Нивелир принцип работы: схема основных составных частей цифрового и других нивелиров, принцип работы

Содержание

схема основных составных частей цифрового и других нивелиров, принцип работы

Нивелир – это прибор, предназначенный для определения перепада (разницы) высот двух точек, удалённых друг от друга на некоторое расстояние. Существует множество типов устройств нивелиров, но все они сводятся к решению задачи либо визуального определения этой разницы, либо её отсчёта с помощью различных устройств (например, цифровых).

Чтобы понимать, как именно выполняется нивелирование и какие разновидности этого прибора лучше подходят для тех или иных задач, необходимо ясно представлять общую конструкцию нивелира.

Устройство

Нивелиры, используемые при геодезической съёмке местности и в строительстве, делятся на несколько больших категорий. Это традиционные оптические, а также более современные устройства, использующие электронные технологии и лазерное излучение. Все они имеют разное устройство. Рассмотрим по порядку основные принципы и особенности каждой из названных категорий.

Оптические нивелиры: конструкция и принцип работы

Раньше других появилось устройство нивелира оптического типа. Строение всех подобных приборов включает зрительную трубу с окуляром и линзами, обеспечивающими приближение на необходимое число крат. Раньше все оптические нивелиры требовали ручного наведения на интересующую вас точку и фокусировки на ней с помощью различных винтов – подъёмных, наводящего и элевационного. Для точного выведения зрительной трубы в горизонт к ней прикреплялся цилиндрический уровень.

Для выполнения измерений важной комплектующей нивелира является измерительная рейка.

Также все модели оптических нивелиров оснащаются нитяным дальномером для измерения расстояний, а некоторые – горизонтальным лимбом, который позволяет измерять углы в горизонтальной плоскости.

Принцип работы такого прибора достаточно прост. Нивелир устанавливают на ровной площадке, с помощью винтов приводят зрительную трубу в горизонтальное положение. Две точки на местности – начальная и измеряемая – должны быть ясно видны в окуляр. Измерительная рейка сначала устанавливается в начальную точку, и показания снимаются по сетке нитей нивелира (точнее, по средней нити этой сетки). Затем рейка переносится в измеряемую точку, и показания снимаются снова. Разница между ними составляет искомое значение.

Большая часть нивелиров, применяемых в современной геодезии и строительстве, несколько отличается от описанных выше. Например, большинство моделей оснащаются компенсатором. Компенсатор – это устройство, предназначенного для автоматического выравнивания прибора по линии горизонта. Использование компенсатора делает измерения точнее и проще.

У нивелиров, оснащённых компенсатором, есть специальная маркировка в виде буквы «К» и обычно отсутствует цилиндрический уровень (так как он становится не нужен).

Особенности цифровых нивелиров

Кроме того, есть категория цифровых нивелиров, которые не требуют визуального определения высоты по измерительной рейке (эту функцию выполняет цифровое отсчётное устройство). Они имеют значительные преимущества и широко применяются в качестве профессиональных измерительных инструментов.

К несомненным плюсам электронных нивелиров относится автоматизация и стабильность измерений. Цифровое отсчётное устройство в любом случае более надёжно и точно, так как его работа не зависит от человеческого фактора и намного меньше зависит от условий видимости.

Схема основных составных частей цифрового нивелира отличается от оптического наличием отсчётного устройства и экрана, на который выводятся показания, а также специальной измерительной рейки. На эту рейку нанесены уникальные штрих-коды.

Отсчётное устройство может точно определять высоту по тому из этих кодов, на который наведена труба нивелира. Значения высоты будут выведены на дисплей.

Снятие показаний запускается одним нажатием на кнопку, а также различные модели цифровых нивелиров имеют функцию сохранения и экспорта значений.

Поскольку прибор применяется в полевых условиях, в его конструкцию всегда входит корпус с повышенной защитой от пыли и влаги. Устройство зрительной трубы мало отличается от конструкции оптического прибора, она также имеет линзы с кратностью увеличения от 20 до 50 крат. Чем выше кратность, тем более точен прибор.

Электронные приборы тоже могут иметь функцию измерения горизонтальных углов.

Те модели, которые имеют горизонтальный лимб для этих целей, маркируются специальным обозначением в виде буквы «Л».

Лазерные нивелиры

В отдельную категорию выделяются приборы с лазерными излучателями. Такой нивелир устроен оригинальным образом и не имеет зрительной трубы. Визуальное фокусирование на измеряемой точке осуществляется уже за счёт лазера, который проецируется в хорошо видимую световую линию (в некоторых случаях – в точку).

Лазер ограничен по дальности действия, что является основным недостатком этого типа приборов. Зато их удобно использовать в бытовых и строительных целях. Лазерные модели с небольшим радиусом действия стоят недорого, их применяют внутри помещений при проведении строительных работ, разметки, при установке различных конструкций и мебели.

Для проведения работ на открытой местности также производятся лазерные нивелиры особого класса, которые могут проецировать свет на более удалённые точки.

Их часто используют вместе со специальным детектором лазерного излучения и успешно применяют на дистанциях до 500 м.

В состав прибора такого типа входит светодиод (один или несколько) и оптическая система, которая проецирует излучение светодиода в плоскость.

Светодиод может быть устроен как неподвижный излучатель или вращающийся (у ротационных моделей).

Фокусировка

Снятию показаний прибора предшествует процедура фокусировки.

Для фокусирования используется специальный элемент – кремальера, которая вращается с целью наведения фокусирующей линзы. Когда получено достаточно чёткое изображение измерительной рейки, нужно также добиться чёткости изображения сетки нитей.

По средней нити этой сетки будет определяться высота. Чтобы сделать её чёткой, нужно вращать окулярное колено до нужного положения.

В оптических нивелирах классической конструкции вы можете видеть в зрительную трубу пузырьковую ампулу цилиндрического уровня. Ориентируясь на пузырёк, трубу приводят в горизонтальное положение путём вращения наводящих винтов.

Если проблема выравнивания по горизонту решена с помощью компенсатора, в наличии цилиндрического уровня на зрительной трубе нет нужды, но присутствует установочный уровень на корпусе прибора. С его помощью вы должны ровно установить прибор на подставке, регулируя его положение винтами, и только после этого выполнить фокусировку.

Дополнительные принадлежности нивелира

К элементам дополнительной комплектации прибора относятся штативные подставки и измерительные рейки.

Штатив состоит из лёгких сплавов или алюминия, служит для установки прибора в нужном положении и на нужной высоте. При выборе штатива следует обратить внимание на его максимальную высоту, крепление (оно должно быть эргономичным и жёстко фиксировать прибор в необходимом положении), а также прочность и вес.

Пристального внимания заслуживает рейка. Она должна быть достаточной длины (производятся рейки разных размеров) и иметь шкалу значений, хорошо различимую в окуляр нивелира с дальнего расстояния.

Все модели измерительных реек маркируются буквами РН и следующими за буквенным обозначением цифрами. Например, РН 3-2500 означает следующее: нивелирная рейка с точностью до 3 мм, длиной 2500 мм.

Некоторые рейки имеют складную конструкцию телескопического типа и маркируются буквой «С».

При выборе нивелирной рейки исходите из того, что их длина колеблется в диапазоне от 1 до 5 м, а точность измерений зависит от материала, из которого изготовлена рейка. Инвар – специальный сплав, который мало подвержен расширению при воздействии температуры.

Из него делают нивелирные рейки повышенной точности.

Выводы

Устройство и принцип действия нивелира бывают разными в зависимости от его типа. Оптические и цифровые приборы имеют ось визирования, расположенную вдоль зрительной трубы, которую нужно установить в нужном направлении и по горизонту. Для этого используется как оптическая система, так и отсчётные цифровые устройства и элементы автоматизации типа компенсатора.

Пользоваться цифровыми нивелирами и моделями с компенсатором проще, чем приборами классического типа. При этом цифровые устройства требуют источник питания, защиту от пыли и влаги, а также могут стоить дороже. Отдельной разновидностью являются лазерные нивелиры.

О том, как пользоваться нивелиром, вы можете узнать из видео ниже.

их принцип действия и устройство, классификация оборудования

Во многом процесс монтажных и строительных работ зависит от того, насколько точно были выполнены разметочные работы на площадке. Определить разницу между разными точками участка крайне сложно, поскольку идеально ровных поверхностей не бывает, а точки на плоскости разные по высоте. Здесь потребуется специальный инструмент под названием нивелир, которому и будет посвящена эта статья.

Применение геодезических умений при строительстве

Во время работ по вынесению планов в натуру следует знать, какова разница между высотами нескольких точках на участках поверхности и отметкой, выступающей в роли условного уровня. Нахождение разности высот называется геометрическим нивелированием и выполняется с помощью нивелира и специальных реек.

Ось нивелира имеет горизонтальное положение, из точки условного уровня имеются разницы высот показаний в зависимости от отметок на рейках. В процессе работы каждая точка располагается в ста метрах от точки размещения нивелира, уровень ее нужно мерить как минимум три раза, следует при этом принимать среднее арифметическое значение. Планы земельных участков строят на основе таких данных. Так, нивелир нужен с целью выяснения разницы высот в точках измерений.

Рейки и их описание

Под нивелирной рейкой понимается специальная планка, которая в точках для измерений высот устанавливается вертикально. Ее можно делать из дерева или металла (алюминия).

Такая рейка имеет длину около 3−4 метров, и чтобы ее удобно было транспортировать, можно складывать пополам посредством специального узла. Современные варианты подразумевают раздвижную телескопическую конструкцию.

На сторонах стандартной рейки часто имеется градуировка:

  • с лицевой стороны разметка делается в метрической системе измерения;
  • с обратной стороны — в дюймовой соответственно.

Перед началом работ рейку ставят на нижней металлической скобе в центр измерительной точки посредством специальной отметки.

С целью удобства для удержания инструментов на точке присутствуют специальные ручки. Если рейки качественные и сделаны на основе специального сплава железа и никеля, то на них есть пузырьковые уровни, чтобы можно было контролировать вертикальное размещение рейки.

Если работы находятся на начальном этапе исследований застройки, то нужно выполнить комплексное моделирование объекта в будущем во взаимодействии с окружающим ландшафтом и архитектурой.

Точки измерения фотографируют с переносом значений реальных масштабов как данные для разных компьютерных программ, благодаря чему объект можно смоделировать во взаимодействии с окружающим экстерьером.

Устройство нивелира оптического типа

Данный прибор включает в себя четыре ключевых элемента:

  • зрительную трубу оптического типа. Принцип ее работы предусматривает свободное движение в горизонтальной плоскости. Ключевой функцией такой трубы является то, что она наводит систему на объект съемки;
  • уровень цилиндрический. Такая деталь — это очень чувствительное устройство, оно нужно для того, чтобы точно определить ориентированность нивелира относительно отвеса. Определить точность размещения горизонтальной оси можно по нахождению пузырька уровня в т. н. «нуль-пункте»;
  • трегер — это подстава для оптической трубы с тремя винтами, с помощью которых регулируется высота;
  • элевационный винт — он нужен для однозначного ориентирования. Чтобы определить параметр, нужно привести в горизонтальное положение визирную линию устройства.

А еще в конструкции оптических нивелиров последнего поколения часто предусмотрен встроенный компенсатор. Он нужен для поддержки нивелира в строго горизонтальном положении. Это исключает погрешности, которые могут быть спровоцированы даже незначительным наклоном устройства, а геодезическая съемка будет более точной.

Выбирать тот или иной тип устройства нужно в зависимости от точности измерений и уровня проводимых работ.

Классы нивелирования

Существуют разные классы нивелирования. Ключевыми высотными основами являются первый и второй класс.

Нивелирование первого класса имеет высокую точность работ. Данный результат можно получить только с применением качественных современных геодезических устройств, с помощью которых можно проводить данные измерения. И только ультрасовременные разработки позволят не допускать даже мелких погрешностей и даже стандартных ошибок.

Конструкция данного оборудования включает в себя плоскопараллельную пластину, выступающую в роли составного элемента микрометра. Данную деталь ставят перед объективом движущейся зрительной трубы, а еще такой оптический нивелир должен быть оснащен компенсатором или же контактным уровнем, в котором пузырек отличается в поле зрения трубы. Есть несколько видов оптических нивелиров, которые применяются для выполнения работ первого класса. Все их функциональные особенности целиком должны соответствовать всем нужным требованиям.

Для проведения нивелирования второго класса тоже нужно применять высокоточные оптические приборы. Их конструкция предусматривает наличие плоскопараллельных пластин, а также компенсатора или же контактного уровня. Как и в предыдущем случае, есть специальные виды приборы для этой работы, но также можно применять и те устройства, что прошли сертификацию и имеют требуемый уровень точности.

Чтобы выполнять измерения третьего класса, нужен оптический нивелир, оснащенный встроенным компенсатором, а для четвертого класса нужен прибор с уровнем и компенсатором. В зависимости от классификации нивелирования, оптические приборы бывают таких видов:

  • высокоточные;
  • точные;
  • технические.

Принцип работы во время съемок

Чтобы не допускать ошибок и понимать принцип работы устройства, нужно знать, как он устроен изнутри и какие существуют его виды. Самые распространенные оптические приборы обладают различной степенью точности измерения. Обычно они состоят из зрительной трубы со специальным цилиндрическим уровнем, с помощью которого можно контролировать горизонт оптической оси.

Сквозь оптическую призматическую систему изображение проецируется в оптику трубы, а затем постоянно контролируется. Для того чтобы правильно его настроить для выполнения измерительных работ, нужно внимательно прочесть инструкцию. Благодаря специальным винтовым механизмам (азимутальным, подставочным и элевационным) можно обеспечить максимальную точность выставленного горизонта. Устройство ставят на специальную треногу с осью вращения.

Чтобы результаты измерений были более точными, а погрешности в определении расстояния между разными точками были сведены к минимуму, следует использовать нивелиры цифрового типа. Но для них нужно иметь рейки со специальными штрих-кодами, благодаря которым обеспечивается автоматическая регистрация данных с помощью микропроцессоров.

Принцип работы данного нивелира можно увидеть в интернете в специальных роликах. Если подобные рейки отсутствуют, то данные виды нивелиров применятся по аналогии с обычными оптическими.

Но помните, что перед применением даже самого простого оптического нивелира, его следует подвергнуть таким проверкам:

  • уровня при трубе;
  • уровня круглого;
  • горизонтальности сетей ниток.

Помимо этого, по уровню могут проверять и вертикаль сети ниток разметки устройства с уровнем при трубе.

Немаловажными показателями выступают еще цена деления уровня при трубе, а также ее краткость. Это позволяет определить пригодность.

Сами работы могут выполняться с применением оптических, а также водяных или лазерных уровней.

Нивелирование 4 класса методом средней нити

Для начала прибор приводится в рабочее положение посредством цилиндрического или контактного уровня. Потом зрительная труба наводится на поверхность темной стороны задней рейки, а пузырек уровня приводится в «нуль-пункт» элевационными или подъемными винтами. Отсчет можно снять посредством дальномерных и средних штрихов.

Таким же образом нужно выполнить съемку во время наведения трубы на поверхность темной стороны передней рейки, а затем на поверхность красной стороны передней части, а потом — на поверхность темной стороны задней части.

При условии применения оптического прибора с компенсатором следует, прежде всего, установить устройство в рабочее положение, а также проконтролировать нормальнее рабочее положение компенсатора. И только после этого приступать к процессу съемки.

Во время съемки все фиксируйте в полевом журнале. Удобнее всего применять для этого запоминающее устройство регистратора. Если была определена разница в значениях более 5 мм, то измерения проводят заново, при этом следует изменить высоту приборы как минимум на 3 см. По окончании полевых работ подсчитайте невязки по линии между исходными реперами. Это значение должно быть от 20 мм, все результаты нужно вносить в ведомость повышений.

Итак, выше были рассмотрены особенности и принцип работы оптического нивелира, который часто используется при строительных работах. В настоящее время альтернативы такому прибору не существует, поэтому при проведении геодезических работ он долго еще будет являться наиболее актуальным.

MetronX » Электронные нивелиры: особенности и принципы работы

Электронные нивелиры

Электронный нивелир – это геодезическое устройство, позволяющее делать качественные и надежные измерения. Главное преимущество такого оборудования – это возможность снимать отсчет по особой рейке с высокой точностью. Использование нивелира электронного типа позволяет исключить ошибки исполнителя и существенно ускорить процесс измерений.

Электронный нивелир принцип работы имеет простой, достаточно навести устройство на рейку, сделать фокусировку на изображении и нажать на кнопку. Устройство выполняет измерение, отображает на дисплее полученное значение и расстояние до рейки.

Если вы ищете информацию по запросу «электронный нивелир как пользоваться», то можно точно сказать, что в использовании устройство очень простое, все понятно на интуитивном уровне.

Если вы хотите знать электронный нивелир что это, то необходимо понимать, что это универсальный прибор, без которого сегодня невозможно обойтись при выполнении строительных, планировочных, фундаментных, дренажных и других работ.

Преимущества электронных нивелиров

Электронные нивелиры обладают такими основными положительными особенностями:

  • Полная автоматизация, благодаря которой результаты измерения сразу выводятся на экран прибора.
  • Защита от ударов и влаги. Благодаря этой особенности прибор можно использовать в любых условиях.
  • Встроенная память. Возможность записывать информацию на устройство.
  • Перенос данных на компьютер. При наличии слота для карты памяти, можно скидывать информацию с прибора на компьютер, чтобы проанализировать полученные результаты в более комфортных условиях.
  • Простота использования. Работа с прибором не требует особых навыков, все понятно на интуитивном уровне.

Все эти особенности оборудования позволяют гораздо быстрее и удобнее выполнять множество задач. Со временем такие инструменты становятся еще более развитыми, поскольку в них добавляют новые функции, которые позволяют выполнять измерения еще быстрее и точнее. Такие приспособления являются незаменимыми во многих сферах.

Виды нивелиров

В зависимости от выполняемых работ подбирают определенный вид прибора.

Существуют такие основные типы оборудования:

  • Цифровой. Приспособление, которое автоматически выдает результат на дисплей, после его наведения на рейку и фокусирования картинки.
  • Оптический. Показывает максимально точные результаты и может работать на больших расстояниях.
  • Лазерный. Принцип работы такого устройства заключается в использовании лазерного луча, который хорошо видно при выполнении замеров. Самый простой в применении нивелир.

Разнообразие устройств позволяет подобрать нивелиры для выполнения любых задач: ремонт, строительные, архитектурные или другие работы.

Покупка нивелиров в надежной компании

Компания Metronx предлагает приобрести современные высокоточные нивелиры разной конфигурации для всех видов работ. Наличие дополнительных аксессуаров и технических документов обеспечат простоту использования приспособления. В ассортименте нашего магазина имеется как бюджетный прибор с минимальным количеством функций, так и профессиональные нивелиры по сравнительно высокой цене.

Если с выбором возникнут трудности, вы всегда можете связаться с нашими менеджерами, которые помогут купить наилучшую для вас модель. Мы осуществляем доставку товара по всей России. На всю свою продукцию предоставляем гарантию, у нас есть собственный сервисный центр, куда можно сдавать оборудование. Ознакомьтесь с асортиментом нивелиров собственного производства MetronX

Устройство и принцип работы нивелира — Про дизайн и ремонт частного дома

Для качественного выполнения строительных, монтажных или ремонтных работ недостаточно только знаний мастера. Для ровной кладки кирпича, для установки перегородок из гипсокартона, и даже просто для наклейки новых обоев, — необходимо точно нанести разметку или хотя бы выровнять элементы по вертикали или по горизонтали, чтобы все получилось аккуратно и ровно.

Во все времена для выравнивания поверхностей строители и монтажники использовали пузырьковый уровень или отвес, этого профессиональному работнику всегда хватало, скажем честно. Но насколько это удобно — пользоваться механическим инструментом? Может быть пора присмотреться к современным достижениям технического прогресса?

На самом деле в продаже давно появился инструмент, способный не только облегчить нанесение разметки, но и значительно ускорить работы. Для тех кто профессионально занимается строительными и монтажными работами данный инструмент станет незаменимым помощником. Речь о лазерном уровне.

Лазер сегодня много где используется: в полиграфии, в медицине, в электротехнике, в военной сфере, — везде, где требуется высокая точность и ответственный подход к решению тех или иных задач. Исторически о данной технологии еще в 1916 году заговорил Эйнштейн, и спустя почти 45 лет появился первый твердотельный лазер — его создал американский физик Теодор Мейман на базе возбуждаемого светом рубина.

Открытие Меймана по получению видимого лазерного луча явилось одним из наиболее значимых открытий, сделанных в ХХ веке, и стоит в одном ряду с квантовой теорией Планка. Сегодня лазер оказывается полезным и в такой широчайшей сфере человеческой деятельности как строительство, и в частности — в ремонтных работах.

Лазерный уровень, или более точно — лазерный нивелир, сильно облегчает работы. Для нанесения разметки достаточно навести лазерный луч на объект, и прибор сам выстроит ровные горизонтальную и вертикальную линии. Человеку останется сделать разметку карандашом либо даже сразу установить мебель или например наклеить плитку. Это гораздо удобнее, чем возиться с линейкой или с уровнем в надежде ровно вручную отстрелить вертикаль или горизонталь, не говоря уже о построении линии под определенным углом.

Не удивительно, что сегодня лазерные уровни пользуются такой популярностью у строителей, ведь им все время приходится возводить самые разные конструкции. А ремонтные бригады? Им тоже очень удобно делать ремонт и отделку, клеить обои, укладывать плитку, возводить потолки, пользуясь лазерным уровнем для выполнения ровной разметки. И сборщики мебели не обходятся без лазерного уровня, ведь с ним работы идут куда быстрее, особенно если устанавливается большой встраиваемый гарнитур или любая другая встраиваемая мебель.

Так, если всего несколько лет назад лазерный уровень был по карману лишь профессиональным организациям, то сегодня в продаже появились бытовые лазерные уровни, обладающие стандартным набором функций, которые с лихвой перекрывают возможности линейки и отвеса, делая работу более приятной и быстрой.

Цена лазерного нивелира, конечно, выше чем у обычного пузырькового уровня, однако затраты обязательно будут оправданы, тем более если мастер работает регулярно. А если речь идет об одном единственном ремонте? Стоит ли покупать дорогой уровень ради одного ремонта? Конечно стоит. Ведь после того как ремонт сделан, в жилище так или иначе будут перестановки, обновление интерьера и т. д.

Можно захотеть поклеить новые обои, повесить картину, полку, шкаф, сделать новую плитку в ванной комнате, поменять плинтус, сделать на стене несколько дополнительных розеток и т. д. С лазерным уровнем все эти новшества можно будет внести в интерьер без лишних мучений и без лазаний по стремянке с линейкой и рулеткой в руках.

Примеры электромонтажных работ, где может понадобиться использование лазерного уровня:

Устройство лазерного уровня довольно необычно, при том не очень сложно. Внутри корпуса установлен светодиодный источник света, который и порождает световой поток для лазера. Свет проходит сквозь линзу или призму (в зависимости от типа прибора), и в проекции на объекте получается ровная линия.

Прибор может строить линии на расстоянии в несколько десятков метров от себя. В самом простом виде лазерный уровень способен построить две взаимно перпендикулярные линии, более сложные профессиональные модели строят до девяти линий — чем больше проецируемых лучей — тем больше линий. Когда лучей несколько, удобно выстроить разметку например для укладки плитки, а с четырьмя лучами можно делать разметку сразу в нескольких плоскостях.

Лазерные нивелиры бывают двух типов: линейные и ротационные. В линейном нивелире свет проходит через перпендикулярные призмы, и в проекции получаются два взаимно перпендикулярных луча на плоскости объекта (луч как-бы размывается призмой в плоскость на 120 градусов).

Наиболее простые модели проецируют точку, более сложные — перекрещивающиеся прямые (вертикальную и горизонтальную). В ротационных уровнях свет фокусируется в точку проходя через линзу, а прямая получается за счет вращения светодиодного источника на 360 градусов вокруг оси.

Так, при помощи ротационного уровня можно разметить помещение по периметру, одновременно бригада мастеров может работать с одним прибором, выполняя работы в помещении одновременно. Ротационный уровень способен выполнить проекцию на расстояние до 100 метров.

Перед началом работ уровень выставляют на штативе, выравнивают его вручную, ориентируясь по встроенному в прибор пузырьковому уровню. Более профессиональные приборы имеют еще и встроенный компенсатор, который делает эти приборы самовыравнивающимися при отклонениях от горизонта в пределах 4 градусов (маятник с качающимся медным наконечником-грузиком тормозится в магнитном поле постоянных магнитов наведенными вихревыми токами). Когда прибор на штативе установлен, приступают к выполнению разметки. Вот и все, что нужно знать о лазерном уровне.

Давайте резюмируем теперь особенности и достоинства лазерного уровня.

Во-первых, использование лазерного уровня не требует особенных специальных знаний, достаточно установить прибор на штатив, включить требуемый режим разметки (один луч, два луча или несколько лучей), направить прибор на поверхность, и нанести по красным линиям отметки, либо сразу начать работу с отделочными или строительными материалами. С этим справится даже новичок.

Во-вторых, применение лазерного уровня значительно экономит время и силы человека. Не нужны ни отвес, ни стремянка, не нужно больше держать в руке отвес, пока помощник делает разметку. Один человек справится со всем самостоятельно, стоит только нажать кнопку на приборе — ровные световые линии появятся на стене или на потолке, там где нужно.

В-третьих, лазерный оптический прибор обладает высокой точностью. Погрешность профессионального лазерного прибора не превысит 0.3 мм на метр, а более простые приборы ошибутся максимум на 1 мм на метр.

В-четвертых, современные лазерные нивелиры отличаются наличием множества дополнительных функций. Этим не сможет похвастаться ни один отвес или уровень-линейка с пузырьком. Лазерный нивелир построит горизонтальный луч, вертикальный луч, сделает крест, построит по желанию пользователя дополнительные контрольные точки в зените или надире.

В-пятых, лазерный инструмент неприхотлив в хранении и легок при транспортировке. Весит средний профессиональный прибор не более 3 кг, а бытовой — не более 1 кг. Прочный пылезащищенный корпус в сочетании с сумкой или фирменным кейсом — надежная защита на время хранения.

Те мастера, кто впервые воспользовался лазерным нивелиром (строители, монтажники, ремонтники, и просто люди, любящие делать дома перестановки), оценили достоинства прогрессивного прибора. Все в один голос утверждают, что старые механические приспособления — это уже пережитки прошлого, и выбор однозначно делается в пользу современного лазерного прибора.

НИВЕЛИРЫ И ИХ УСТРОЙСТВО

Нивелиром называют геодезический прибор, предназначенный для измерения превышений методом геометрического нивелирования. По своей точности нивелиры подразделяются на высокоточные, точные и технические. Высокоточные нивелиры предназначены для выполнения наиболее точных работ — нивелирования I и 11 классов, точные — для нивелирования 111 и IV классов, технические — для инженерно-технических работ, в том числе для технического нивелирования. Примером технического нивелира является нивелир Н-3 (рис. 7.2).

Рис. 7.2. Нивелир Н-3:

  • 1 — объектив; 2 — зрительная труба; 3 — защитный колпачок; 4 — диоптрийное кольцо; 5 — цилиндрический уровень; б — подставка; 7 — подъемные винты; 8 — пружинящая пластина; 9 — кремальера; 10 — визир; 11 — закрепительный винт; 12 — наводящий винт; 13 — круглый уровень; 14 — исправительный винт;
  • 15 — элевационный винт

Нивелир Н-3 имеет подставку, расположенную на трех подъемных винтах. Для визирования используется зрительная труба с внутренней фокусировкой, имеющая сетку нитей. Для установки трубы по глазу — получения четкого изображения сетки нитей — используется диоптрийное кольцо окуляра. Для установки трубы по предмету — получения четкого изображения наблюдаемого предмета (рейки) — предназначена кремальера, при вращении которой внутри трубы перемещается фокусирующая линза.

Для быстрого приведения прибора в рабочее положение служит круглый уровень, его цена деления равна 5′. Для точного приведения визирной оси зрительной трубы в горизонтальное положение предназначен цилиндрический уровень. Цилиндрический уровень нивелира имеет такую же конструкцию, как и цилиндрический уровень теодолита. Отличие заключается только в его более высокой чувствительности, цена деления цилиндрического уровня нивелира составляет 15″. Цилиндрический уровень нивелира жестко скреплен со зрительной трубой, поэтому при наклонах цилиндрического уровня наклоняется и визирная ось зрительной трубы. И наоборот: при наклонах зрительной трубы наклоняется цилиндрический уровень, вследствие чего происходит перемещение его пузырька. Для приведения пузырька цилиндрического уровня в нуль-пункт слу-

жит элевсщионный винт. Одновременно с перемещением пузырька цилиндрического уровня в нуль-пункт визирная ось зрительной трубы занимает горизонтальное положение.

Рис. 7.3. Поле зрения нивелира

Цилиндрический уровень является контактным. Это означает, что нивелир имеет специальную оптическую систему для передачи изображения концов цилиндрического уровня в поле зрения зрительной трубы (рис. 7.3). Если пузырек цилиндрического уровня находится в нуль-пункте, то изображения концов его пузырька в поле зрения трубы совпадают, что представлено на рис. 7.3, б. Если пузырек цилиндрического уровня не находится в нуль-пункте, то в поле зрения трубы изображения концов цилиндрического уровня расходятся так, как в увеличенном масштабе показано на рис. 7.3, а. Отсюда следует, что для приведения визирной оси зрительной трубы в горизонтальное положение необходимо с помощью элевационного винта совместить изображения концов пузырька цилиндрического уровня в поле зрения зрительной трубы.

Для плавного перемещения зрительной трубы по горизонту служит наводящий винт зрительной трубы, который работает только при закрепленном положении закрепительного винта зрительной трубы. Увеличение зрительной трубы нивелира составляет 30 х , поле зрения — Г20″.

Существуют нивелиры с самоустанавливающейся линией визирования. Для этой цели служат компенсаторы — специальные призмы, подвешенные на тонких металлических нитях. С помощью круглого уровня прибор приводится в рабочее положение. Если при этом отклонение оси вращения прибора от отвесной линии не превышает 5′, то с помощью компенсатора визирная ось нивелира автоматически приводится в горизонтальное положение.

Нивелиры оптические: устройство и принцип работы

Во многом процесс монтажных и строительных работ зависит от того, насколько точно были выполнены разметочные работы на площадке. Определить разницу между разными точками участка крайне сложно, поскольку идеально ровных поверхностей не бывает, а точки на плоскости разные по высоте. Здесь потребуется специальный инструмент под названием нивелир, которому и будет посвящена эта статья.

Применение геодезических умений при строительстве

Во время работ по вынесению планов в натуру следует знать, какова разница между высотами нескольких точках на участках поверхности и отметкой, выступающей в роли условного уровня. Нахождение разности высот называется геометрическим нивелированием и выполняется с помощью нивелира и специальных реек.

Ось нивелира имеет горизонтальное положение, из точки условного уровня имеются разницы высот показаний в зависимости от отметок на рейках. В процессе работы каждая точка располагается в ста метрах от точки размещения нивелира, уровень ее нужно мерить как минимум три раза, следует при этом принимать среднее арифметическое значение. Планы земельных участков строят на основе таких данных. Так, нивелир нужен с целью выяснения разницы высот в точках измерений.

Рейки и их описание

Под нивелирной рейкой понимается специальная планка, которая в точках для измерений высот устанавливается вертикально. Ее можно делать из дерева или металла (алюминия).

Такая рейка имеет длину около 3−4 метров, и чтобы ее удобно было транспортировать, можно складывать пополам посредством специального узла. Современные варианты подразумевают раздвижную телескопическую конструкцию.

На сторонах стандартной рейки часто имеется градуировка:

  • с лицевой стороны разметка делается в метрической системе измерения;
  • с обратной стороны — в дюймовой соответственно.

Перед началом работ рейку ставят на нижней металлической скобе в центр измерительной точки посредством специальной отметки.

С целью удобства для удержания инструментов на точке присутствуют специальные ручки. Если рейки качественные и сделаны на основе специального сплава железа и никеля, то на них есть пузырьковые уровни, чтобы можно было контролировать вертикальное размещение рейки.

Если работы находятся на начальном этапе исследований застройки, то нужно выполнить комплексное моделирование объекта в будущем во взаимодействии с окружающим ландшафтом и архитектурой.

Точки измерения фотографируют с переносом значений реальных масштабов как данные для разных компьютерных программ, благодаря чему объект можно смоделировать во взаимодействии с окружающим экстерьером.

Устройство нивелира оптического типа

Данный прибор включает в себя четыре ключевых элемента:

  • зрительную трубу оптического типа. Принцип ее работы предусматривает свободное движение в горизонтальной плоскости. Ключевой функцией такой трубы является то, что она наводит систему на объект съемки;
  • уровень цилиндрический. Такая деталь — это очень чувствительное устройство, оно нужно для того, чтобы точно определить ориентированность нивелира относительно отвеса. Определить точность размещения горизонтальной оси можно по нахождению пузырька уровня в т. н. «нуль-пункте»;
  • трегер — это подстава для оптической трубы с тремя винтами, с помощью которых регулируется высота;
  • элевационный винт — он нужен для однозначного ориентирования. Чтобы определить параметр, нужно привести в горизонтальное положение визирную линию устройства.

А еще в конструкции оптических нивелиров последнего поколения часто предусмотрен встроенный компенсатор. Он нужен для поддержки нивелира в строго горизонтальном положении. Это исключает погрешности, которые могут быть спровоцированы даже незначительным наклоном устройства, а геодезическая съемка будет более точной.

Выбирать тот или иной тип устройства нужно в зависимости от точности измерений и уровня проводимых работ.

Классы нивелирования

Существуют разные классы нивелирования. Ключевыми высотными основами являются первый и второй класс.

Нивелирование первого класса имеет высокую точность работ. Данный результат можно получить только с применением качественных современных геодезических устройств, с помощью которых можно проводить данные измерения. И только ультрасовременные разработки позволят не допускать даже мелких погрешностей и даже стандартных ошибок.

Конструкция данного оборудования включает в себя плоскопараллельную пластину, выступающую в роли составного элемента микрометра. Данную деталь ставят перед объективом движущейся зрительной трубы, а еще такой оптический нивелир должен быть оснащен компенсатором или же контактным уровнем, в котором пузырек отличается в поле зрения трубы. Есть несколько видов оптических нивелиров, которые применяются для выполнения работ первого класса. Все их функциональные особенности целиком должны соответствовать всем нужным требованиям.

Для проведения нивелирования второго класса тоже нужно применять высокоточные оптические приборы. Их конструкция предусматривает наличие плоскопараллельных пластин, а также компенсатора или же контактного уровня. Как и в предыдущем случае, есть специальные виды приборы для этой работы, но также можно применять и те устройства, что прошли сертификацию и имеют требуемый уровень точности.

Чтобы выполнять измерения третьего класса, нужен оптический нивелир, оснащенный встроенным компенсатором, а для четвертого класса нужен прибор с уровнем и компенсатором. В зависимости от классификации нивелирования, оптические приборы бывают таких видов:

Принцип работы во время съемок

Чтобы не допускать ошибок и понимать принцип работы устройства, нужно знать, как он устроен изнутри и какие существуют его виды. Самые распространенные оптические приборы обладают различной степенью точности измерения. Обычно они состоят из зрительной трубы со специальным цилиндрическим уровнем, с помощью которого можно контролировать горизонт оптической оси.

Сквозь оптическую призматическую систему изображение проецируется в оптику трубы, а затем постоянно контролируется. Для того чтобы правильно его настроить для выполнения измерительных работ, нужно внимательно прочесть инструкцию. Благодаря специальным винтовым механизмам (азимутальным, подставочным и элевационным) можно обеспечить максимальную точность выставленного горизонта. Устройство ставят на специальную треногу с осью вращения.

Чтобы результаты измерений были более точными, а погрешности в определении расстояния между разными точками были сведены к минимуму, следует использовать нивелиры цифрового типа. Но для них нужно иметь рейки со специальными штрих-кодами, благодаря которым обеспечивается автоматическая регистрация данных с помощью микропроцессоров.

Принцип работы данного нивелира можно увидеть в интернете в специальных роликах. Если подобные рейки отсутствуют, то данные виды нивелиров применятся по аналогии с обычными оптическими.

Но помните, что перед применением даже самого простого оптического нивелира, его следует подвергнуть таким проверкам:

  • уровня при трубе;
  • уровня круглого;
  • горизонтальности сетей ниток.

Помимо этого, по уровню могут проверять и вертикаль сети ниток разметки устройства с уровнем при трубе.

Немаловажными показателями выступают еще цена деления уровня при трубе, а также ее краткость. Это позволяет определить пригодность.

Сами работы могут выполняться с применением оптических, а также водяных или лазерных уровней.

Нивелирование 4 класса методом средней нити

Для начала прибор приводится в рабочее положение посредством цилиндрического или контактного уровня. Потом зрительная труба наводится на поверхность темной стороны задней рейки, а пузырек уровня приводится в «нуль-пункт» элевационными или подъемными винтами. Отсчет можно снять посредством дальномерных и средних штрихов.

Таким же образом нужно выполнить съемку во время наведения трубы на поверхность темной стороны передней рейки, а затем на поверхность красной стороны передней части, а потом — на поверхность темной стороны задней части.

При условии применения оптического прибора с компенсатором следует, прежде всего, установить устройство в рабочее положение, а также проконтролировать нормальнее рабочее положение компенсатора. И только после этого приступать к процессу съемки.

Во время съемки все фиксируйте в полевом журнале. Удобнее всего применять для этого запоминающее устройство регистратора. Если была определена разница в значениях более 5 мм, то измерения проводят заново, при этом следует изменить высоту приборы как минимум на 3 см. По окончании полевых работ подсчитайте невязки по линии между исходными реперами. Это значение должно быть от 20 мм, все результаты нужно вносить в ведомость повышений.

Итак, выше были рассмотрены особенности и принцип работы оптического нивелира, который часто используется при строительных работах. В настоящее время альтернативы такому прибору не существует, поэтому при проведении геодезических работ он долго еще будет являться наиболее актуальным.

Конструкция и принцип действия нивелира

По сути оптический нивелир это прибор который используется в геодезии и строительстве для измерения перепада высот земной поверхности и работает как подзорная труба. Давайте подробнее остановимся на его устройстве.

Устройство оптического нивелира

Выделяются четыре основных элемента прибора

1. Оптическое устройство, так называемая зрительная труба. Принцип работы этой детали — свободное вращение в горизонтальной плоскости. Главной функцией зрительной трубы является наведение системы на объект съемки.

2. Цилиндрический уровень. Эта деталь является исключительно чувствительным устройством. Его назначением является определение точности ориентирования нивелира относительно отвеса. Точность расположения горизонтальной оси определяется по нахождению пузырька уровня в так называемом «нуль-пункте».

3. Трегер. Подставка для зрительной трубы с тремя винтами, регулирующими высоту расположения.

4. Винт элевационный. Эта деталь отвечает за однозначное ориентирование. Для определения параметра необходимо визирную линию прибора привести в горизонтальное положение.

Кроме того, в конструкцию оптических нивелиров последних моделей в большинстве случаев встроен компенсатор. Его задача — поддержание инструмента в строго горизонтальном положении и, как следствие, исключение погрешностей, которые могут быть вызваны даже небольшим наклоном прибора, при этом геодезическая съемка становится более точной.

Выбор типа оптического нивелира основан на требуемой точности измерений в зависимости от уровня проводимых геодезистом работ.

Разделение нивелирования по классам

Соединения нивелирных сетей, образующих единую государственную нивелирную сеть РФ, можно разделить по классам. К основной высотной основе относятся первый и второй классы.

Для нивелирования I класса характерна высочайшая точность работ. Получение такого результата работы возможно только с помощью современнейших геодезических приборов, позволяющих использовать соответствующие методы измерений. Только последние разработки геодезического оборудования позволяют избежать стандартных ошибок и малейших погрешностей в работе. Речь, разумеется, идет о высокоточном оптическом нивелире.

В его конструкцию входит плоскопараллельная пластина, являющаяся составным элементом оптического микрометра. Устанавливается эта деталь перед объективом вращающейся зрительной трубы. Кроме того, оптический нивелир такого уровня снабжается компенсатором или такой деталью, как контактный уровень, пузырек которого различается в поле зрения вращающейся зрительной трубы.

Для нивелирования I класса используются оптические нивелиры видов Н-05, h2, Ni-002 и Ni-004. Функциональные возможности этих марок полностью соответствуют всем необходимым требованиям.

При осуществлении нивелирования II класса также необходимы высокоточные нивелиры оптические с конструкцией, включающей в себя и плоскопараллельные пластины, и компенсатор или контактный уровень.

В данном случае могут применяться приборы h2 и Н-05, Ni-002, Ni-004 и Ni-007. Возможно и использование приборов, прошедших сертификацию и соответствующих необходимому уровню точности.

Для проведения измерений III класса предпочтителен нивелир оптический с компенсатором встроенного типа, а для IV класса — нивелир как с уровнем, так и с компенсатором.

Вообще, оптические нивелиры разделяют на технические, точные и высокоточные в зависимости от классификации нивелирования.

Принцип работы оптического нивелира при проведении съемки

Рассмотрим процесс нивелирования IV класса так называемым методом «средней нити».

В первую очередь прибор приводится в рабочее состояние с помощью контактного или цилиндрического уровня. Затем производятся наведение зрительной трубы на поверхность черной стороны задней рейки и приведение пузырька уровня в упомянутый «нуль-пункт» (посредством подъемных или элевационного винтов). Теперь дальномерные и средние штрихи позволяют снять отсчет.

Затем таким же образом производим съемку при наведении зрительной трубы на поверхность черной стороны передней рейки, далее — на поверхность красной стороны передней части рейки и, наконец, по поверхности черной стороны задней части рейки.

В случае использования оптического нивелира с компенсатором первое, что нужно сделать, — установить устройство в рабочее положение, проконтролировать нормальное рабочее состояние компенсатора. И лишь потом можно приступать к съемке.

В процессе съемки все наблюдения необходимо фиксировать в полевом журнале. Еще удобнее — использование для этих целей запоминающего устройства регистратора. При обнаружении разницы в значениях превышения более 5 мм необходимы повторные измерения, причем в этом случае необходимо изменить высоту прибора по меньшей мере на 3 см.

Заканчивая полевые работы, необходимо подсчитать невязку по линии меж исходных реперов. Ее значение не должно быть выше 20 мм. Результаты полевых работ заносятся в специальную ведомость превышений.

На сегодняшний день альтернативы использованию нивелира оптического нет, так что ближайшие десятилетия этот инструмент будет совершенно незаменим при проведении геодезических работ.

Видео: Нивелиры Setl, Vega. Начало работы

Характеристики и принцип работы лазерного нивелира

Лазерный уровень или нивелир является инструментом, позволяющим задать фиксированную вертикальную или горизонтальную видимую лазерную линию или плоскость.

Передавать направления и уклоны на большие расстояния также позволяет нивелир. В зависимости от модели прибор способен генерировать луч зеленого или красного цвета. Обзор лазерных нивелиров позволяет узнать о возможностях и характеристиках данных приспособлений.

Основное преимущество лазерного инструмента заключается в непосредственном проецировании линии или точки на поверхность потолка, стены, которую можно увидеть на измерительной линейке или рейке. Это позволяет немедленно приступить к выполнению нивелировочных работ и одновременно контролировать результат. Обзор лазерных нивелиров указывает, что данный инструмент обычно дополняют опцией самонивелировки. Данная способность позволяет приспособлению выставлять рабочие оси в вертикальное или горизонтальное положение, при этом компенсируются небольшие погрешности, наклоны прибора, а также сохраняется в заданном положении лазерная плоскость во время выполнения работы.

Выпускаются следующие разновидности лазерных нивелиров : ротационные, линейные, точечные, трубные, специализированные.

Ротационная разновидность инструмента способна вращать лазерный луч, выходящий из нивелира, с большой скоростью. Это позволяет создать плоскость в 360 градусов. В зависимости от конструкции прибор выполняет наклонную, вертикальную или горизонтальную плоскость. Нивелир используют для работы на больших расстояниях, как правило, вне помещений.

Линейный нивелир или лазерный уровень развертывает луч с помощью преломляющей призмы в ровную линию. При этом создается широкий угол до 140 градусов. Простейшее устройство воспроизводит по одной горизонтальной линии и вертикальной, образуя так называемый крест. Наиболее продвинутые приборы, как показывает обзор лазерных нивелиров, могут создать полную горизонтальную плоскость и две вертикальные. Данные приспособления обычно дополняют лазерными отвесами. Нивелир данного типа применяют внутри помещения.

Точечное лазерное устройство способно генерировать и проецировать несколько лучей, которые попадают в виде точек на стены, потолок, пол. Самая простая модель может давать 2 точки (потолок и пол) и служит для передачи вертикальных отметок. Наиболее функциональная разновидность позволяет получить до пяти точек – вправо, влево, вперед, вниз, вверх. Обзор лазерных нивелиров говорит, что данный прибор используют в помещении для получения разметки углов, передачи отметок, задания направлений.

Лекция Цифровые нивелиры. Конструкция и принцип отсчитывания цифровых нивелиров фирмы LEICA GEOSYSTEMS AG.

Цифровые нивелиры

Желание автоматизировать процесс геометрического нивелирования с целью повышения производительности геодезических работ возникло давно. Сложность технической реализации автоматического отсчитывания по нивелирной рейке заключалась в том, что шкала, по которой выполняется отсчитывание, и индекс (перекрестие сетки нитей) разнесены в пространстве. Для решения этой проблемы были выбраны два пути:

1 — отсчитывание выполняется со стороны рейки, тогда нивелир формирует активную визирную линию, задаваемую лазерным лучом,

2 — отсчитывание по рейке реализуется в самом приборе, тогда применяется ПЗС-приемник, который позволяет получить изображение рейки в цифровом виде и распознать его.

Активную визирную линию в пространстве создают лазерные нивелиры. В комплект к этим приборам входят рейки с фотодиодами для определения центра лазерного пятна. Разрешающая способность при таком методе измерений зависит от расстояния между приемниками излучения на рейке и не может быть очень высокой.

Обычно лазерные нивелиры, задающие плоскость, обеспечивают среднюю квадратическую погрешность определения превышения на станции и более при расстоянии до реек менее . Лазерные нивелиры подходят более всего для выполнения геодезических работ в строительстве.

Первый цифровой нивелир Wild NA2000 с реализацией процесса отсчитывания в самом приборе, средняя квадратическая погрешность измерений которым равна на двойного хода, появился в начале 90-х годов.

Основные преимущества цифровых нивелиров:

— автоматизация измерений позволяет снизить утомляемость оператора, исключаются случайные ошибки отсчитывания по рейке. Автоматическое осреднение результатов измерений при дрожании воздуха в нижних слоях атмосферы повышает точность отсчитывания в данных условиях;

— прибор может работать полностью в автономном режиме. Он является незаменимым при непрерывном контроле деформаций и малых перемещений в вертикальном направлении;

— автоматическая регистрация измеряемых значений исключает возможность описок при регистрации данных в полевом журнале. С помощью интегрированных в прибор программ тотчас же рассчитываются и высвечиваются на табло превышения, исключается необходимость проводить расчеты в уме;

— подсветка нивелирной рейки позволяет выполнять работы не только в течение дня, но и в сумерках и ночью.

Цифровой нивелир может использоваться для измерений в динамическом режиме, например, для контроля прямолинейности направляющих по вертикали. Для этого достаточно рейку, установленную на каретке, перемещать с помощью канатной тяги по направляющим с небольшой скоростью, например, Vmax=2,4 мм/с, и каждые 10 секунд брать отсчет с помощью цифрового нивелира. При этом возможно отслеживать не только вертикальную, но и горизонтальную компоненту перемещений объекта с помощью простой системы призм (рис. 1), устанавливаемой перед объективом.

Рисунок 1 — Система призм для обеспечения измерений в горизонтальном направлении

Цифровые нивелиры NA 2000 / NA 2002 (Leica Geosystems AG), DiNi 22 (Trimble), DL-102C (Topcon), SDL30 (Sokkia) предназначены для нивелирования II — IV класса, топографических и картографических работ, для геодезических работ при строительстве транспортных магистралей, в туннелестроении и горном деле, могут использоваться при прокладке трубопроводов и каналов, для наблюдения за деформациями и для других измерений без участия человека. Возможности применения высокоточных цифровых нивелиров NA 3000 / NA 3003 (Leica Geosystems AG) и DiNi 12 / DiNi 12T (Trimble) шире. Это — нивелирование I и II классов; высокоточное нивелирование при контроле нагрузок, измерение осадок; контроль положения опор, фундаментов и осей.

Конструкция и принцип отсчитывания цифровых нивелиров фирмы LEICA GEOSYSTEMS AG

На рис. 2 представлена схема нивелира NA 2002. С помощью ПЗС-приемника происходит считывание кода шкалы нивелирной рейки. Оптические элементы цифровых нивелиров NA 2002 / NA 3003 в основном заимствованы у обычных нивелиров, поэтому возможно визуальное отсчитывание по рейке. При измерениях в автоматическом режиме изображения штрихов кодовой шкалы рейки через светоделительный блок проецируются на чувствительную площадку ПЗС-приемника.

Светоделительный блок разделяет падающее излучение в спектральной области на инфракрасное и видимое. В то время как излучение, лежащее в инфракрасной области спектра, отражается от светоделительной грани в сторону приемника, видимая часть беспрепятственно пропускается светоделительным блоком и формирует изображение рейки в плоскости сетки нитей. Благодаря этому, с одной стороны, наблюдатель не ощущает потери мощности света, а с другой стороны, на чувствительную площадку ПЗС-приемника, имеющего большую чувствительность в инфракрасной области спектра, попадает излучение достаточной интенсивности.

ПЗС-приемник состоит из фоточувствительных элементов (пикселей), расстояние между которыми равно . Оптическая система нивелира имеет угол поля зрения равный , так что при минимальном расстоянии визирования, равном , на чувствительную площадку ПЗС-приемника проецируется участок рейки длиной , а при расстоянии — .

Рисунок 2 — Цифровой нивелир NA2002 (Leica Geosystems AG)

1 — штрих-кодовая нивелирная рейка; 2 — объектив; 3 — фокусирующий компонент;

4 — датчик положения фокусирующего компонента; 5 — блок компенсатора;

6 — блок контроля положения компенсатора; 7 – светоделительный блок; 8 — сетка нитей; 9 — окуляр; 10 — ПЗС-приемник; 11 — изображение кода нивелирной рейки

При перефокусировании зрительной трубы в диапазоне от до фокусирующий компонент перемещается на . Зная положение фокусирующего компонента, можно приблизительно вычислить расстояние до рейки.

Расстояние до рейки и положение фокусирующего компонента связаны выражением , где – постоянная оптической системы. Положение фокусирующего компонента регистрируется электронным датчиком положения. Во время измерений электронной системой отслеживается наклон прибора, или точнее, отклонение чувствительного элемента компенсатора. ПЗС-приемник преобразует изображение штрихов кода в аналоговый видеосигнал, видеосигнал усиливается и преобразуется в цифровой. В микропроцессор с 256 пикселей ПЗС-приемника поступает дискретный сигнал, имеющий 256 градаций яркости.

Перед началом измерений наблюдателем выполняется наведение зрительной трубы на рейку и фокусирование. После нажатия кнопки «пуск» на корпусе нивелира процесс измерения протекает в автоматическом режиме. Автоматически считываются показания с датчика положения фокусирующего компонента, определяется положение чувствительного элемента компенсатора, в зависимости от интенсивности сигнала определяется время интегрирования для достижения необходимого уровня насыщения отдельного пикселя ПЗС-приемника, выполняются грубая и точная оптимизации.

Функционирование цифрового нивелира базируется на принципе корреляции. При этом штриховой код, записанный в память прибора, сравнивается с формируемым с помощью ПЗС-приемника сигналом (рис. 3). При применении корреляции в цифровых нивелирах оптимизируются два параметра, а именно, высота и масштаб.

Рисунок 3 — Принцип отсчитывания по штрих-кодовой рейке у нивелиров фирмы Leica Geosystems AG

С одной стороны разность высот «прибор-рейка» представляется как смещение штрихов кода рейки, с другой стороны изменяется масштаб изображения штрихов кода как функция расстояния «прибор-рейка». Следовательно, двухмерная корреляционная функция в цифровых нивелирах описывается формулой

(1)

где — функция корреляции между сигналами и ;

— сигнал, полученный с выхода ПЗС-приемника;

— опорный сигнал, записанный в памяти микроЭВМ прибора.

На рис. 4 показано типичное протекание процесса корреляции внутри измеряемой области. Там, где сигнал, полученный с выхода ПЗС-приемника, в большей степени совпадает с опорным сигналом, можно распознать ярко выраженный пик в функции корреляции. Из координат максимума определяются расстояние и высота .

Рисунок 4 – Функция корреляции

Для того чтобы найти положение максимума функции корреляции, необходимо осуществить поиск во всей области возможных значений расстояний () и измеряемых высот (). Для исчерпывающего поиска во всей области возможных значений необходимо рассчитать около коэффициентов корреляции, а формула (1) также должна быть применена раз. Вычислительные операции удалось сократить благодаря тому, что при грубой и при точной оптимизации используются различные методы расчетов.

В процессе грубой оптимизации происходит поиск приблизительных координат максимального значения корреляционной функции в ограниченной области значений расстояний и высот (рис. 5). Область поиска определяется в зависимости от положения фокусирующего компонента. Благодаря такому подходу число вычислений, проводимых в процессе поиска координат максимума, уменьшается на 80%.

Рисунок 5 – Область поиска максимального значения корреляционной функции в нивелирах фирмы Leica Geosystems AG

Сигнал с пикселя ПЗС-приемника, интенсивность которого превышает пороговый уровень, получает при аналого-цифровом преобразовании значение «», в противном случае — значение «». С помощью микропроцессора цифрового нивелира выполняется корреляция, математически описываемая следующим выражением:

                              (2)

где — функция корреляции; — сигнал, полученный с ПЗС-приемника;

— опорный сигнал, записанный в памяти микроЭВМ прибора; — знак логической операции (— сложение по модулю 2 или исключающее “или»; — эквивалентность).

Пример реализации логической операции:

Р =0011100011.. .00011100100100100

Q =1100110010. ..00100100100111100

gPQ(d,h) =0000101110… 110001111111001.11

Коэффициент корреляции рассчитывается в каждой узловой точке растра «расстояние-высота». В месте совпадения опорного сигнала с измеренным сигналом появляется пик корреляции, который отчетливо выделяется из шума, создаваемого другими коэффициентами корреляции.

С помощью точной оптимизации уже с высокой точностью определяются смещение изображения кода рейки по отношению к ПЗС-приемнику цифрового нивелира и масштаб кода рейки. В области поиска, заданной для точной оптимизации (рис. 5), сигнал, полученный с ПЗС-приемника, коррелируется с опорным сигналом с использованием более точной информации об уровне облученности элементов ПЗС-приемника. Используются все 256 градаций яркости. Так как измеренный и опорный сигналы имеют различные амплитуды, то функцию корреляции (1) нормируют.

      (3)

Благодаря нормированию коэффициент корреляции находится всегда внутри интервала . Это позволяет в конце оптимизации дать оценку полученным результатам измерений. Нивелир NA3003 отличается от NA2002 тем, что у первого область поиска имеет решетку на 40% гуще.

После оптимизации анализируются и учитываются различия в интенсивности падающего на отдельные элементы ПЗС-приемника излучения. Ошибочные участки штрихового кода, которые появились по причине помех на пути между нивелиром и рейкой, загородивших часть штрихов кода, распознаются в процессе вычислений и далее в процессе корреляции не участвуют. Не играет роли и то, в каком месте изображения кода находится помеха. При нивелировании частичное перекрытие штрихов кода другими объектами не должно превышать 20% от размера изображаемой в поле зрения области. В процессе обработки учитывается трапециидальная форма чувствительности отдельных элементов (пикселей) приемника к интенсивности падающего излучения (рис. 6).

Рисунок 6 – Свертка изображения штрихов кода с функцией

чувствительности элементов приемника

Опорный сигнал представляет собой свертку изображения штрихов кода с хранящейся в памяти прибора функцией чувствительности элементов ПЗС-приемника . Математически опорный сигнал определяется с помощью выражения:

       (4)

где — опорное значение для пикселя ; — функция чувствительности в пикселях ; — код; — высота; — относительное положение кода и приемника; — расстояние.

На нивелирной рейке наносится бинарный код, состоящий их белых (желтых) и черных полос (штрихов). Рейка длиной имеет код, состоящий из штрихов. Отсюда можно сделать вывод, что ширина основного штриха вычисляется как .

Инструментальная точность нивелира зависит от точности определения положения и масштаба штрихов кода в изображении, от точности нанесения штрихов кода, от качества формирования изображения оптической системой, от точности установки чувствительного элемента компенсатора, от стабильности горизонтального положения визирной оси при наклоне вертикальной оси нивелира, от шумов квантования и дискретизации в электронном тракте прибора. Эти внутренние факторы, определяющие точность, учитывались при конструировании нивелира и разработке концепции обработки изображения. В высокоточном нивелире NA3003 вносится поправка за влияние остаточного наклона визирной оси, определяемого из разности плеч при измерениях по задней и передней рейкам.

Влияние ориентирования прибора и фокусирования зрительной трубы на резкое изображение штрихов кода на точность результатов измерения цифровым нивелиром минимальны. Однако хорошая фокусировка сокращает время измерений, так как положение фокусирующей линзы определяет область поиска максимума корреляционной функции. При цифровом нивелировании атмосферная турбулентность сильно уменьшает контраст в изображении в результате мерцания (мигания) и искажает местоположение рейки. Вибрации компенсатора при измерениях вблизи транспортных магистралей по своему влиянию на процесс корреляции идентичны дрожанию атмосферы.

При высокоточном нивелировании необходимо учитывать такие факторы как ветер, движение автомобилей и другие, которые вызывают дрожание компенсатора и таким образом влияют на стабильность положения визирной оси. По программе «Повторные измерения» выполняются несколько измерений подряд. Их число и полученная средняя квадратическая погрешность указываются на табло. Повторные измерения позволяют минимизировать вышеназванные влияния и оценить качество измерений.

Освещение нивелирной рейки играет важную роль. В зависимости от степени освещенности (солнце, облачность, сумерки) изменяется время накопления заряда ПЗС-приемником. Оно меняется от 4 мсек. при большой освещенности до 2 сек. при малой. Измерительной системой учитывается неоднородность освещения. Если измерения выполняются при искусственном освещении, требуется, чтобы спектральное распределение излучения источника совпадало с солнечным. Фирмой Leica Geosystems AG предлагается для освещения рейки источник GEB89, который можно использовать для работы на расстояниях, не превышающих 40 м.

Термооптические аберрации, возникающие при изменении температуры, приводят в оптико-механической конструкции к изменению положения визирной оси прибора. Датчик температуры сообщает микропроцессору актуальную в настоящий момент температуру и в измеренное значение высоты вносится поправка с учетом данных, сохраненных в памяти прибора по результатам его исследований.

Повышение точности нивелира NA3003 по сравнению с NA2002 достигается благодаря следующим усовершенствованиям:

  • использованию высокоточного компенсатора;
  • меньшим технологическим допускам;
  • проведению процесса корреляции с учетом уточненных расстояний между чувствительными элементами ПЗС-приемника;
  • автоматической коррекции изменения положения визирной оси вследствие изменения температуры.

что это такое, для чего нужен, виды, принцип работы, а также как работать с ним самостоятельно

Нивелир – незаменимый инструмент на строительной площадке. Знание, как пользоваться нивелиром и умение определять разность высоты точек пригодится от разбивки осей здания до проверки положения любой конструкции. Основная сфера применения прибора – измерение перепада рельефа местности.

Принцип геодезии на строительной площадке

Правильная организация геодезических работ на строительной площадке начинается с чётко поставленной цели работы. Соответственно задаче выбирается необходимый измерительный инструмент, технология производства, допустимая погрешность в измерениях.

[stextbox id=’warning’]Принципы геодезии созданы для снижения накопления неточностей измерений.[/stextbox]

«От общего к частному» – система, при которой переходят от крупных опорных геодезических сетей к сетям низшего класса. Геодезические работы на строительной площадке начинаются с привязки к государственной опорной сети. Затем определяют разбивку осей строения и только потом выделяют положение конструктивных элементов в контуре здания.

Второй принцип заключается в контроле предыдущих измерений. Новые измерения производят после тщательной проверки предшествующих.

Следуя этим правилам, обеспечивают высокую точность геодезических работ в строительстве.

Список инструментов для нивелирования

Дополнительно к самому прибору потребуются:

  • штатив;
  • мерная рейка;
  • отвес с нитью;
  • планшет с листом бумаги или журнал для записи измерений.

Способы съемки местности

Нивелирование поверхности производят для получения точного топографического плана местности.

Целью измерения является изучение рельефа, сопоставление высот отдельных точек.

По методам производства работ классифицируют следующие виды нивелирования:

  • геометрическое;
  • тригонометрическое;
  • физическое;
  • автоматическое;
  • стереофотограмметрическое.

В строительной области используется геометрическое нивелирование площади.

Измерение производится горизонтальным визирующим лучом света. Точки закрепляются на местности с помощью колышков или башмаков. Нивелир размещают в месте, называемом станцией, мерные рейки устанавливают на измеряемых точках.

По способу опор съёмки различают:

  • нивелирование поверхности по квадратам;
  • нивелирование рельефа по магистралям и параллельным линиям;
  • нивелирование местности способом полигонов.

Рельеф строительного участка, как правило, равнинный, плоский, без значительных перепадов высот.

На основании полученного нивелированием по квадратам топографического плана строительной площадки составляются проекты вертикальной планировки участка, подсчёты объёмов земляных работ.

Конструкция и классификация стандартных нивелиров

По конструктивному решению стандартные нивелиры классифицируют на:

  • оптические, или оптико-механические;
  • лазерные;
  • цифровые.

Оптические (оптико-механические)

Принцип действия оптических, или оптико-механических нивелиров основан на прохождении луча света через зрительную трубу, вращающуюся в горизонтальной плоскости. Все настройки проводят вручную. Для измерения используется рейка с числовыми значениями. Оптические нивелиры подразделяют по степени точности на технические, точные, высокоточные.

Работают вдвоём – один человек держит рейку, второй снимает показания.

Комплект состоит из трёх предметов: измерительного инструмента, штатива, или трегера и мерной рейки. Шкала рейки двусторонняя. Деления нанесены красным и чёрным цветом, с разных сторон в сантиметрах и миллиметрах.

Лазерные

Лазерные нивелиры отличаются видимым лучом света, излучаемым светодиодом в корпусе прибора.

По принципу работы делятся на 2 категории:

  • позиционные, луч проходит через призму;
  • ротационные, в основе луча лежит линза.

Ротационные нивелиры считаются профессиональными инструментами, имеют угол работы 360 градусов, большую дальность и расширенные функциональные возможности.

Режим самовыравнивания инструмента по горизонтали упрощает предварительную настройку.

Корпус защищён от пыли и влаги. Использование приёмника луча увеличивает дальность работы. По дальности, точности измерения различают приборы профессионального класса и бытового использования.

Дополнительными функциями является проецирование вертикальных и горизонтальных линий на поверхность, построения углов. Для улучшения видимости и сохранения зрения работают в защитных очках. При поддержке работы удалённого управления допустимо работать одному.

[stextbox id=’warning’]Советуем почитать: Работа с лазерным уровнем на стройке[/stextbox]

Цифровые

Цифровыми нивелирами называют инструменты оптико-механического или лазерного типа, отображающие, запоминающие и анализирующие информацию в цифровом виде.

Цифровые приборы имеют процессор и память, высокий класс точности, позволяют работать без напарника. Деления рейки нанесены штрихкодом для автоматического считывания прибором.

Недостатками считают высокую стоимость, чувствительность аппаратов к механическим повреждениям.

Как работать нивелиром правильно?

Существует два способа ведения работ:

  • «вперёд», при котором начальная станция будет над первой точкой. Измеряют высоту прибора, снимают отсчёт на рейке. Превышением будет разность величин;
  • «из середины». Самый распространённый способ, инструмент располагают на равном удалении от точек.

Установка штатива

Штатив располагают по центру между измеряемыми точками. Ослабив винты, ножки трегера раздвигают до удобной в работе высоты, после чего винты снова закручивают. Нивелир крепится к головке штатива. Горизонтальность головки регулируют с помощью подъёмных винтов.

Монтаж прибора

Прибор устанавливают и закрепляют с помощью крепёжного винта, расположенного на трегере. Подготовка к работе заключается в настройке оптики, приведения прибора в строго горизонтальное положение.

Фокусировка оптико-механического узла

Начинают с выравнивания инструмента по горизонтали. Для этого двумя подъёмными винтами, поворачивая их одновременно, пузырёк уровня приводят к середине. Вращением третьего подъёмного винта пузырёк подгоняют в центр уровня. Эта точка называется «нуль-пункт».

Затем переходят к фокусировке оптического оборудования. Зрительную трубу наводят на любую поверхность, вращением окулярного кольца добиваются чёткой видимости сетки. Переводят нивелир на рейку и регулировкой фокусировочного винта настраивают чёткую видимость шкалы.

Центрирование проводят при установке нивелира над точкой, работая способом «вперёд». Ослабляют закрепительный винт, подвешивают отвес.

Сдвигают инструмент по головке трегера до тех пор, пока отвес не укажет на нужную точку. Закрепительный винт затягивают.

Измеряем и фиксируем наблюдения

После установки нивелира в середине между двумя точками, подготовки, переходят к измерениям.

Непосредственно на точку устанавливают мерную рейку. Точное положение рейки контролируют вертикальной риской визирной сетки, подавая сигналы напарнику.

Для контроля значение снимают дважды, с обеих сторон рейки. За итоговый результат принимают средний показатель. Превышение точек определяют разностью двух значений точек.

[stextbox id=’info’ defcaption=»true»]Большее значение измерения даёт впадина, меньшее – выпуклость рельефа.[/stextbox]

Результаты измерений записываются.

На что обращать внимание при покупке?

Выбирая нивелир, руководствуются сферой его применения, то есть смотрят, для чего он нужен в конкретной ситуации. Критерии отбора – дальность действия, точность измерения, дополнительные функции.

Для домашнего мастера при выборе лазерного нивелира достаточно следующих характеристик:

  • точность измерения ±0,3 мм/м и выше;
  • дальность с работы с приёмником 40-60 м;
  • проецирование горизонтальных, вертикальных плоскостей, прямых углов;
  • средний угол развёртки;
  • работа от аккумулятора;
  • умеренная цена.

Для домашнего использования не нужна большая дальность измерения и высокоточная оптика, а режим самонивелирования лазерного прибора не будет лишним. Зелёный луч лучше виден при искусственном освещении.

Профессиональный лазерный уровень должен отвечать более высоким требованиям:

  • точность измерения ±0,1 мм/м и выше. Большие расстояния на местности дают увеличение погрешности;
  • работа с приёмником для увеличения видимости луча, дальности работы от 300 метров;
  • высокий класс защиты от пыли и влаги;
  • устройство дистанционного управления;
  • лазерный отвес.

Ротационный прибор обеспечивает охват в 360 градусов. Соответственно, профессиональные приборы отличает и более высокая стоимость.

Полезные видео

Подготовка, приведение прибора в рабочее положение:
[yvideo number=»d5H06wBh0ZQ»]
Учебное видео по устройству нивелира Н-3, принцип работы и снятие отсчетов, смотрим:
[yvideo number=»E1RaN7r8KEQ»]
Оптический нивелир — незаменимый помощник на строительной площадке, посмотрите, как с ним работают специалисты:
[yvideo number=»GQ1zeO0r_AI»]
Что такое нивелир, как и где используется:
[yvideo number=»iWOMYskm2Ug»]
Умение работать нивелиром повышает точность и качество строительных работ, экономит время и материалы. Есть вопросы или не согласны с точкой зрения автора? Высказывайтесь в комментариях.

Объяснение принципа работы магнитного индикатора уровня

Принцип работы магнитного индикатора уровня широко используется в измерительных приборах уровня. Взаимодействие между поплавковыми магнитами внутри камеры и магнитными флажками вне камеры обеспечивает практически не требующую обслуживания непрерывную информацию об уровне. Этот тип индикатора уровня не требует питания, что делает его идеальным для различных приложений в различных отраслях промышленности.

Принцип работы магнитного индикатора уровня основан на воздействии одного магнита на соседние магниты.Механика проста, но очень эффективна, дает надежную и повторяемую информацию об уровне для непрерывного мониторинга и регистрации уровней жидкости.

Каков принцип работы магнитного индикатора уровня?

Принцип работы магнитного указателя уровня

Принцип работы магнитного указателя уровня заключается в том, что измерительный прибор использует ту же жидкость — и, следовательно, тот же уровень — что и резервуар. Индикатор уровня прикреплен к резервуару и соединяется непосредственно с измеряемой жидкостью.Внутри камеры находится поплавок с магнитным узлом внутри. Этот поплавок опирается на поверхность жидкости. Когда уровень жидкости поднимается или опускается, поплавок тоже. Когда поплавок движется вверх или вниз, магнитный узел вращает серию двухцветных магнитных флажков или створок, изменяя цвет визуальных индикаторов, установленных рядом с камерой, с одного цвета на другой.

Поскольку принцип работы магнитного индикатора уровня основан на взаимодействии между магнитами, эти приборы для измерения уровня не нуждаются в источнике питания.Кроме того, они практически не требуют обслуживания. Дополнительное преимущество: магнитная сила индикатора может влиять на дополнительные переключатели или передатчики, установленные вне камеры. Цветные флажки легко увидеть даже на расстоянии, и они соединены со шкалой для точных показаний. Как и для приборов любого уровня, размер и материал поплавка выбираются в зависимости от среды, температуры, давления и плотности рабочей среды.

Высокопроизводительные магнитные указатели уровня WIKA

Компания WIKA имеет более чем 60-летний опыт работы в этой области, поскольку наша дочерняя компания KSR-Kueblero получила один из первых патентов на магнитный указатель уровня.WIKA производит серию WMI, полную линейку высококачественных магнитных указателей уровня, которые обеспечивают годы точной информации об уровне. Поплавок в каждом MLI предназначен для каждого приложения. Материалы поплавкового магнита тщательно выбираются, чтобы минимизировать размер поплавка и камеры и обеспечить наилучшее соединение для конкретного материала и толщины стенки трубы. Байпасные камеры могут быть изготовлены из нескольких различных типов нержавеющей стали и сплавов (Hastelloy ® , Inconel ® и т. Д.) и другие материалы (тефлон ™, ПВХ и т. д.) в зависимости от среды и температуры процесса.

Магнитные указатели уровня модели WMI легко адаптируются. Они работают от −320 ° F до 1000 ° F (от −195 ° C до 537 ° C), от полного вакуума до 5000 фунтов на кв. Дюйм (344 бар) и для удельного веса всего 0,35. Флажки индикаторов могут быть красно-белыми, желто-черными или флуоресцентными. Шкалы могут быть указаны в британских единицах измерения (футы / дюймы), метрических единицах (мм / см / м) или процентах или даже настроены в соответствии с вашими конкретными требованиями.Вы также можете выбрать из нескольких технологических соединений, размеров соединений, вентиляционных и дренажных отверстий. Другие полезные варианты включают высокотемпературную изоляцию и криогенную изоляцию.

Магнитные указатели уровня WMI подходят для большинства промышленных и коммерческих приложений в:

  • Нефтеперерабатывающая и химическая промышленность
  • Энергетика и электростанции
  • Подогреватели питательной воды и котлы
  • Нефтегазовая промышленность
  • Морская разведка и бурение
  • Трубопровод Применение компрессоров
  • Целлюлозно-бумажная промышленность
  • Продукты питания и напитки
  • Газовые заводы
  • Фармацевтика

Прибор уровня, основанный на принципе работы магнитного индикатора уровня, может обеспечить необходимую точность и надежность.WIKA может помочь вам найти лучший вариант для вашего приложения.

Принципы измерения уровня

W В связи с широким разнообразием подходов к измерению уровня и наличием 163 поставщиков, предлагающих один или несколько типов приборов для измерения уровня, выбор подходящего для вашего применения может быть очень трудным. В последние годы выделяются технологии, основанные на разработках микропроцессоров. Например, испытанный метод измерения напора жидкости получил новую жизнь благодаря «умным» датчикам дифференциального давления (DP).Современные приборы для измерения местного уровня могут включать диагностические данные, а также данные о конфигурации и процессе, которые могут передаваться по сети на приборы удаленного контроля и управления. Одна модель даже обеспечивает локальное ПИД-регулирование. Вот некоторые из наиболее часто используемых методов измерения уровня жидкости:

Фотография 1. На этом виде типичного ВЧ емкостного датчика показано, что электронное шасси увеличено в два раза по размеру его корпуса.

• ВЧ емкость

• Электропроводность (проводимость)

• Гидростатический напор / измерение резервуара

• Радар

• Ультразвуковой

Однако прежде чем вы решите, какой из них подходит для вашего применения, вам необходимо чтобы понять, как работает каждый из них, и какую теорию стоит за этим. (У каждого метода есть свои аббревиатуры, поэтому вы можете найти врезку «Аббревиатуры для общей терминологии измерения потока», полезную ссылку во время последующих обсуждений.)

RF Capacitance

RF (радиочастотная) технология использует электрические характеристики конденсатора в нескольких различных конфигурациях для измерения уровня. Этот метод, обычно называемый высокочастотной емкостью или просто радиочастотным, подходит для определения уровня жидкостей, суспензий, гранул или границ раздела фаз, содержащихся в емкости. Доступны конструкции для измерения уровня технологического процесса в определенной точке, в нескольких точках или непрерывно по всей высоте резервуара.Радиочастоты для всех типов находятся в диапазоне от 30 кГц до 1 МГц.

Теория измерения емкости. Все системы уровня ВЧ используют усовершенствования одного и того же метода измерения емкости, и в основе всех них лежит одна и та же основная теория. Электрическая емкость (способность накапливать электрический заряд) существует между двумя проводниками, разделенными расстоянием d, как показано на рисунке 1. Первым проводником может быть стенка сосуда (пластина 1), а вторым — измерительный зонд. или электрод (пластина 2).Два проводника имеют эффективную площадь А, перпендикулярную друг другу. Между проводниками находится изолирующая среда — непроводящий материал, участвующий в измерении уровня.

Величина емкости здесь определяется не только расстоянием между проводниками и площадью проводников, но и электрическими характеристиками (относительной диэлектрической проницаемостью, K) изоляционного материала. Значение K влияет на емкость накопления заряда в системе: чем выше K, тем больше заряда она может накопить.Коэффициент K для сухого воздуха равен 1,0. Жидкости и твердые вещества имеют значительно более высокие значения, как показано в Таблице 1.

Сокращения для общей терминологии измерения расхода
Сокращения Термин Связанные технологии
A
AM
C
FMCW

FM
GWR
H
HTG
I RF
K RF
LT
P
DP
PT
R RF
RF RF
TT
TDR

Модулируемая пропускная способность
Амплитудная модуляция
-модулированный
непрерывная волна
частотно-модулированный
волноводный радар
напор или гидростатическая головка
гидростатический резервуар
импеданс
относительная диэлектрическая постоянная
датчик уровня
давление
перепад давления
датчик давления
сопротивление
радиочастота
датчик температуры
временная область рефлектометр
РФ емкость
Радар или микроволновая печь
ВЧ емкость
Радар или микроволновая печь

Радар или микроволновая печь
Радар или микроволновая печь
Измерение гидростатического напора
Измерение гидростатического напора
емкость
Емкость
Измерение гидростатического напора
Измерение гидростатического напора
Измерение гидростатического напора

емкость
Гидростатический напор
Радар или микроволновая печь

Емкость для основной схемы конденсатора, показанной на рисунке 1, может быть вычислена по уравнению:

C = E (KA / d) (1)

где:

C = емкость в пикофарадах (пФ)

Рисунок 1.Базовые конденсаторы работают по одному и тому же принципу.

E = постоянная, известная как абсолютная диэлектрическая проницаемость свободного пространства

K = относительная диэлектрическая проницаемость изоляционного материала

A = эффективная площадь проводников

d = расстояние между проводниками

Применить Используя эту формулу для системы измерения уровня, вы должны предположить, что технологический материал является изоляционным, что, конечно, не всегда верно.Голый проводящий чувствительный электрод (зонд) вставляется в резервуар (см. Рис. 2), чтобы действовать как один проводник конденсатора. Металлическая стенка резервуара действует как другая. Если резервуар неметаллический, в резервуар должен быть вставлен проводящий заземляющий провод, который будет действовать как другой проводник конденсатора.

При пустом резервуаре изолирующей средой между двумя проводниками является воздух. При заполненном баке изолирующим материалом является технологическая жидкость или твердое вещество. Когда уровень в резервуаре повышается, чтобы начать закрывать зонд, часть изолирующего эффекта воздуха переходит в изолирующий эффект обрабатываемого материала, вызывая изменение емкости между зондом и землей.Эта емкость измеряется для прямого линейного измерения уровня в резервуаре.

ТАБЛИЦА 1
Диэлектрическая проницаемость исследуемых веществ
Вещество
Изопропиловый спирт
Керосин
Kynar
Минеральное масло
Чистая вода

Песок

9 Сахар
1,8
8,0
2,1
80
4,0
3,0
2,0

Как показано на рисунке 2, электродный датчик или зонд подключается непосредственно к высокочастотному датчику уровня, который установлен вне резервуара.В одной конструкции, когда зонд установлен вертикально, система может использоваться как для непрерывного измерения уровня, так и для одновременного многоточечного контроля уровня. В качестве альтернативы, для измерения точечного уровня один или несколько датчиков могут быть установлены горизонтально через боковую часть резервуара; На Рисунке 2 показано, что этот тип используется как сигнализация высокого уровня. На фото 1 показан типичный узел зонда с увеличенным видом микропроцессорного передатчика, который помещается в корпус; при использовании его цифровой индикатор смотрит вверх.Передача сигнала измерения уровня может иметь несколько форм, как и прибор, принимающий сигнал в локальном или удаленном месте.

Как показано на рисунке 2, выходной сигнал преобразователя составляет 4–20 мА постоянного тока плюс дополнительный протокол HART для удаленной диагностики, изменения диапазона, сухой калибровки и т. Д. Прибор, принимающий сигнал, может быть распределенной системой управления (DCS), программируемым логическим контроллером (PLC), компьютером Pentium III или самописцем с полосками или круговыми диаграммами.

Рисунок 2. В емкостном ВЧ методе измерения уровня жидкости электродный датчик подключается непосредственно к ВЧ-передатчику за пределами резервуара.

Когда обрабатываемый материал является проводящим, чувствительный зонд покрывается изолирующей оболочкой, такой как тефлон или кайнар. Изолированный зонд действует как одна пластина конденсатора, а проводящий технологический материал — как другая. Последний, будучи проводящим, электрически подключается к заземленному металлическому резервуару. Изолирующей средой или диэлектриком для этого применения является оболочка зонда.При изменении уровня проводящего технологического материала происходит пропорциональное изменение емкости. Обратите внимание, что на это измерение не влияют изменения температуры или точный состав обрабатываемого материала.

РЧ-импеданс или РЧ-вход. Когда другая электрическая характеристика, импеданс, появляется на изображении, результатом являются дальнейшие уточнения в измерении уровня радиочастоты. Предлагая повышенную надежность и более широкий диапазон использования, эти варианты базовой радиочастотной системы называются радиочастотной проводимостью или радиочастотным импедансом.В цепях ВЧ или переменного тока импеданс Z определяется как полное сопротивление протеканию тока:

Z = R + 1 / j 2 pf C (2)

, где:

R = сопротивление в Ом

Дж. = квадратный корень из минус 1 (–1)

p = константа 3,1416

f = частота измерения (радиочастота для измерения RF)

C = емкость в пикофарадах

Прибор для измерения уровня импеданса RF измеряет это полное сопротивление а не просто емкость.Некоторые системы измерения уровня называются типами РЧ-допуска. Полная проводимость, A, определяется как мера того, насколько легко РЧ или переменный ток протекает в цепи, и, следовательно, является обратной величиной импеданса (A = 1 / Z). Таким образом, нет принципиальной разницы между РЧ-импедансом и РЧ-проводимостью как технологией измерения уровня.

В некоторых случаях обрабатываемый материал имеет тенденцию к образованию покрытия на датчике уровня. В таких случаях, которые нередки для приложений измерения уровня, может возникнуть значительная ошибка измерения, поскольку прибор измеряет дополнительную емкость и сопротивление от отложений покрытия.В результате датчик сообщает более высокий и неправильный уровень вместо фактического уровня в резервуаре.

Рис. 3. При кондуктивном типе измерения уровня два двойных зонда определяют максимальный и минимальный уровни в резервуаре.

Обратите внимание, что уравнение для импеданса включает сопротивление R. Метод импеданса RF может быть снабжен специальной схемой, способной измерять компоненты сопротивления и емкости покрытия и емкостного компонента в зависимости от фактического уровня технологического материала.Схема предназначена для электронного решения математической зависимости, тем самым создавая токовый выход 4–20 мА, который пропорционален только фактическому уровню обрабатываемого материала. На него практически не влияет какое-либо покрытие на датчике, что позволяет радиочастотной системе продолжать работать надежно и точно.

Проводимость

Метод измерения уровня жидкости основан на электрической проводимости измеряемого материала, который обычно представляет собой жидкость, которая может проводить ток с источником низкого напряжения (обычно <20 В).Следовательно, метод также называют системой проводимости. Электропроводность - это относительно недорогой и простой метод обнаружения и контроля уровня в сосуде.

Одним из распространенных способов создания электрической цепи является использование зонда с двумя наконечниками, который устраняет необходимость заземления металлического резервуара. Такие датчики обычно используются для определения предельного уровня, и обнаруживаемая точка может быть границей между проводящей и непроводящей жидкостью.

На рис. 3 показано устройство с двумя датчиками с двумя наконечниками, которые определяют максимальный и минимальный уровни.Когда уровень достигает верхнего датчика, замыкается переключатель, чтобы запустить нагнетательный насос; когда уровень достигает нижнего датчика, переключатель размыкается, чтобы остановить насос.

Гидростатический напор

Рис. 4. Метод гидростатического напора или перепада давления может добавлять измерения (слева) для гидростатического измерения резервуара (HTG).

Одним из старейших и наиболее распространенных методов измерения уровня жидкости является измерение давления, оказываемого столбом (или напором) жидкости в сосуде.Основные соотношения:

P = mHd

или:

H = mP / d (3)

, где в последовательных единицах:

P = давление

м = постоянная

H = напор

d = плотность

P обычно выражается в фунтах на квадратный дюйм; H в футах; и d, в фунтах на кубический фут; но можно использовать любую комбинацию единиц, при условии, что коэффициент m отрегулирован соответствующим образом.

Плотность жидкости зависит от температуры. Поэтому для обеспечения максимальной точности измерения уровня плотность должна быть компенсирована или выражена по отношению к фактической температуре измеряемой жидкости.Это случай с гидростатическим замером резервуара (HTG), описанным ниже.

На протяжении десятилетий приборы типа DP — задолго до ячейки DP — использовались для измерения уровня жидкости. Измерители с отверстиями, изначально разработанные для измерения перепада давления через отверстие в трубопроводе, легко приспособлены для измерения уровня. Современные интеллектуальные передатчики DP одинаково хорошо адаптируются к измерениям уровня и используют те же основные принципы, что и их предшественники. В открытых сосудах (не находящихся под давлением или вакуумом) труба на дне сосуда или рядом с ним соединяется только со стороной высокого давления корпуса расходомера, а сторона низкого давления открыта в атмосферу.Если сосуд находится под давлением или под вакуумом, нижняя сторона измерителя имеет соединение трубы рядом с верхом сосуда, так что прибор реагирует только на изменения напора жидкости (см. Рисунок 4).

Преобразователи

DP сегодня широко используются в обрабатывающей промышленности. Фактически, более новые интеллектуальные передатчики и обычные сигналы 4–20 мА для связи с удаленными РСУ, ПЛК или другими системами фактически привели к «возрождению» этой технологии. Однако проблемы с грязными жидкостями и стоимость трубопроводов на новых установках открыли двери для еще более новых, альтернативных методов.

Гидростатический резервуар для измерения. Одним из постоянно растущих специализированных приложений для систем, включающих гидростатические измерения, является гидростатический резервуар (HTG). Это новый стандартный способ точного измерения запасов жидкости и мониторинга перекачки в резервуарных парках и аналогичных хранилищах с несколькими резервуарами. Системы HTG могут предоставить точную информацию об уровне, массе, плотности и объеме содержимого в каждом резервуаре. Эти значения также могут быть объединены в цифровую сеть для множественного удаленного доступа с компьютера из безопасной зоны.

Рис. 5. Для измерения уровня с помощью радара (микроволнового) можно использовать любой из двух типов конструкции антенны в верхней части судна.

На рисунке 4 показана упрощенная система, которая включает в себя только один датчик давления (PT) с датчиком температуры (TT) и использует новый датчик уровня (LT) для обнаружения скопления воды на дне резервуара. . Массу (вес) содержимого резервуара можно рассчитать из гидростатического напора (измеренного с помощью PT), умноженного на площадь резервуара (полученного из справочной таблицы).Отношение температуры и плотности жидкости можно использовать для расчета объема и уровня при условии, что резервуар не находится под давлением. Данные, вводимые в компьютерную систему, позволяют выполнять все расчеты в автоматическом режиме, а результаты постоянно доступны для целей мониторинга и учета.

Датчик уровня с датчиком, установленным под углом в нижней части резервуара, представляет собой инновационный способ обнаружения скопления воды, отделенной от масла, и контроля только отбора продукта.Более того, измеряя уровень границы раздела вода-масло, LT предоставляет средства точной корректировки уровня воды, который был бы неправильно измерен как продукт.

Хотя датчик DP чаще всего используется для измерения гидростатического давления для измерения уровня, следует упомянуть и другие методы. В одной из более новых систем используется датчик давления в виде зонда из нержавеющей стали, который очень похож на грушу термометра. Зонд просто опускается в резервуар по направлению к дну и поддерживается пластиковой трубкой или кабелем, по которому проводится проводка к измерителю, установленному снаружи на резервуаре или рядом с ним.Измеритель отображает данные уровня и может передавать информацию другому приемнику для удаленного мониторинга, записи и управления.

Еще одним новым гидростатическим измерительным устройством является преобразователь с сухими ячейками, который, как утверждается, предотвращает загрязнение технологической жидкости маслом ячейки давления. Он включает в себя специальные диафрагмы из керамики и нержавеющей стали и, по-видимому, используется во многом так же, как датчик перепада давления.

Радар или микроволновая печь

Радарные методы измерения уровня иногда называют микроволновыми.Оба используют электромагнитные волны, обычно микроволнового диапазона X (10 ГГц). Эта технология адаптируется и совершенствуется для измерения уровня, поэтому вам следует ознакомиться с последними предложениями. Большинство приложений были разработаны для непрерывного измерения уровня.

В основном все типы работают по принципу излучения микроволн вниз от датчика, расположенного наверху емкости. Датчик принимает обратно часть энергии, которая отражается от поверхности измеряемой среды.Время прохождения сигнала (называемое временем полета) используется для определения уровня. Для непрерывного измерения уровня существует два основных типа неинвазивных систем, а также один инвазивный тип, который использует кабель или стержень в качестве волновода и проходит вниз в содержимое резервуара почти до его дна.

В одном из типов неинвазивных систем используется технология, называемая частотно-модулированной непрерывной волной (FMCW). Из электронного модуля наверху резервуара генератор датчика отправляет линейную развертку частоты с фиксированной полосой пропускания и временем развертки.Отраженный радиолокационный сигнал задерживается пропорционально расстоянию до ровной поверхности. Его частота отличается от частоты передаваемого сигнала, и два сигнала сливаются в новую частоту, пропорциональную расстоянию. Эта новая частота преобразуется в очень точную меру уровня жидкости.

Рис. 6. При непрерывном ультразвуковом измерении уровня датчик, установленный в верхней части резервуара, посылает волны вниз на материал для определения его уровня.

Датчик выдает частотно-модулированный (FM) сигнал, который изменяется от 0 до ~ 200 Гц на расстоянии от 0 до 200 футов (60 м). Преимущество этого метода состоит в том, что сигналы измерения уровня являются ЧМ, а не АМ, что дает те же преимущества, что и радиоволны. Большая часть шума танка находится в диапазоне AM и не влияет на сигналы FM.

Вторая неинвазивная технология, импульсный радар или импульсный времяпролетный метод, работает по принципу, очень похожему на принцип ультразвукового импульсного метода.Импульс радара направлен на поверхность жидкости, и время прохождения обратного импульса используется для расчета уровня. Поскольку импульсный радар имеет меньшую мощность, чем FMCW, на его работу могут влиять препятствия в резервуаре, а также пенопласт и материалы с низкой диэлектрической проницаемостью (K <2).

Антенны для неинвазивных методов представлены в двух вариантах: параболическая антенна и коническая. Схематически рисунок 5 показывает, что параболическая тарелочная антенна имеет тенденцию направлять сигналы на более широкую площадь, в то время как конус имеет тенденцию ограничивать сигналы на более узком нисходящем пути.Выбор того или другого и его диаметра зависит от факторов применения, таких как препятствия в резервуаре, которые могут служить отражателями, наличие пены и турбулентность измеряемой жидкости.

Рис. 7. Не каждый метод измерения уровня подходит для данного приложения.
Рис. 8. Начальная стоимость пяти технологий непрерывного и точечного измерения уровня варьируется.

Волноводный радар (GWR) — это инвазивный метод, в котором используется стержень или кабель для направления микроволны, когда она проходит вниз от датчика в измеряемый материал и до дна сосуда. . Основой для GWR является рефлектометрия во временной области (TDR), которая использовалась в течение многих лет для обнаружения разрывов на длинных отрезках кабеля, проложенных под землей или в стенах зданий. Генератор TDR вырабатывает более 200 000 импульсов электромагнитной энергии, которые проходят по волноводу и обратно.Диэлектрик измеряемой жидкости вызывает изменение импеданса, что, в свою очередь, вызывает отражение волны. Время прохождения импульсов вниз и назад используется как мера уровня.

Волновод обеспечивает высокоэффективный путь прохождения импульса, так что ухудшение сигнала сводится к минимуму. Таким образом, можно эффективно измерять материалы с чрезвычайно низкой диэлектрической проницаемостью (K <1,7 против K = 80 для воды). Кроме того, поскольку импульсные сигналы передаются направляющей, турбулентность, пена или препятствия в резервуаре не должны влиять на измерение.GWR может работать с различным удельным весом и отложениями или покрытиями среды. Однако это инвазивный метод, и зонд или направляющая могут быть повреждены лезвием мешалки или коррозионной активностью измеряемого материала.

Ультразвуковые и звуковые

Как ультразвуковые, так и ультразвуковые приборы уровня работают по основному принципу использования звуковых волн для определения уровня жидкости. Частотный диапазон для ультразвуковых методов составляет ~ 20–200 кГц, а звуковые типы используют частоту 10 кГц.Как показано на рисунке 6, датчик, установленный на верхней части резервуара, направляет волны вниз импульсами на поверхность материала, уровень которого необходимо измерить. Отголоски этих волн возвращаются к датчику, который выполняет вычисления, чтобы преобразовать расстояние, пройденное волной, в меру уровня в резервуаре. Пьезоэлектрический кристалл внутри преобразователя преобразует электрические импульсы в звуковую энергию, которая распространяется в форме волны с установленной частотой и с постоянной скоростью в данной среде.Средой обычно является воздух над поверхностью материала, но это может быть слой азота или другого пара. Звуковые волны излучаются импульсами и возвращаются преобразователем в виде эха. Прибор измеряет время, за которое всплески дошли до отражающей поверхности и вернулись обратно. Это время будет пропорционально расстоянию от датчика до поверхности и может использоваться для определения уровня жидкости в резервуаре. Для практического применения этого метода необходимо учитывать ряд факторов.Вот несколько ключевых моментов:

• Скорость звука в среде (обычно в воздухе) зависит от температуры среды. Преобразователь может содержать датчик температуры для компенсации изменений рабочей температуры, которые могут изменить скорость звука и, следовательно, расчет расстояния, который определяет точное измерение уровня.

• Наличие плотной пены на поверхности материала может действовать как звукопоглотитель. В некоторых случаях абсорбции может быть достаточно, чтобы исключить использование ультразвуковой техники.

• Сильная турбулентность жидкости может вызвать колебания показаний. Использование регулировки демпфирования в приборе или задержки срабатывания может помочь решить эту проблему.

Для повышения производительности там, где пена или другие факторы влияют на прохождение волн к поверхности жидкости и от нее, на некоторых моделях к датчику может быть прикреплен направляющий луч.

Ультразвуковые или звуковые методы также могут использоваться для измерения предельного уровня, хотя это относительно дорогое решение. Ультразвуковой зазор — это альтернативный способ измерения предельного уровня жидкостей с низкой вязкостью.Передающий кристалл активируется на одной стороне «измерительного промежутка», а приемный кристалл слушает на противоположной стороне. Сигнал от приемного кристалла анализируется на наличие или отсутствие содержимого резервуара в измерительном зазоре. Эти бесконтактные устройства доступны в моделях, которые могут преобразовывать показания в выходы 4–20 мА для РСУ, ПЛК или других устройств дистанционного управления.

Выбор наилучшего метода

На рисунках 7 и 8 приведены некоторые рекомендации, которые помогут вам выбрать правильный метод измерения уровня для вашего приложения.Помните, однако, что начальная стоимость — это только одно соображение: низкая начальная стоимость может быть намного перевешена высокими затратами на обслуживание или потерей точности с течением времени.

Поставщики часто дают рекомендации, если вы указываете свои потребности, обычно путем заполнения формы. Пять типов информации обычно определяют необходимый прибор или систему для измерения уровня:

• Технологический материал. Дайте общее название материала, например, 5% раствор гидроксида натрия.

• Характеристики материала.Укажите, нужно ли вам измерять жидкость, суспензию, твердое вещество, поверхность раздела, гранулы или порошок. Приведите значения диэлектрической проницаемости материала, K, проводимости в микросименсах на сантиметр (мСм / см), вязкости в сантипуазах (сП) и плотности в фунтах на кубит фут (фунт / фут 3 ). Также опишите консистенцию такими терминами, как «водянистый», «маслянистый», «как жидкое тесто» или «как патока». Если эта информация недоступна, отправьте поставщику образец для оценки.

• Информация о процессе.Приведите значения нормальной температуры и давления, а также минимальное и максимальное. Если присутствует турбулентность, укажите ее степень как легкую, среднюю или тяжелую. Опишите материал емкости: металлический, неметаллический или футерованный? Укажите материалы конструкции из материалов, контактирующих со средой, например нержавеющую сталь 316, кайнар, тефлон или другие. Опишите классификацию зон: неопасные, опасные (перечислите) или коррозионные (перечислите их тоже).

• Функция сосуда. Опишите основные функции емкости, такие как отстойник, реактор, хранилище, отделение воды на дне и так далее.Предоставьте схематическую диаграмму, показывающую размер и форму емкости, установку и расположение датчика, 0% и 100% уровня, а также наличие мешалки или другого внутреннего препятствия.

• Требования к питанию. Укажите одно из следующих значений: 115 В переменного тока, 230 В переменного тока, 24 В переменного тока или с питанием от контура (24 В переменного тока, двухпроводный тип).

Твердо усвоив принципы, лежащие в основе методов, вы сможете разумно выбирать среди вариантов, которые предлагает вам поставщик.

Для дальнейшего изучения

Бэкон, Дж.М. Июнь 1996 г. «Меняющийся мир измерения уровня», InTech.

Boyes, W. Февраль 1999 г. «Изменяющееся состояние искусства измерения уровня», Flow Control.

Карселла, Б. Декабрь 1998 г. «Популярные методы измерения уровня», Химическая обработка.

Considine, D.M. 1993. «Системы уровня жидкости», Справочник по технологическим / промышленным приборам и управлению. 4-е изд. Нью-Йорк, Макгроу-Хилл: 4.130-4.136.

Gillum, D.R. 1995. «Промышленное измерение давления, уровня и плотности», Ресурсы ISA для измерения и контроля.Парк Исследовательского Треугольника, Северная Каролина, Инструментальное общество Америки.

Джонсон, Д. Ноябрь 1998 г. «Сервисное оборудование для технологических процессов», «Инженерное управление».

Koeneman, D.W. Июль 2000 г. «Оцените варианты измерения уровней процесса», Химическая инженерия.

«Измерение уровня». 1995. Справочник инженера по КИП: Измерения и анализ процессов, Б.Е. Липтак, Ред., 3-е изд., Т. 2. Рэднор, Пенсильвания, Chilton Book Co.: 269-397.

«Измерение и контроль уровня.”Апрель 1999 г. Измерения и контроль: 142–161.

«Системы измерения уровня». 1995. Полное руководство и энциклопедия Omega по измерению расхода и уровня. Vol. 29, Стэмфорд, Коннектикут, Omega Engineering Inc.

«Измерение уровня, секторы измерения уровня в резервуарах растут, диверсифицируются», апрель 1999 г. Инженерно-контрольный отдел: 13.

Оуэн, Т. Февраль 1999 г. «Передовая электроника преодолевает барьеры измерения», Control.

Parker, S. 1999. «Выбор устройства для измерения уровня в зависимости от требований приложения», Chemical Procssing, 1999 Fluid Flow Manual: 75-80.

Пол, Б.О. Февраль 1999 г. «Семнадцать методов измерения уровня», Химическая обработка.

Ramirez, R.C. Октябрь 1999 г. «Микроволны успокаивают восстановление черного щелока», InTech: 50-53.

Справочник по измерению уровня радиочастот. 1999. Princo Instruments Inc.

Измерение уровня [17 принципов работы]

Методы непрерывного измерения уровня

10 ноября 2018

Уровень — один из четырех наиболее измеряемых параметров в отрасли.

На рынке представлено множество различных типов приборов для измерения уровня. Правильный выбор для вашего приложения непростой и часто зависит от понимания различного уровня методы измерения и знание того, какие условия процесса влияют на работу датчика уровня.

В то время как большинство технологий измерения уровня способны хорошо работать при различных условиях процесса, не существует единого датчика уровня, подходящего для всех приложений.

Но:

Как только вы поймете принцип работы всех этих различных технологий, ваша задача станет намного проще.

В сегодняшнем посте я кратко опишу принцип работы 17 различных приборов для измерения уровня.

Внизу статьи вы также найдете таблицу, в которой показано, какая технология подходит для конкретных условий процесса.

1. Смотровое стекло указателя уровня

Смотровое стекло — простейшее устройство для измерения уровня жидкости в сосуде.

Это не что иное, как прозрачная стеклянная трубка, установленная снаружи сосуда и соединенная с дном и верхом сосуда.

Смотровые стекла используют закон сообщающихся сосудов для индикации уровня на градуированной шкале.

Высота столба жидкости в смотровом стекле всегда будет такой же, как и внутри емкости.

Иногда деления отсутствуют, а через смотровое стекло просто отображается высота жидкости в сосуде.

2. Поплавковый указатель уровня

Этот старый метод был первой попыткой автоматизировать измерение уровня в резервуарах после того, как ранее уровень измерялся вручную с помощью веревки с прикрепленным к ней поплавком.

У поплавкового уровнемера есть поплавок, подвешенный на веревке внутри резервуара. Трос проходит через два шкива к противовесу снаружи резервуара. Сам противовес служит индикатор на плате прямого считывания.

Уровнемеры

работают по принципу плавучести, что означает, что материал с более низкой плотностью плавает на материале с более высокой плотностью.

Указатель уровня поплавка, показанный на чертеже, не единственный существующий тип.

3. Принцип буйкового уровнемера

Буйковый уровнемер предназначен для работы с жидкостями.

Шток буйка погружен в жидкость и подвешен на пружине или торсионной трубке. Он всегда имеет более высокую плотность, чем жидкость, поэтому не плавает.

Когда резервуар полностью заполнен и, таким образом, стержень буйка полностью погружен, на пружину все еще будет действовать направленное вниз усилие.

Принцип действия буйкового уровнемера основан на принципе Архимеда, который гласит, что восходящая выталкивающая сила, действующая на тело, погруженное в жидкость, независимо от того, полностью ли она или частично погруженный, равен весу вытесненной жидкости.

В этом случае выталкивающая сила действует на стержень буйка, толкая его вверх.

Когда уровень жидкости поднимается, подъемная сила увеличивается, уменьшая кажущийся вес стержня буйка. Это уменьшает длину пружины при движении буйка вверх.

Движение стержня буйка вверх и вниз измеряется датчиками в головке преобразователя и преобразуется в выходной сигнал.

4. Принцип серво датчика уровня

Небольшой буйковый уровнемер подвешен на тросе, намотанном на проволочном барабане.Барабан с проволокой магнитно связан с весами и приводится в действие двунаправленным серводвигателем.

Когда поплавок опускается в сосуд и достигает поверхности жидкости, его кажущийся вес будет уменьшаться под действием выталкивающей силы.

Потеря веса определяется весами, которые затем отправляют сигнал на блок управления, чтобы остановить серводвигатель.

Длина размотанного кабеля рассчитывается путем подсчета числа оборотов проволочного барабана с помощью набора датчиков на эффекте Холла и умножения его на известную длину окружности барабана.

Вычитание результата этого расчета из общей высоты резервуара дает высоту жидкости в резервуаре.

При изменении уровня весы изменяют положение буйка до тех пор, пока не будет достигнуто новое равновесие.

Серво уровнемер основан на принципе Архимеда, поскольку он использует выталкивающую силу во время измерения и поэтому может использоваться только для измерения уровня жидкости.

5. Принцип датчика веса и уровня кабеля

Работа электромеханических уровнемеров, как их иногда называют, очень похожа на работу серво уровнемеров.

Разница в основном в управлении датчиком и внутренними датчиками.

Хотя этот метод используется в основном для твердых веществ, уровень жидкости также можно измерить, заменив груз на плавающий зонд.

Груз опускается через крышу резервуара, пока он не достигнет поверхности продукта.

Как только зонд коснется поверхности, кабель провисает, и разматывание кабеля прекращается. Затем зонд подтягивается вверх.

Длина размотанного кабеля измеряется как при движении вниз, так и при движении вверх, и результаты сравниваются друг с другом. Если есть разница между двумя измерениями значений, начинается новое измерение.

Электроника преобразует информацию об измеренной длине в выходной сигнал, соответствующий уровню или объему / весу в резервуаре.

6. Принцип магнитного уровнемера

Магнитные уровнемеры основаны на законе магнетизма.

Как и смотровые стекла, они монтируются сбоку на резервуаре и соединяются с клапанами в нижней и верхней части резервуара.

Магнитный указатель уровня состоит из двух основных частей:

  • Вертикальная труба (также называемая «камерой»), содержащая технологическую жидкость и поплавок, снабженный магнитом.
  • Прозрачный кожух, прикрепленный к камере, с рядом индикаторов (флажков), магнитно связанных с поплавком.

Поплавок внутри камеры перемещается вверх и вниз вместе с поверхностью жидкости, поднимаясь и опускаясь.

Каждый раз, когда поплавок проходит мимо флажка, их магнитные поля соединяются.

Магнитная муфта заставляет флаг вращаться вокруг своей оси, делая видимую заднюю часть флага.

Уровень жидкости становится четко обозначенным, потому что задняя часть флажка имеет другой цвет, чем передняя.

7. Принцип резистивной цепи

Цепной резистивный датчик уровня основан на принципе поплавка и работает почти так же, как магнитный указатель уровня.

Датчик имеет поплавок со встроенным постоянным магнитом, который скользит по вертикальной направляющей трубке.

Лампа имеет встроенный трехпроводной потенциометр, состоящий из нескольких последовательно соединенных отдельных резисторов, каждый со своим герконом.

Когда поплавок движется вверх и вниз, его магнитное поле замыкает геркон, расположенный на уровне поплавка.

Замкнутый герконовый контакт, таким образом, становится точкой подключения потенциометра, который делит его общее сопротивление на 2 части.

Одна часть используется в качестве измеренного значения, которое пропорционально уровню жидкости и может быть отправлено напрямую как значение сопротивления или преобразовано в сигнал тока.

Цепочка сопротивления с мелкими ступенями делает измерение практически непрерывным.

8. Принцип измерения гидростатического уровня

Гидростатические датчики уровня используют принцип гидростатического давления в столбе жидкости для измерения высоты уровня в резервуаре.

Эти датчики на самом деле являются датчиками давления, которые измеряют гидростатическое давление на определенной глубине в жидкости, а затем используют формулу P hydro = ρgh to рассчитать высоту заполнения бака ( х ).

Как видно из формулы, плотность ( ρ ) и сила тяжести ( г ) являются важными факторами для определения уровня.

Любое изменение их значения повлияет на точность измерения.

Гидростатические датчики уровня используются для измерения уровня в открытых или вентилируемых емкостях, где газовая фаза на поверхности жидкости находится под давлением окружающей среды, а также для герметичных или газонепроницаемых емкостей. где давление над жидкостью переменное.

Датчики оснащены ячейкой для измерения относительного давления, одна сторона которой подвергается гидростатическому давлению, а другая сторона подключена к:

  • давление окружающей среды, в случае открытых сосудов,
  • переменное давление над жидкостью в случае герметичных сосудов.

Таким образом, давление, действующее на поверхность жидкости, автоматически компенсируется.

9. Принцип пузырьковой трубки

Измерение уровня в барботерной трубке основано на принципе гидростатического давления.

Барботер состоит из:

  • Погружная трубка
  • Датчик давления
  • Ограничитель потока
  • Источник сжатого газа

Погружная трубка вставляется в жидкость и проходит на несколько сантиметров от дна резервуара.

Воздух или сухой азот используется в качестве источника сжатого газа и подсоединяется к другому концу трубки.

Давление газа снижается ограничителем потока, которым может быть игольчатый клапан или шаровой клапан с V-образным пазом.

При уровне жидкости до 100% поток газа можно отрегулировать так, чтобы из трубки выходило лишь небольшое количество пузырьков в минуту.

По мере прохождения газа через трубку давление внутри трубки будет расти до тех пор, пока не сравняется с гидростатическим давлением жидкости на открытом конце трубки.

Это гидростатическое давление измеряется датчиком давления, подключенным к трубке.

Когда плотность жидкости известна, преобразователь теперь может рассчитать уровень по формуле P hydro = ρgh .

10. Принцип емкостного датчика уровня

Работа датчика уровня емкости сравнима с работой конденсатора переменной емкости.

Металлический зонд датчика служит одной пластиной конденсатора, а металлическая стенка резервуара представляет собой другую пластину.

Жидкость внутри резервуара действует как диэлектрический материал между двумя пластинами.

Когда уровень жидкости поднимается, производительность увеличивается. Величина этой емкости является мерой высоты жидкости в резервуаре.

Если жидкость непроводящая, между металлическим зондом и металлической стенкой резервуара образуется конденсатор.

Если жидкость является проводящей, металлический зонд изолирован, а изоляция служит диэлектрическим материалом.

Если сосуд сделан из непроводящего материала, емкостному датчику уровня требуется эталонный зонд, который служит второй обкладкой конденсатора.

11. Принцип ультразвукового датчика уровня

Принцип работы ультразвукового датчика основан на времени прохождения (TOF) ультразвукового импульса, который движется вперед и назад между датчиком и поверхностью среды.

Датчик излучает высокочастотный импульс в диапазоне от 10 до 70 кГц, направленный к поверхности среды.

Когда этот импульс попадает на поверхность, он возвращается к датчику.

Этот отраженный сигнал также называется «эхо».

С момента появления эхо-сигнала на датчике передатчик рассчитывает расстояние до поверхности по формуле:

Имея эту информацию, датчик теперь может определять уровень внутри сосуда, вычитая расстояние до поверхности из общей высоты сосуда.

Ультразвуковой датчик уровня, по сути, представляет собой не что иное, как высокотехнологичный таймер с несколькими функциями, позволяющими излучать и принимать ультразвуковые волны.

Этот метод можно использовать как для жидкостей, так и для твердых тел.

12. Магнитострикционный принцип

Принцип, принятый для этого метода измерения, называется эффектом Видемана.

Это один из четырех эффектов, связанных с магнитострикцией, свойством ферромагнетиков.

Магнитострикционный датчик уровня состоит из поплавка, который скользит по вертикальному ферромагнитному стержню (также называемому волноводом) во время подъема и падения уровня. Постоянный Магнит расположен внутри поплавка в точном месте, соответствующем уровню жидкости.

Если бы можно было измерить точное положение этого магнита, то можно было бы вычислить уровень жидкости.

Итак, как это делается:

В начале измерения передатчик посылает короткий импульс тока по волноводу и запускает таймер с момента выхода импульса из передатчика.

Когда импульс тока течет через волновод, он создает небольшое круговое магнитное поле вокруг стержня.

Когда импульс достигает поплавка, его круговое магнитное поле пересекается с магнитным полем постоянного магнита.

Взаимодействие между двумя магнитными полями вызывает механическое скручивание в волноводе, как если бы стержень локально скручен.

Эта крутильная сила распространяется по волноводу в виде акустической крутильной волны и возвращается к передатчику с постоянной скоростью, близкой к скорости звука.

В верхней части волновода измерительная катушка или пьезокристалл обнаружит крутильную волну и преобразует ее в соответствующий электрический сигнал.

Одновременно останавливается таймер и вычисляется временная задержка от возбуждения волновода до приема соответствующей акустической волны.

По этой временной задержке, зная, что акустическая волна распространяется с постоянной скоростью, мы можем теперь вычислить положение поплавка.

Система измерения временного интервала аналогична принципу времени пролета в ультразвуковых датчиках уровня.

13. Принцип бесконтактного радара

Непрерывный частотно-модулированный сигнал (FMCW) и импульсный времяпролетный (ToF или PToF) — две технологии, используемые в современных измерениях уровня с помощью радаров.

Оба измерения являются бесконтактными, что означает, что инструмент не касается продукта внутри резервуара.

Импульсный метод измерения времени полета — самый старый из обоих методов, что не означает, что он менее эффективен, чем радар FMCW.

В импульсных радиолокационных системах антенна используется для излучения высокочастотной электромагнитной волны (называемой «импульсом») в течение очень короткого периода времени.

Импульс распространяется со скоростью света непосредственно к поверхности технологической среды и отражается от поверхности среды из-за изменения диэлектрической проницаемости.

Отраженный импульс возвращается к передатчику, который по прибытии измеряет временную задержку между излучаемым и принятым импульсом.

Именно это время задержки называется «временем полета».

Затем микропроцессор передатчика рассчитывает расстояние до поверхности среды по формуле:

Поскольку высота резервуара уже была запрограммирована в передатчике, уровень теперь можно найти, вычтя это расстояние из высоты резервуара.

Радар FMCW работает немного иначе.

Он отличается тем, что радар излучает и принимает непрерывную волну, и вместо измерения времени задержки он измеряет разницу в частоте между излучаемый и полученный сигнал.

Генератор радара передает линейную развертку частоты с фиксированной шириной полосы и временем развертки.

Проще говоря:

Излучаемая частота колеблется между двумя фиксированными значениями по прямой схеме, как треугольник, в течение фиксированного периода времени.

Когда электромагнитная волна ударяется о поверхность, она отражается обратно к датчику.

Входящее отражение принимается антенной и отправляется в смеситель для сравнения с сигналом, который передается в это время.

Разница в частоте между излучаемым и принимаемым сигналами пропорциональна времени полета и расстоянию до поверхности среды.

После того, как встроенный микропроцессор рассчитал расстояние до поверхности, становится легко определить уровень среды, поскольку высота резервуара уже запрограммирована.

Бесконтактные радарные уровнемеры могут быть оснащены различными типами антенн и могут работать на разных частотах.

14. Принцип волноводного радара

Волноводный радар (GWR) является последним изобретением в области радиолокационного измерения уровня, появившимся на рынке уже несколько лет назад, и имеет свои корни во временной области. рефлектометрия (TDR).

Технология TDR изначально была разработана для обнаружения трещин в подземных кабелях и, в частности, для измерения расстояния до трещины.

Датчики уровня

GWR теперь используют этот метод для измерения расстояния до поверхности жидкости (или твердого, сыпучего продукта).

Как это работает:

Антенна прибора имеет форму зонда (волновода) и погружена в технологическую среду. Его длина определяет диапазон измерения.

Высокочастотный электромагнитный импульс посылается от передатчика радара на волновод по направлению к поверхности измеряемого продукта.

Волны остаются близко к волноводу, следуя за зондом к поверхности.

Когда импульс попадает на поверхность продукта, значительная его часть отражается обратно вверх от зонда, а другая часть проникает в продукт.

Передатчик принимает отраженную волну и вычисляет временную задержку между сгенерированным и отраженным импульсом.

Результат этого расчета затем используется для расчета расстояния до поверхности.

15.Принцип действия лазерного уровнемера

Измерение расстояния с помощью лазера выполняется одним из следующих методов:

  • Лазеры импульсные
  • Лазеры непрерывного действия с частотной модуляцией
  • Триангуляционные лазеры

Хотя измерение уровня возможно с помощью всех трех методов, в промышленности используются только импульсные лазеры.

Это потому, что они лучше подходят для проникновения пыли и пара.

Непрерывные и триангуляционные лазеры больше подходят для измерений на малых расстояниях, при этом лазеры непрерывного действия используются в высокоточном лабораторном оборудовании и триангуляционные лазеры используются в приложениях для позиционирования и робототехнике.

Итак, поскольку мы говорим только о промышленных лазерных измерениях уровня, я объясню только импульсную лазерную технологию.

Принцип импульсного лазерного уровнемера снова основан на методе времени пролета.

Лазерный диод излучает световой импульс с очень острым углом луча менее 0,3 °.

Отражение от поверхности технологической среды улавливается приемником.

Очень точная схема синхронизации измеряет временную задержку между переданным и полученным импульсом и отправляет результат в микропроцессор, который вычисляет расстояние на поверхность по формуле:

Как только это расстояние известно, уровень можно определить по разнице между высотой резервуара и расстоянием до поверхности.

16. Принцип тензодатчика

Весоизмерительный датчик — это датчик силы для измерения веса. Его выходной сигнал пропорционален измеряемому весу.

Резервуары и силосы могут быть установлены на одном или нескольких тензодатчиках, чтобы можно было измерить их общий вес.

В основном существует три различных технологии, которые можно разделить на следующие категории:

  • Гидравлический
  • Пневматический
  • Электронный

В гидравлических и пневматических тензодатчиках используются прецизионные трубки Бурдона или датчики давления. чтобы дать представление о весе, в то время как электронные датчики веса используют различные методы для преобразования силы в электрические сигналы.

Электронный тензодатчик, а точнее тензодатчик, является наиболее часто используемым типом.

Для определения уровня необходимо сначала тарировать систему взвешивания с пустым резервуаром, чтобы измерялось только чистое содержимое резервуара.

Затем определяется уровень заполнения путем обработки данных измерений.

Преобразование в уровень заполнения возможно только при постоянной плотности продукта.

При расчете используется таблица обвязки, в которой вес и уровень попадают в пары по шагам.

Когда измеренный вес находится между двумя ступенями, уровень определяется интерполяцией.

17. Принцип измерения уровня ядер

На первый взгляд может показаться немного странным использование ядерной энергии для измерения чего-то столь же простого, как уровень продукта в сосуде.

Но иногда другого выхода нет.

Как еще вы могли бы измерить уровень продукта, который поступает в резервуар тангенциально, с высокой скоростью, создавая огромный вихрь внутри резервуара?

Обычно в таких приложениях над жидкостью создается разрежение, и они подвержены вибрациям.

Ваши возможности могут быть ограничены простым обнаружением минимального и максимального уровня или измерением уровня с помощью ядерного датчика уровня.

В нашем примере приложения измерение этого большого вихря фактически означает определение среднего уровня.

Итак, как мы можем измерить уровень с помощью ядерного источника?

Ядерный датчик уровня состоит из двух основных компонентов:

  • Радиоактивный источник
  • Детектор излучения

Оба компонента установлены снаружи резервуара, прямо напротив друг друга на противоположных сторонах резервуара.

Источник состоит из радиоактивного вещества, будь то цезий 137 или кобальт 60, и постоянно излучает гамма-лучи прямо через стенки сосуда. в направлении детектора излучения.

Когда резервуар пуст, детектор достигает большого количества радиации. Но когда уровень повышается, жидкий или твердый продукт будет ослаблять излучение. который достигает детектора.

Современные детекторы используют сцинтилляционную технологию для преобразования гамма-излучения в пропорциональное количество света, которое затем воспринимается фотоумножитель и преобразуется в электрический сигнал.

Какая технология решает вашу проблему?

В таблице ниже перечислены часто встречающиеся условия процесса, которые могут в большей или меньшей степени создавать проблемы для измерения уровня.

В зависимости от принципа действия, на котором основано измерение уровня, эта проблема будет большой, средней или отсутствующей.

Эта таблица должна дать вам общее представление о том, какую технологию выбрать для вашего приложения.

Легенда таблицы
Хорошо — у этой технологии практически нет проблем с этим состоянием
Умеренная — производительность может быть хуже, если не будут приняты специальные меры
Плохое — это состояние проблематично или невозможно исправить
Эта технология не подходит для измерения уровня твердых веществ
FMCW

90 060 2 9 0060
Условия процесса

Стеклянные уровнемеры

Поплавки

Буйковый уровнемер

Сервопривод

Кабель и груз

Магнитные указатели уровня

Резистивная цепь

Гидростатический

Барботер воздуха

Емкость

Ультразвуковой

Магнитострикционный

Бесконтактный радар импульсный

Бесконтактный радар

Laser

Весоизмерительные ячейки

Ядерная (гамма)

Легкая пена
Плотная пена
Поверхностная турбулентность 4 2 2 2 2 2 2 2 2
Перемешивание 2
Низкое давление в сосуде (вакуум) 7
Высокое давление в сосуде 7 6
Высокая температура процесса 6
Изменение плотности продукта 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
Диэлектрические изменения продукта 5 5 5
Препятствия внутри емкости 4
Шлам
Вязкий липкий продукт
Покрытие продукта 3
Коррозионный продукт
Пары
Твердые вещества
Пыль
CIP (очистка на месте) 6

Связанные темы

Основы измерения уровня | Принцип работы и типы

Основы измерения уровня

Измерение уровня — это метод измерения уровня поверхности внутри резервуара, реактора или сосуда.Для безопасности и рентабельности любых производственных процессов важно, чтобы на заводе была надежная и точная система измерения уровня.

Неправильное или несоответствующее измерение может привести к тому, что уровни в сосудах будут чрезмерно выше или ниже их измеренных значений. Низкий уровень может вызвать повреждение оборудования, в то время как высокий уровень может вызвать переполнение и потенциально создать проблемы безопасности и окружающей среды.

Измерение уровня — это измерение линейного расстояния по вертикали между опорной точкой основания емкости для выдержки и поверхностью материала в емкости для выдержки.

Почему измерение уровня важно?

Точное измерение уровня материала в резервуаре или сосуде имеет решающее значение для многих технологических процессов в сфере перевалки сыпучих материалов.

1. Инвентарь ⇒ Основная цель измерения уровня — измерить инвентарный запас, чтобы отслеживать материалы по объему или весу.

2. Эффективность процесса ⇒ Точное измерение уровня может повысить эффективность.

3. Безопасность ⇒ Неточные измерения могут вызвать проблемы, например, низкие уровни могут вызвать повреждение оборудования, а высокие уровни могут вызвать переполнение и потенциально создать проблемы безопасности.


Типы технологий измерения уровня

Исходя из методов измерения, Измерение уровня можно разделить в основном на две категории:

1. Измерение предельного уровня

Датчики предельного уровня измеряют предварительно заданные уровни жидкости, шлама или твердой среды при заданном заданном значении.Когда материал достигает заданного уровня, запускается вывод или индикация.

Датчиками, используемыми для измерения предельного уровня, являются переключатели емкостного зонда , механические поплавки, одноточечные и многоточечные переключатели уровня, переключатели с вращающейся лопастью, переключатели с вибрирующей вилкой, и т. Д. Это различные устройства измерения уровня.

2. Непрерывное измерение уровня

Датчики непрерывного измерения уровня контролируют уровень твердых и жидких веществ в резервуарах для хранения, резервуарах и других открытых / закрытых системах хранения.

Датчики, используемые для непрерывного измерения уровня: радарные датчики непрерывного действия, волноводные радарные датчики уровня, гидростатические преобразователи, ультразвуковые датчики уровня, магнитные и пневматические визуальные индикаторы уровня, и т. Д.


Измерение предельного уровня
Переключатели емкостных пробников

Переключатели емкостных датчиков представляют собой стержневые датчики, которые после установки в закрытые емкости или резервуары для хранения служат в качестве конденсатора.

Датчики емкости

наиболее широко используются в резервуарах для хранения жидкостей. Однако этот тип датчика используется в различных приложениях уровня резервуаров, таких как пищевое оборудование, мобильные контейнеры для жидкости и медицина.

Датчики уровня емкости

имеют некоторые преимущества, например,

⇒ Без механических или движущихся частей

⇒ Продолжительность жизни

.

⇒ Простая установка и замена в случае неисправности

⇒ Маленькие

Датчики уровня проводимости (сопротивления)

Электропроводность или сопротивление — это еще один тип датчика предельного уровня, который использует зонд для обнаружения изменений проводимости.

Зонд имеет пару электродов, которые подают небольшой переменный ток. Когда вокруг зонда находится жидкость, она вызывает протекание тока, который сигнализирует о высоком или низком уровне.

Преимущество датчиков уровня проводимости или сопротивления:

⇒ Простота конструкции

⇒ Надежность и низкая стоимость

⇒ Установка возможна в любой точке

⇒ Возможно многоточечное обнаружение

Поворотные лопастные переключатели

К валу датчика прикреплена вращающаяся лопасть.Электродвигатель приводит в движение вал, и вращающаяся лопасть свободно вращается в отсутствие материала. Двигатель установлен на вращающемся диске скользящей посадки, который соединен с пружиной.

Когда лопасть покрывается материалом, требование крутящего момента увеличивается, что приводит к растяжению пружины. Обнаружено растяжение пружины, и питание двигателя будет отключено до тех пор, пока лопасть не откроется от материала.

Датчик этого типа обычно используется для обнаружения твердых материалов.На срок службы датчика в основном влияют следующие факторы:

⇒ Износ от движения

⇒ Попадание пыли

.

Вибрационный датчик уровня (вилка камертона)

В вибрационных датчиках уровня используются две вилки, которые вибрируют с собственной резонансной частотой. Переключатель обычно устанавливается сбоку или сверху резервуара с помощью фланца.

В отсутствие материала камертоны вибрируют на своей собственной резонансной частоте, которая определяется схемой детектора.При покрытии материалом частота колебаний изменяется, что определяется схемой детектора.

Преимущество вибрационных вилочных переключателей уровня:

⇒ На них не влияют поток, пузырьки, пена

⇒ Экономичный и компактный размер

⇒ Простота установки


Непрерывное измерение уровня
Ультразвуковой датчик уровня

Ультразвуковые датчики уровня используют звуковые волны для определения уровня в закрытом резервуаре.Звуковая волна распространяется к объекту и отражается обратно к отправителю. Таким образом, мы можем назвать это одним из видов техники измерения уровня звука.

Время, пройденное ультразвуковыми импульсами, рассчитывается для измерения расстояния до объекта. Ультразвуковой датчик уровня обычно устанавливается сверху закрытого резервуара.

Преимущества ультразвуковых датчиков уровня:

⇒ Не имеет движущихся частей

⇒ Маленький по размеру

⇒ Очень надежный

⇒ Бесконтактное измерение

⇒ Самоочистка

Радарный датчик уровня

Радар также является датчиком уровня непрерывного действия и работает по тому же принципу, что и ультразвуковой датчик уровня.Ультразвуковой датчик уровня использует звуковые волны, тогда как радарный датчик уровня использует радиоволны. Это также один из видов техники измерения уровня звука.

Для измерения уровня жидкого или твердого материала сигналы радара передаются антенной радиолокационного прибора, расположенной в верхней части резервуара для хранения.

Этот радарный сигнал отражается от поверхности продукта и возвращается к антенне. Передатчик измеряет временную задержку между переданным и принятым сигналом, которая используется для измерения расстояния до объекта.

Преимущества радарных датчиков уровня такие как,

⇒ Высокая точность

.

⇒ Бесконтактная

⇒ Обнаруживает препятствия в желобах или прессах

⇒ Используется в труднодоступных местах


Сводка

В этой статье мы рассмотрели базовое измерение уровня и некоторые базовые датчики, используемые для измерения уровня.

Датчики

, такие как емкость, сопротивление, камертон и т. Д., Используются для измерения предельного уровня.В то время как ультразвуковые и оптические датчики уровня используются для непрерывного измерения уровня. Это все разные технологии измерения уровня.

Большое спасибо за чтение этой статьи. Если вам понравилась эта статья, поделитесь ею со своими друзьями и коллегами.

Вы можете прочитать больше статей о контрольно-измерительных приборах и найти книги, которые расширят ваши знания в области контрольно-измерительных приборов ⇒

Спасибо за чтение!

Принцип работы индикаторов уровня

— Inst Tools

Определение индикатора уровня

Указатели уровня — это устройства, используемые для измерения уровня жидкостей в различных промышленных приложениях.Эти приборы используются для определения уровня жидкости в емкостях, бочках. сосуды под давлением и т.д ..

Есть много индикаторов уровня для удовлетворения потребностей различных приложений. Обычно жидкости используются во многих формах в промышленных отраслях промышленности. Без соответствующих устройств будет очень сложно определить количество и уровень хранимой жидкости. Кроме того, в определенных ситуациях, когда природа жидкости опасна или место, в котором она хранится, имеет такой характер, что невозможно определить уровень вручную, тогда индикаторы уровня имеют первостепенное значение.

В зависимости от типа используемого приложения следует выбирать тип индикатора уровня. Например, в обрабатывающей промышленности трубчатые указатели уровня используются для лучшей визуальной индикации уровня жидкости. Если это для бесконтактного измерения уровня, то должны использоваться индикаторы радарного типа или ультразвуковые индикаторы.

Типы индикаторов уровня

Есть много разных типов индикаторов уровня, каждый со своим приложением.

  • Прозрачные указатели уровня очень полезны в химической промышленности и при производстве нефтехимических удобрений.Поскольку жидкость хранится при высоком давлении и высокой температуре, прозрачный индикатор уровня очень полезен для определения уровня жидкости.
  • Индикаторы уровня Reflex предназначены для приложений, связанных с высокой температурой, высоким давлением и использованием агрессивных жидкостей. Бесцветная жидкость, используемая в этом аппарате, обеспечивает лучшую четкость индикации уровня.
  • Магнитные указатели уровня — это красные повторители, которым требуются магнитные указатели уровня. Цилиндрические поплавки и мощные магниты используются для определения уровня жидкости.За перемещением поплавка следят магнитные капсулы, и, таким образом, отображается уровень. Индикаторы этого типа имеют хорошую видимость и абсолютно безопасны в использовании, так как содержат не хрупкую металлическую камеру.

Некоторыми другими указателями уровня для справки являются трубчатые указатели уровня, индикаторы уровня поплавка и борта, индикаторы потока через визирные указатели, индикаторы потока оконного типа, манометры и двухцветные индикаторы. Некоторые индикаторы уровня оснащены различными функциями, такими как встроенный контроллер, непрерывное измерение выходного сигнала и регулируемые переключатели аварийной сигнализации.

Прозрачный уровнемер

Принцип работы

Помимо указателей уровня со стеклянной трубкой, прозрачные указатели уровня всегда снабжены двумя пластинчатыми прозрачными стаканами, между которыми находится жидкость. Уровень жидкости указывается в результате разной прозрачности двух сред и, в некоторых случаях (для водяного пара), путем перемещения вверх на поверхность разделения (между жидкими и газообразными веществами) источника света, расположенного сзади. датчика, лучи которого полностью отражаются до наблюдателя.

Приложения

Прозрачные указатели уровня подходят почти для всех установок. Фактически разрешают:

  • Использование слюдяных экранов или экранов из политрифторхлорэтилена для защиты стекла от коррозионного воздействия технологической жидкости.
  • наблюдение за интерфейсом.
  • наблюдение жидкого цвета.

Этот прибор состоит из металлического корпуса с внутренней камерой и одним или несколькими передними окнами (с каждой стороны датчика).На каждое окно нанесено специальное высокопрочное прозрачное стекло с уплотнительным швом и металлическая накладка, удерживаемая болтами и гайками. Камера соединяется с емкостью крестовыми соединениями и фланцевыми, резьбовыми или приварными концами. Обычно между прибором и его соединительными концами устанавливают клапаны, чтобы разрешить запорный трубопровод и разобрать датчик уровня без опорожнения резервуара. Сливные клапаны также могут быть приспособлены к устройству перемычки.

Чтобы избежать утечки в случае разрушения стекла, предохранительный шаровой кран может быть предусмотрен в крестовинах или запорных клапанах.Такой индикатор подходит для воды / пара. Для защиты стеклянных поверхностей от коррозионного воздействия технологической жидкости прозрачные уровнемеры могут быть оснащены слюдяными или политрифторхлорэтиленовыми экранами. Этот вид индикатора подходит для бесцветных и очень текучих жидкостей.

В некоторых случаях (например, для воды / пара) наилучшие показания получаются при перемещении вверх по поверхности раздела (граница раздела жидкость / пар или пар) источника света, расположенного на задней стороне датчика, лучи которого полностью отражаются до наблюдателя.

Уровнемер Reflex

Принцип работы

Принцип действия стеклянных уровнемеров

основан на законах преломления и отражения света. В уровнемерах со стеклянным отражателем используются стекла, лицевая сторона которых прилегает к камере и имеет призматические канавки с углом сечения 90 °. Во время работы камера заполняется жидкостью в нижней зоне и газами или парами в верхней зоне; уровень жидкости отличается разной яркостью стекла в жидкости и в газовой / паровой зоне.Датчики уровня Reflex не нуждаются в особом освещении: достаточно дневного освещения. Только в ночное время необходимо обеспечить искусственное освещение.

Различная яркость в двух зонах получается, как описано ниже:

Жидкая зона

Эта зона выглядит довольно темной, когда датчик работает и освещается, как указано выше. С учетом конструкции, большинство световых лучей окружающей среды, падающих на внешнюю поверхность стекла, совершенно перпендикулярны указанной стороне и, следовательно, не отклоняются от стекло.Эти лучи достигают границы раздела стекло / жидкость под углом прибл. 45 °. Критический угол стекло / жидкость всегда превышает 45 °. Поэтому лучи, падающие в пределах критического угла (практически все), преломляются внутри жидкости, и, поскольку внутренние стенки измерительной камеры не отражают, лучи не видны снаружи. Фактически, зона будет казаться наблюдателю темной, почти черной.

Зона газ / пар

Эта зона кажется наблюдателю почти серебряной.Что касается жидкой зоны, световые лучи достигают границы раздела стекло / газ-пар под углом около 45 °. Поскольку этот угол больше, чем критический угол стекло / газ-пар, лучи не преломляются, а полностью отражаются, делая поворот на 90 °, таким образом, снова достигая ближайшей границы раздела стекло / газ-пар под углом 45 °. По той же причине они будут отражены и повернуты на 90 ° к наблюдателю, которому зона будет казаться серебряной.

Приложения

Стеклянные уровнемеры

Reflex могут использоваться в большинстве случаев и обладают большими преимуществами с точки зрения: низкой начальной стоимости, низких эксплуатационных расходов, легкости считывания уровня.

Уровнемеры

Reflex нельзя использовать в некоторых случаях, например:

  • , когда необходимо считывать уровень разделения между двумя жидкостями (граница раздела).
  • , когда помимо индикации уровня требуется наблюдение за цветом жидкости.
  • , когда технологическая среда представляет собой водяной пар под высоким давлением, поскольку в этом случае стекло необходимо защитить от растворяющего действия котловой воды с помощью слюдяных экранов.
  • , когда технологическая жидкость может вызвать коррозию стекла (например,грамм. высокотемпературные щелочные растворы или фтористоводородная кислота), поскольку для защиты стекла необходимо использовать экраны из ICA или политрифторхлорэтилен.

Магнитный уровнемер

Магнитный уровнемер — это прибор для считывания показаний уровня на любом предприятии или в любых условиях эксплуатации, обеспечивающий бесплатное обслуживание, профилактику утечек, экологическую безопасность, надежное и бесперебойное применение с химически агрессивными, загрязняющими, вредными или ядовитыми, легковоспламеняющимися или взрывчатыми веществами, оптически подобный интерфейс жидкости.

Принцип действия

Работа магнитного уровнемера основана на некоторых элементарных физических принципах:

  • Принцип, согласно которому жидкость в сообщающихся сосудах всегда находится на одном уровне
  • Принцип Архимеда, согласно которому тело, погруженное в жидкость, получает плавучесть, равную весу вытесненной жидкости.
  • Принцип притяжения между северным и южным полюсами двух постоянных магнитов и принцип отталкивания между одинаковыми полюсами.

Этот принцип имеет два применения в магнитном уровнемере:

  • сначала между магнитом в поплавке камеры и каждым магнитом индикаторной шкалы
  • секунда между магнитами индикаторной шкалы

Приложения

Диапазон применения очень широк и включает все ситуации, в которых используются жидкости:

  • при высоком давлении, при низкой или высокой температуре
  • при низком давлении, при низкой или высокой температуре
  • химически агрессивный
  • Загрязнение окружающей среды
  • вредно или ядовито для здоровья людей
  • легковоспламеняющиеся или взрывоопасные
  • с идентичными оптическими характеристиками наложенных фаз (интерфейс)

Дизайн

В состав магнитного уровнемера входят:

  • вертикальная камера, состоящая из трубы подходящего диаметра и толщины, содержащей поплавок, в которой постоянный магнит размещен точно на линии уровня жидкости
  • две горизонтальные патрубки для соединения с сосудом, содержащим жидкость, уровень которой мы хотим узнать
  • два запорных клапана (рекомендуется, но не обязательно) по одному на каждой патрубке, чтобы изолировать датчик уровня
  • — индикаторная шкала вне вертикальной камеры, состоящая из корпуса из немагнитного материала с прозрачной передней поверхностью, содержащего набор небольших постоянных магнитов, заключенных в маленькие цилиндры, которые могут вращаться вокруг своей горизонтальной оси.

Эти цилиндры имеют внешнюю поверхность двух разных цветов. В зависимости от ориентации каждого магнита (из-за действия магнита в поплавке) каждый цилиндр будет иметь внешнюю половину своей поверхности того или иного цвета.

Индикаторная шкала будет одного цвета (например, белого) на площади камеры, занятой газовой, паровой или паровой фазой, контрастирующей с другим цветом (например, красным) на площади камеры, занимаемой жидкой фазой. Аварийная сигнализация при повреждении поплавка.Три нижних цилиндра индикаторной шкалы расположены ниже, чем нижнее соединение магнитного указателя уровня. Они используются для контроля эффективности поплавка. При повреждении поплавка и его последующем погружении в жидкость эти три цилиндра показывают желтые поверхности. Эти указатели уровня очень подходят для считывания показаний границы раздела: поплавок указателя уровня должен только погрузиться в жидкость с более низким удельным весом и плавать в жидкости. имеющий более высокий удельный вес.

Reflex Level Gauge vs.Прозрачный уровнемер

Рефлекторный указатель уровня представляет собой цельный кусок стекла, который устанавливается на одной стороне емкости. Он плоский снаружи, с рядом призм внутри, обращенных к жидкости внутри сосуда. В рефлекторном уровнемере используется призматическое стекло для точного измерения уровня жидкости внутри емкости; когда свет попадает на стекло на той части стекла, которая не содержит жидкости, призма будет отражать свет непосредственно за пределы датчика.

Эта «сухая» область шкалы будет окрашена в серебристый цвет.Затем, когда свет падает на часть стекла, покрытую жидкостью, свет отражается от задней части камеры. Эта «мокрая» часть датчика будет отображать жидкость черным цветом. Два контрастирующих цвета образуют четкую очерченную линию, что позволяет просматривать и оценивать результаты измерения с расстояния в несколько ярдов.

Для рефлекторного уровнемера есть три варианта серии давления: низкий, средний и высокий. Самая низкая температура, которую могут выдержать рефлекторные датчики, составляет -20 градусов по Фаренгейту.

Прозрачный уровнемер отличается по конструкции и составу. Нетрубчатый прозрачный указатель уровня будет снабжен двумя пластинчатыми прозрачными стаканами; жидкость находится между двумя стаканами. Затем на уровень жидкости указывает разная прозрачность двух сред. Исключение составляют случаи, когда измеряется пар, который поднимается вверх по поверхности раздела между жидкостью и паром.

На задней стороне прозрачного указателя уровня находится источник света, лучи которого отражаются вниз к наблюдателю, чтобы можно было оценить или прочитать результат измерения.Прозрачный указатель уровня подходит почти для всех установок и позволяет использовать слюдяные экраны для превосходной защиты стекла (если окружающая среда является агрессивной, то вместо них следует использовать экраны Kel-F).

Переключатель уровня

: что это такое, как работает и какие основные типы?

Реле уровня может быть электронным или механическим (также называемым поплавковым выключателем), но он служит только одной цели — предупреждать нас, если обнаруживает присутствие продукта. Это помогает предпринять действия на основании этого предупреждения.

Как работает реле уровня?

В приложении уровней мы можем управлять процессом по-разному. Непрерывное приложение имеет передатчик, отправляющий онлайн-информацию в систему управления. В простом процессе мы могли бы использовать переключатель уровня для принятия мер, если у нас есть 50 или 100 процентов уровня.

Реле уровня сигнализирует системе, находится ли уровень измеряемого вещества в пределах ожидаемых параметров или нет. В противном случае система откроет клапан, запустит насос или предпримет другие действия для изменения уровня.

Защита оборудования путем объединения реле уровня и датчика уровня

Мы можем использовать реле уровня как дополнительный уровень защиты для чувствительного оборудования. Если датчик уровня, который мы используем в качестве первой линии измерения, выйдет из строя, и продукт выйдет за пределы своего надлежащего уровня, то реле уровня предупредит систему.

Незапланированные проблемы могут возникнуть на любом из ваших полевых устройств или, что еще хуже, устройство может неправильно измерять и привести к переполнению вашего резервуара.У вас должен быть план B, чтобы избежать переполнения или любой другой возможной проблемы, и переключатели уровня превосходно подходят для такого рода приложений. Фактически, он чаще всего используется для защиты другого оборудования.

Пока датчик уровня работает без проблем, реле уровня будет готово взять на себя управление ситуацией, избегая аварии или потери сырья. Кроме того, он добавляет еще один контроль включения / выключения. Реле уровня может быть дешевым и простым решением для вашего приложения.

Типы реле уровня

Вибровыключатель или вибровилка

Вибрирующая вилка работает по принципу камертона. У нас есть два зубца, которые вибрируют с собственной частотой. Когда продукт покрывает зубцы, частота падает. Затем устройство отправляет предупреждение об этом изменении.

Реле уровня емкости

В емкостном реле уровня используется тот же принцип, что и в устройствах непрерывного измерения уровня. Стенки зонда и резервуара действуют как пластины конденсатора, а продукт как диэлектрик.Если уровень достигает датчика, то емкость изменяется, и датчик отправляет свой сигнал.

Поплавковый выключатель

Поплавковый выключатель или поплавковый датчик уровня — это механический датчик уровня жидкостей, работающий с плавучестью. Вы можете найти один из них в унитазе! Когда ваш продукт достигает поплавка, датчик предупреждает систему о прекращении потока.

Применение реле уровня

Выбор подходящего реле уровня для конкретного применения может быть затруднительным. Необходимо учитывать такие факторы, как нарост или пена, текстура гранулированных или порошкообразных продуктов, окружающая среда, потребности в установке и многое другое.Итак, давайте посмотрим, какой переключатель уровня может вам подойти!

Датчик предельного уровня

Реле предельного уровня чрезвычайно универсальны. Во всех отраслях промышленности для защиты резервуаров и сосудов используются переключатели уровня: от продуктов питания до энергии, химикатов и т. Д. Реле уровня также может определять наличие или отсутствие продукта в трубопроводах.

Чтобы узнать больше о датчиках предельного уровня, вы можете прочитать нашу статью о датчиках предельного уровня и их типах

Забегая вперед, какой тип измерения угла наклона является наиболее надежным? Имеет ли значение, масло у нас или цемент?

Измерение уровня жидкости

Для большинства жидких продуктов мы можем использовать вибрационный, емкостной или токопроводящий переключатель.Но нам понадобится больше параметров, таких как тип жидкости, плотность, вязкость и проводимость.

Вода, жидкость с проводимостью более 50 000 микросименс на сантиметр, может использовать любой из трех переключателей, упомянутых выше. Для масла вибрационный переключатель становится лучшим выбором, потому что масло блокирует больше вибраций. Однако и здесь мы можем использовать токопроводящий переключатель.

Мед, очень вязкая жидкость, имеет тенденцию накапливаться на датчиках, поэтому емкостные и токопроводящие переключатели работают лучше всего в ней.Эти переключатели обладают функцией самоочистки, поэтому они хорошо подходят для других продуктов, которые накапливаются.

Измерение твердого уровня

Для сыпучих продуктов, сыпучих материалов или порошкообразных продуктов у вас есть выбор, например, вибронные, емкостные и лопастные переключатели.

Цемент, пшеничная мука, мелкий порошок представляют собой твердый порошок текстурированной формы с плотностью менее 3 г / см3. И мы можем использовать вибронный, емкостной или лопастной переключатель, как упоминалось выше.

Солифант Т FTM21 Вибронный датчик предельного уровня для сыпучих продуктов

Хотите узнать больше о видах бесконтактного измерения уровня?

Заключение

Переключатели вибрации хорошо работают во многих приложениях, потому что они не зависят от физических изменений.Емкостные переключатели отлично работают с небольшими резервуарами, процессами с большими отложениями, высокотемпературными продуктами, а также санитарными требованиями и требованиями CIP.

Найдите и купите переключатель уровня, подходящий для вашего применения, в нашем интернет-магазине

Если вы хотите узнать больше о переключателях уровня, вы можете связаться с нашими инженерами , и мы будем рады помочь.

Принцип работы поплавковых датчиков уровня ~ Изучение контрольно-измерительной техники

Датчики уровня буйка используют принцип Архимеда для определения уровня жидкости путем непрерывного измерения веса стержня буйка, погруженного в технологическую жидкость.Вытеснитель имеет цилиндрическую форму с постоянной площадью поперечного сечения и может быть выполнен длинным или коротким по мере необходимости. Стандартные высоты колеблются от 14 дюймов до 120 дюймов. По мере увеличения уровня жидкости стержень буйка испытывает большую выталкивающую силу, что делает его более легким для измерительного прибора, который интерпретирует потерю веса как повышение уровня и передает пропорциональный выходной сигнал. По мере снижения уровня жидкости выталкивающая сила на стержне буйка уменьшается с соответствующим увеличением веса, что интерпретируется датчиком уровня как уменьшение уровня, который затем выдает соответствующий выходной сигнал.


Хотя основная теория работы была изложена выше, в практическом поплавковом датчике уровня конструкция спроектирована для достижения желаемой цели измерения с помощью сложной электронной схемы. В этих типах буйковых датчиков уровня буйковый уровнемер прикреплен к пружине, которая ограничивает его движение для каждого приращения плавучести (т. Е. Изменения уровня). Датчик, включающий линейно-регулируемый дифференциальный трансформатор (LVDT), используется для отслеживания подъема и опускания стержня буйка при изменении уровня жидкости.Затем используется сложная электроника для преобразования сигнала напряжения от LDVT в выходной сигнал 4-20 мА.

Принцип Архимеда, применяемый к буйку
Согласно принципу Архимеда, выталкивающая сила, действующая на погруженный объект, всегда равна весу объема жидкости, вытесняемой этим объектом.
Предположим, что в буйковом датчике уровня имеется цилиндрический стержень буйка плотностью ρ , радиусом r , длиной л и технологической жидкостью плотностью У .2Lg (ρ — У) = Vg (ρ — У) $
Как видно выше, вес нетто, измеренный LVDT, пропорционален разнице в плотности стержня буйка ( ρ ) и плотности технологической жидкости ( )
Следовательно, стержень буйка должен иметь более высокий удельный вес, чем удельный вес измеряемого уровня жидкости, и должен быть откалиброван по удельному весу жидкости. Типичный диапазон удельного веса жидкостей, в которых применяется буйковый датчик уровня, находится в диапазоне 0.2L ρ g $
LVDT регистрирует сигнал напряжения на минимальном уровне емкости и выдает соответствующий сигнал. Длина буйка определяется указанным рабочим диапазоном (диапазоном), удельным весом, давлением и температурой технологической жидкости. Диаметр и вес рассчитываются на заводе-изготовителе для обеспечения правильной работы и обеспечения точного выходного сигнала 4-20 мА.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *