле «Поток-285».
В этом устройстве реализовано исполнение с футерованным тефлоном электродом для эксплуатации в агрессивных средах, таких как щёлочь и кислота. Предел давления контролируемой среды увеличен до 10 МПа (более старые модели – до 5 МПа).

В одноэлектродном исполнении термоанемометрического реле упростилась задача монтажа, ибо отпала необходимость позиционировать электроды относительно направления потока.

Технические характеристики термоанемометрического реле «Поток-285» представлены в табл. 1.
Преимущества устройства:

• возможность эксплуатации на вязких средах (до 400 МПа/с);
• предел избыточного давления контролируемой среды до 10 МПа;
• возможность работы при низких температурах окружающей среды – до –50°С;
• работа как при прямом, так и при обратном направлении потока;
• отсутствие движущихся частей, настройка на рабочем процессе;
• простой монтаж;
• возможность установки приборов, как на горизонтальные трубопроводы, так и в наклонные.

Технические характеристики лопастного реле «Поток-236» представлены в табл. 2.
На производстве на лопасти наносятся насечки, обозначающие различную длину. Перед непосредственной установкой в линию лопасть обрезается на необходимую длину в соответствии с уставками включения и отключения. Уставка включения – это значение расхода среды, при котором происходит срабатывание реле, а именно замыкание нормально разомкнутых контактов герконового реле. Уставка отключения – это значение расхода, при котором контакты герконового реле возвращаются в исходное положение.

Датчики-реле потока серии ДР-П, ДР-ПП предназначены для контроля потока неагрессивных жидкостей, таких как вода, этиленгликоль и другие, через трубопровод. Приборы применяются для определения наличия или отсутствия потока жидкости и управления различными устройствами в системах автоматики, к примеру, для защиты насосов от «сухого» хода, в цепях аварийно-предупредительной сигнализации. При наличии потока воды в трубопроводе датчик-реле подаёт сигнал в электрической цепи, который анализируется устройством сигнализации и управления.

Реле потока по принципу действия

По способу монтажа лепестковые датчики-реле разделяются на два вида: датчики-реле, устанавливаемые в тройник трубопровода — ДР-П-02, ДР-П-03, ДР-П-32, ДР-П-34, ДР-П-50; и врезные датчики-реле, для которых, соответственно, тоже существуют два вида монтажного положения: горизонтальное – ДР-ПП-02, ДР-ПП-04; и вертикальное – ДР-ПП-52, ДР-ПП-53, ДР-ПП-54, ДР-ПП-55.

Принцип работы поршневых датчиков-реле основан на перемещении магнитного поршня внутри прибора. Поршень смещается под воздействием потока жидкости в трубе и замыкает контакты геркона. В случае отсутствия потока в трубе поршень возвращается в исходное положение под действием силы тяжести, что приводит к размыканию контактов.

Датчики этого вида известны в двух вариантах монтажного положения:

• горизонтальное – ДР-ПП-01, ДР-ПП-05;
• вертикальное – ДР-ПП-06, ДР-ПП-08.

Устройства рекомендуется применять в комплекте с тахометрами или счётчиками импульсов. Датчики этого типа имеют универсальное монтажное положение – ДРУ-ПП-91, ДРУ-ПП-92, ДРУ-ПП-93, ДРУ-ПП-94. Датчики потока воздуха предназначены для сигнализации наличия или отсутствия воздушного потока. Применяются в системах вентиляции в качестве сигнального контакта или для индикации неисправности вентилятора или закупорки вытяжки.

Реле потока может иметь типовое и специальное исполнение – для работы во взрывоопасных средах. Конструкция реле потока позволяет использовать устройство на средах с вязкостью до 400 МПа/с, таких как сырая нефть и дизельное топливо.