Nivåkontroll i industriella automationssystem
Många automationssystem kräver nivåmätning. Och det finns många branscher där nivåmätning behövs. Idag finns det många nivåsensorer som låter dig mäta många fysiska storheter relaterade till mängden i tanken av ett visst material.
De första nivå ett-sensorerna fungerade bara med vätskor, men nu, tack vare framstegen, finns det sensorer för bulkmaterial. Nivåmätare och nivåbrytare låter dig kontinuerligt övervaka nivån och kontrollera om materialet når den angivna nivån. I den här artikeln kommer vi att fokusera på typerna av moderna nivåmätare.
Idag kan nivåsensorer arbeta med både vätskor och bulkmaterial och även gaser och materialet kan placeras både i behållaren och i rörledningen. Sensorer är uppdelade i kontakt och icke-kontakt, och enligt installationsmetoden kan de designas för installation antingen i kroppen av en rörledning eller behållare med det uppmätta materialet eller ovanför det uppmätta materialet.
Sensorerna på första nivån arbetade på den enkla principen om en flottör och använde en metod för att stänga kontakter med material. Nu har sensorerna genomgått förbättringar, de innehåller kretsar i sin design som ger en rad tilläggsfunktioner som att mäta volym, flöde, signalera när gränsen är nådd m.m. Mätresultaten kan bearbetas och lagras.
Oavsett om industrin hanterar flytande, trögflytande, gasformiga, friflytande, klibbiga, degiga material, finns det alltid rätt nivåsensor för rätt miljö. Vatten, lösning, alkali, syra, olja, olja, bränslen och smörjmedel, plastgranulat — tillämpningsområdet är mycket brett, och sensorer baserade på olika fysikaliska principer låter dig välja den som är lämplig för specifika förhållanden och för nästan alla uppgifter.
Sensorns hårdvara består av två delar: själva sensorn och verktyget för datavisualisering. Kontaktsensorer och beröringsfria sensorer, konstant förändring och gränsspårning — utbudet av sensorfunktioner idag är ganska rikt.
Vilken typ av sensor du väljer bestäms av detaljerna i den industriella processen och miljön där sensorn kommer att fungera. Med visualiseringsverktyg kan mätprocessen generera grafer för att analysera information på produktnivå, vilket i hög grad underlättar automatisering.
Nivåmätare används för kontinuerlig övervakning av nivån av bulkmaterial eller vätskor i naturliga och konstgjorda reservoarer. De mäter nivån med en upplösning på några millisekunder till tiotals sekunder.
De används för att övervaka nivån av vattenlösningar, syror, baser, alkoholer, etc., såväl som bulkmaterial.De är kontakt och icke-kontakt, och enligt fysiska principer är de helt olika. Låt oss titta på varje typ mer detaljerat.
Mikrovågsradarnivåmätare
De används för kontinuerlig övervakning av nivån, de är universella. Verket använder fenomenet reflektion av en elektromagnetisk våg från gränssnittet mellan två medier. Frekvensen på vågorna är från 6 till 95 GHz, och ju högre den är desto lägre är den dielektriska konstanten uppmätt material, till exempel för petroleumprodukter, bör vågfrekvensen vara maximal. Men dielektricitetskonstanten bör inte vara högre än 1,6.
Eftersom sensorn fungerar som en radar är den inte rädd för störningar, och vågornas höga frekvens minimerar den parasitära påverkan av tryck och temperatur i fartyget. Radarsensorer med så höga driftsfrekvenser är immuna mot damm, ånga och skum.
Beroende på typ och storlek på sensorantennen kan enhetens noggrannhet variera. Ju större och bredare antennen är, desto starkare och mer exakt blir signalen, desto högre räckvidd, desto bättre upplösning. Noggrannheten hos mikrovågsradarsensorer är inom 1 mm, de kan arbeta vid temperaturer upp till +250 ºС och mäta nivån upp till 50 m.
Radarnivåmätare används i många industrier där bulkmaterial hanteras: inom konstruktion, träbearbetning, inom den kemiska industrin, inom livsmedelsindustrin, vid tillverkning av plast, glas och keramik. De är också användbara för att mäta nivån av vätskor.
Akustiska mätinstrument
Akustiska vågor används, som, när de reflekteras av det observerade ämnet, tas emot och bearbetas.Programvaran filtrerar den önskade signalen genom att detektera falska ekon.
Signalen sänds med en kraftfull puls, så förluster och dämpning är minimala. Beroende på temperaturen kompenseras signalen och noggrannheten förblir hög, inom en kvarts procent. Sensorn monteras vertikalt eller i vinkel. Förändringsnivån kan vara upp till 60 meter. Driftstemperatur upp till +150 ºС. Explosionssäker.
Akustiska manometrar används i många industrier, från automatiseringssystem för kranlastning och system för övervakning av avloppsnivåer i septiktankar, till chokladtillverkning.
Ultraljudsnivåmätare
Ultraljudsvibrationer som reflekteras från gränssnittet mellan de två medierna tas emot och tidsintervallet mellan det att signalen skickas och tas emot mäts. Diskretiteten är några sekunder, detta beror på den ändliga ljudhastigheten i luft. Den maximala mätnivån når 25 meter.
Programvaran låter dig förkonfigurera sensorn så att den stängs av under den period då någon mekanism passerar under den, till exempel ett omrörarblad. Det är möjligt att styra sensorn från en dator. Installeras vertikalt ovanför materialet eller i vinkel. Noggrannhet inom en kvarts procent. Driftstemperatur upp till +90 ºС. Explosionssäker.
Ultraljudsnivåmätare används för att övervaka nivån av bulkmaterial i många områden, från cementfabriker till kemi- och livsmedelsindustrin.
Hydrostatiska nivåmätare
Mät vätsketrycket i botten av behållaren. Deformationen av det känsliga elementet omvandlas till en elektrisk signal. Vid mätning av differenstryck krävs en anslutning till atmosfären.Lämplig för arbete med vatten och andra icke-aggressiva vätskor, för pastor etc. Den kan fungera både i öppna och slutna rum, i pooler, brunnar m.m.
Mängden tryck beror på vätskans densitet och dess volym i tanken, på vätskekolonnens höjd. Nivåmätaren kan vara nedsänkbar eller vanlig - antingen tas ett kapillärrör bort för kontakt med atmosfären, eller så skärs sändaren direkt i botten av tanken.
Under installationen är det nödvändigt att utesluta falsk fixering av vätskeflödets tryck när det pumpas in i tanken. Noggrannhet inom en kvarts procent. Drifttemperatur upp till +125 ºС.
Hydrostatiska nivåmätare används ofta i den kemiska industrin i tankar, i bostäder och kommunala tjänster i brunnar, i livsmedelsindustrin är de utrustade med behållare med flytande produkter, inom metallurgi, inom läkemedelsindustrin, i petroleumindustrin, etc.
Kapacitiva nivåmätare
Sensorsonden och den ledande tankväggen bildar en kondensatorplattor… Istället för en ledande vägg kan ett speciellt rör användas för att montera på sonden eller en andra separat jordad sonde. Ämnet mellan plattorna fungerar som kondensatorns dielektrikum - luft eller material vars nivå övervakas.
Uppenbarligen, när tanken är fylld, kommer kondensatorns elektriska kapacitet gradvis att förändras. Med en tom tank kommer den elektriska kapaciteten att ha ett visst värde, och i processen med luftförskjutning kommer den att förändras. Genom att öka produkten i tanken ändras kapacitansen hos kondensatorn som bildas av sensorn och tanken.
Sensorelektroniken omvandlar förändringen i kapacitans till en förändring i nivå.Om formen på tanken är ovanlig, används en andra sond, eftersom plattorna på den bildade kondensatorn måste placeras vertikalt. Den maximala nivån når 30 meter. Noggrannheten är inte mindre än en tredjedel av en procent. Driftstemperatur upp till +800 ºС, beroende på modell. Fördröjningstiden är justerbar.
Kapacitiva nivåsensorer används huvudsakligen för att övervaka vätskenivån i många områden där det är nödvändigt att upprätthålla en viss nivå av produkten: vid produktion av drycker, hushållskemikalier, i vattenproduktionsanläggningar, inom jordbruket, etc. .
Magnetiska nivåmätare
Det finns en permanentmagnet på föraren. Magnetiskt känsliga omkopplare är installerade inuti drivrutinen. Den sekventiella driften av omkopplarna vid fyllning eller tömning av tanken gör att strömmen ändras i enskilda delar.
Principen är så enkel att dessa nivåmätare inte kräver justering och därför är billiga och populära. Begränsningar införs endast av vätskans densitet. Drifttemperatur upp till +120 ºС. Skiftgränsen är 6 meter.
Den magnetiska manometern är en kostnadseffektiv lösning för vätskenivåmätning i många industrier.
Mikrovågsreflexmätare
Till skillnad från radarmätapparater fortplantar sig vågen här inte i det fria, utan längs enhetens sond, som kan vara ett rep eller en pinne. Vågpulsen genomgår reflektion från gränssnittet mellan två medier med olika dielektriska konstanter och går tillbaka, och tiden mellan sändningsögonblicket och mottagningsögonblicket fixeras av elektroniken och omvandlas till ett nivåvärde.
Användningen av en vågledare undviker den parasitiska effekten av damm, skum, kokning, såväl som påverkan av omgivningstemperaturen. Den dielektriska konstanten för det uppmätta mediet får inte vara lägre än 1,3e.
Reflektornivåmätare kan användas där radarn inte kan fungera på grund av strålningsmönstret, till exempel i smala höga tankar. Mätgräns 30 meter. Drifttemperatur upp till +200 ºС. Noggrannhet inom 5 mm.
Reflex mikrovågsnivåsändare kan användas för att kontinuerligt övervaka nivån av icke-ledande och ledande vätskor och fasta ämnen, samt för att mäta deras massa och volym. Tillämplig i många branscher.
Bypass nivåsändare
En mätpelare är placerad på sidan av kärlet. Vätskan fyller röret och dess nivå mäts. Principen för fartygskommunikation. En magnet flyter på ytan av vätskan i röret, och nära röret flyter en magnetostriktiv sensor som omvandlar avståndet till magneten till en strömsignal.
Röret har indikatorplattor i olika färger som ändrar sin position under påverkan av magnetens magnetfält. På grund av det faktum att det inte finns någon kontakt mellan vätskan och den yttre miljön, är bypass-sändare användbara inom livsmedels- och läkemedelsindustrin. Mätnivåbegränsning till 3,5 meter. Noggrannhet inom 0,5 mm. Drifttemperatur upp till +250 ºС.
Bypass-mätanordningar är tillämpliga när visuell kontroll av vätskenivån krävs: inom värmekraftindustrin, i den kemiska industrin, i bostadssektorn, inom elindustrin, inom livsmedelsindustrin och inom olje- och gasindustrin.
Magnetostriktiva nivåsändare
Den flexibla eller styva styrningen innehåller en flottör med inbyggd magnet. En vågledare är placerad längs ledaren, runt vilken ett radiellt magnetfält exciteras av strömpulser genom spolen. När detta magnetfält kolliderar med magnetfältet hos flottörens permanentmagnet, genomgår den magnetostriktiva vågledaren en mycket dynamisk plastisk deformation.
Som ett resultat av denna deformation utbreder sig ultraljudsvågen längs vågledaren och fixeras av en elektronisk givare i ena änden. Jämförelsen under tidpunkten för utlösningspulsen och tidpunkten för uppkomsten av deformationspulsen bestämmer platsen för flottören. Mätnivågränsen når 15 meter. Noggrannhet inom 1 mm. Drifttemperatur upp till +200 ºС.
Magnetostriktiva manometrar används inom den kemiska industrin för att övervaka nivån av skummande vätskor, inom livsmedelsindustrin och inom metallurgi för att övervaka nivån av flytande livsmedel och bränslen.
Många nivåmätare
En last fästs på en kabel eller tejp lindad på en trumma. När sensorn installeras på tanklocket blir det möjligt att minska belastningen i tanken. Elmotorn roterar trumman och lasten går ner i kabeln. När vikten nuddar ytan på materialet som ska mätas släpps spänningen i repet och detta signalerar nivån på materialet. Repet slingrar sig runt trumman igen och lyfter upp lasten igen.
Elektroniken beräknar nivån utifrån antalet varv på trumman. För detektering av ämnen med en densitet på 20 kg per m3 är en sådan sensor lämplig. Mätnivåbegränsning till 40 meter.Noggrannhet från 1 till 10 cm, beroende på modifiering. Mätintervallet ställs in av användaren och kan vara från 6 minuter till 100 timmar. Drifttemperatur upp till +250 ºС.
Multi-batch-mätare används i olika industrier för att kontrollera nivån av bulkmaterial i automatiserade system.