Nivåkontroll i industrielle automasjonssystemer
Mange automasjonssystemer krever nivåmåling. Og det er mange bransjer hvor nivåmåling er nødvendig. I dag er det mange nivåsensorer som lar deg måle mange fysiske mengder relatert til mengden i tanken av et bestemt materiale.
De første nivå 1-sensorene fungerte bare med væsker, men nå, takket være fremskritt, finnes det sensorer for bulkmaterialer. Nivåmålere og nivåbrytere lar deg kontinuerlig overvåke nivået og kontrollere om materialet når spesifisert nivå. I denne artikkelen vil vi fokusere på typene moderne nivåmålere.
I dag kan nivåsensorer arbeide med både væsker og bulkmaterialer og til og med gasser, og materialet kan plasseres både i beholderen og i rørledningen. Sensorer er delt inn i kontakt og ikke-kontakt, og i henhold til installasjonsmetoden kan de designes for installasjon enten i kroppen til en rørledning eller beholder med det målte materialet, eller over det målte materialet.
Sensorene på første nivå fungerte etter det enkle prinsippet om en flottør og brukte en metode for å lukke kontakter med materiale. Nå har sensorene gjennomgått forbedringer, de inneholder kretser i utformingen som gir en rekke tilleggsfunksjoner, som å måle volum, strømningshastighet, signalisere når grensen er nådd, etc. Måleresultatene kan behandles og lagres.
Enten industrien håndterer flytende, tyktflytende, gassformige, frittflytende, klebrige, deigaktige materialer, er det alltid riktig nivåsensor for det rette miljøet. Vann, løsning, alkali, syre, olje, olje, drivstoff og smøremidler, plastgranulat — bruksomfanget er veldig bredt, og sensorer basert på forskjellige fysiske prinsipper lar deg velge den som passer for spesifikke forhold og for nesten enhver oppgave.
Sensormaskinvaren består av to deler: selve sensoren og datavisualiseringsverktøyet. Kontakt- og berøringsfrie sensorer, konstant endring og grensesporing — utvalget av sensorfunksjoner i dag er ganske rikt.
Type sensor du velger bestemmes av spesifikasjonene til den industrielle prosessen og miljøet som sensoren skal fungere i. Med visualiseringsverktøy kan måleprosessen generere grafer for å analysere informasjon på produktnivå, noe som i stor grad letter automatisering.
Nivåmålere brukes for kontinuerlig overvåking av nivået av bulkmaterialer eller væsker i naturlige og kunstige reservoarer. De måler nivået med en oppløsning på noen millisekunder til titalls sekunder.
De brukes til å overvåke nivået av vandige løsninger, syrer, baser, alkoholer, etc., samt bulkmaterialer.De er kontakt og ikke-kontakt, og i henhold til fysiske prinsipper er de helt forskjellige. La oss se på hver type mer detaljert.
Mikrobølgeradarnivåmålere
De brukes til kontinuerlig overvåking av nivået, de er universelle. Verket bruker fenomenet refleksjon av en elektromagnetisk bølge fra grensesnittet mellom to medier. Frekvensen til bølgene er fra 6 til 95 GHz, og jo høyere den er, jo lavere er den den dielektriske konstanten målt materiale, for eksempel for petroleumsprodukter, bør frekvensen på bølgene være maksimal. Men dielektrisitetskonstanten bør ikke være høyere enn 1,6.
Siden sensoren fungerer som en radar, er den ikke redd for forstyrrelser, og den høye frekvensen til bølgene minimerer den parasittiske påvirkningen av trykk og temperatur i fartøyet. Radarsensorer med så høye driftsfrekvenser er immune mot støv, damp og skum.
Avhengig av type og størrelse på sensorantennen, kan enhetens nøyaktighet variere. Jo større og bredere antennen er, jo sterkere og mer nøyaktig vil signalet være, jo høyere rekkevidde, jo bedre oppløsning. Nøyaktigheten til mikrobølgeradarsensorer er innenfor 1 mm, de kan fungere ved temperaturer opp til +250 ºС og måle nivået opp til 50 m.
Radarnivåmålere brukes i mange bransjer der bulkmaterialer håndteres: innen konstruksjon, trebearbeiding, i kjemisk industri, i næringsmiddelindustrien, i produksjon av plast, glass og keramikk. De kan også brukes til å måle væskenivået.
Akustiske måleinstrumenter
Det brukes akustiske bølger som, når de reflekteres av det observerte stoffet, mottas og behandles.Programvaren filtrerer det ønskede signalet ved å oppdage falske ekko.
Signalet sendes med en kraftig puls, så tap og demping er minimale. Avhengig av temperaturen blir signalet kompensert og nøyaktigheten forblir høy, innen en kvart prosent. Sensoren monteres vertikalt eller i vinkel. Endringsnivået kan være opptil 60 meter. Driftstemperatur opp til +150 ºС. Eksplosjons-sikker.
Akustiske manometre brukes i mange bransjer, fra automatiseringssystemer for kranlasting og overvåking av kloakknivå i septiktanker, til sjokoladeproduksjon.
Ultralydnivåmålere
Ultralydvibrasjoner reflektert fra grensesnittet mellom de to mediene mottas og tidsintervallet mellom øyeblikket signalet sendes og mottas måles. Diskretiteten er noen få sekunder, dette skyldes den begrensede hastigheten til lyden i luften. Maksimalt målenivå når 25 meter.
Programvaren lar deg forhåndskonfigurere sensoren til å slå seg av i perioden når en eller annen mekanisme passerer under den, for eksempel et røreblad. Det er mulig å styre sensoren fra en datamaskin. Installert vertikalt over materialet eller i vinkel. Nøyaktighet innen en kvart prosent. Driftstemperatur opp til +90 ºС. Eksplosjons-sikker.
Ultralydnivåmålere brukes til å overvåke nivået av bulkmaterialer i mange områder, fra sementanlegg til kjemisk industri og næringsmiddelindustri.
Hydrostatiske nivåmålere
Mål væsketrykket i bunnen av beholderen. Deformasjonen av det følsomme elementet konverteres til et elektrisk signal. Ved måling av differansetrykk er det nødvendig med en kobling til atmosfæren.Egnet til arbeid med vann og andre ikke-aggressive væsker, til pastaer osv. Den kan fungere både i åpne og lukkede rom, i bassenger, brønner osv.
Mengden trykk avhenger av væskens tetthet og volumet i tanken, av høyden på væskekolonnen. Nivåmåleren kan være nedsenkbar eller vanlig - enten fjernes et kapillarrør for kontakt med atmosfæren, eller så kuttes senderen direkte i bunnen av tanken.
Under installasjonen er det nødvendig å utelukke falsk fiksering av trykket til væskestrømmen når den pumpes inn i tanken. Nøyaktighet innen en kvart prosent. Driftstemperatur opp til +125 ºС.
Hydrostatiske nivåmålere er mye brukt i kjemisk industri i tanker, i boliger og fellestjenester i brønner, i næringsmiddelindustrien er de utstyrt med beholdere med flytende produkter, i metallurgi, i farmasøytisk industri, i petroleumsindustrien, etc.
Kapasitive nivåmålere
Sensorsonden og den ledende tankveggen danner en kondensatorplater… I stedet for en ledende vegg, kan et spesielt rør brukes til å montere på sondesonden eller en andre separat jordet sonde. Stoffet mellom platene fungerer som kondensatorens dielektrikum - luft eller materiale hvis nivå overvåkes.
Åpenbart, når tanken er fylt, vil den elektriske kapasiteten til kondensatoren gradvis endres. Med en tom tank vil den elektriske kapasiteten ha en viss verdi, og i prosessen med luftforskyvning vil den endre seg. Å øke produktet i tanken endrer kapasitansen til kondensatoren dannet av sensoren og tanken.
Sensorelektronikken konverterer endringen i kapasitans til en endring i nivå.Hvis formen på tanken er uvanlig, brukes en andre sonde, siden platene til den dannede kondensatoren må være plassert vertikalt. Maksimalt nivå når 30 meter. Nøyaktigheten er ikke mindre enn en tredjedel av en prosent. Driftstemperatur opp til +800 ºС, avhengig av modell. Forsinkelsestiden er justerbar.
Kapasitive nivåsensorer brukes hovedsakelig til å overvåke væskenivået i mange områder der det er nødvendig å opprettholde et visst nivå av produktet: i produksjon av drikkevarer, husholdningskjemikalier, i vannproduksjonsanlegg, i landbruket, etc. .
Magnetiske nivåmålere
Det er en permanent magnet flyte på driveren. Magnetisk følsomme brytere er installert inne i driveren. Den sekvensielle betjeningen av bryterne ved fylling eller tømming av tanken fører til at strømmen endres i individuelle deler.
Prinsippet er så enkelt at disse nivåmålerne ikke krever justering og er derfor billige og populære. Begrensninger introduseres bare av væskens tetthet. Driftstemperatur opp til +120 ºС. Skiftgrensen er 6 meter.
Det magnetiske manometeret er en kostnadseffektiv løsning for væskenivåmåling i mange bransjer.
Mikrobølgerefleksmålere
I motsetning til radarmåleapparater, forplanter bølgen seg her ikke i friluft, men langs sonden til enheten, som kan være et tau eller en pinne. Bølgepulsen gjennomgår refleksjon fra grensesnittet mellom to medier med forskjellige dielektriske konstanter og går tilbake, og tiden mellom overføringsøyeblikket og mottaksøyeblikket fastsettes av elektronikken og konverteres til en nivåverdi.
Bruken av en bølgeleder unngår den parasittiske effekten av støv, skum, koking, samt påvirkning av omgivelsestemperaturen. Dielektrisitetskonstanten til det målte mediet må ikke være lavere enn 1,3e.
Reflektornivåmålere kan brukes der radar ikke kan fungere på grunn av strålingsmønsteret, for eksempel i smale høye tanker. Målegrense 30 meter. Driftstemperatur opp til +200 ºС. Nøyaktighet innenfor 5 mm.
Refleks mikrobølgenivåsendere kan brukes til å kontinuerlig overvåke nivået av ikke-ledende og ledende væsker og faste stoffer, samt til å måle deres masse og volum. Gjelder i mange bransjer.
Bypass nivåsendere
En målesøyle er plassert på siden av fartøyet. Væsken fyller røret og nivået måles. Prinsippet for fartøykommunikasjon. En magnet flyter på overflaten av væsken i røret, og nær røret flyter en magnetostriktiv sensor som konverterer avstanden til magneten til et strømsignal.
Røret har indikatorplater i forskjellige farger som endrer posisjon under påvirkning av magnetens magnetfelt. På grunn av det faktum at væsken ikke kommer i kontakt med det ytre miljøet, er bypass-sendere anvendelige i næringsmiddel- og farmasøytisk industri. Målenivåbegrensning til 3,5 meter. Nøyaktighet innenfor 0,5 mm. Driftstemperatur opp til +250 ºС.
Bypass-måleenheter er anvendelige når visuell kontroll av væskenivået er nødvendig: i termisk kraftindustri, i kjemisk industri, i boligsektoren, i elektrisitetsindustrien, i næringsmiddelindustrien og i olje- og gassindustrien.
Magnetostriktive nivåsendere
Den fleksible eller stive føringen inneholder en flottør med innebygd magnet. En bølgeleder er plassert langs lederen, rundt hvilken et radialt magnetfelt eksiteres av strømpulser gjennom spolen. Når dette magnetfeltet kolliderer med magnetfeltet til flottørens permanentmagnet, gjennomgår den magnetostriktive bølgelederen svært dynamisk plastisk deformasjon.
Som et resultat av denne deformasjonen forplanter ultralydbølgen seg langs bølgelederen og festes av en elektronisk transduser i den ene enden. Sammenligningen i øyeblikket av triggerpulsen og tidspunktet for forekomsten av deformasjonspulsen bestemmer plasseringen av flottøren. Målenivågrensen når 15 meter. Nøyaktighet innen 1 mm. Driftstemperatur opp til +200 ºС.
Magnetostriktive manometre brukes i kjemisk industri for å overvåke nivået av skummende væsker, i næringsmiddelindustrien og i metallurgi for å overvåke nivået av flytende matvarer og drivstoff.
Mange nivåmålere
En last festes til en kabel eller tape viklet på en trommel. Når sensoren installeres på tankdekselet, blir det mulig å redusere belastningen i tanken. Den elektriske motoren roterer trommelen og lasten går nedover kabelen. Når vekten berører overflaten av materialet som skal måles, løsnes spenningen i tauet og dette signaliserer nivået på materialet. Tauet slynger seg rundt trommelen igjen, og løfter lasten opp igjen.
Elektronikken beregner nivået basert på antall omdreininger på trommelen. For påvisning av stoffer med en tetthet på 20 kg per m3 er en slik sensor egnet. Målenivåbegrensning til 40 meter.Nøyaktighet fra 1 til 10 cm, avhengig av modifikasjonen. Måleintervallet settes av brukeren og kan være fra 6 minutter til 100 timer. Driftstemperatur opp til +250 ºС.
Multi-batch-målere brukes i ulike bransjer for å kontrollere nivået av bulkmaterialer i automatiserte systemer.