Kontrola poziomu w systemach automatyki przemysłowej

Wiele systemów automatyki wymaga pomiaru poziomu. Istnieje wiele gałęzi przemysłu, w których potrzebny jest pomiar poziomu. Obecnie istnieje wiele czujników poziomu, które pozwalają mierzyć wiele wielkości fizycznych związanych z ilością w zbiorniku określonego materiału.

Czujniki pierwszego poziomu działały tylko z cieczami, ale teraz, dzięki postępowi, dostępne są czujniki do materiałów sypkich. Mierniki poziomu i sygnalizatory poziomu umożliwiają ciągłe monitorowanie poziomu i kontrolowanie, czy materiał osiąga określony poziom. W tym artykule skupimy się na rodzajach nowoczesnych mierników poziomu.

Obecnie czujniki poziomu mogą pracować zarówno z cieczami, jak i materiałami sypkimi, a nawet gazami, a materiał może znajdować się zarówno w zbiorniku, jak iw rurociągu. Czujniki dzielą się na stykowe i bezdotykowe, aw zależności od sposobu montażu mogą być przeznaczone do montażu w korpusie rurociągu lub pojemnika z mierzonym materiałem lub nad mierzonym materiałem.

Czujniki pierwszego stopnia działały na prostej zasadzie pływaka i wykorzystywały metodę zamykania styków z materiałem. Teraz czujniki przeszły ulepszenia, zawierają w swojej konstrukcji obwody, które zapewniają szereg dodatkowych funkcji, takich jak pomiar objętości, natężenia przepływu, sygnalizacja przekroczenia limitu itp. Wyniki pomiarów mogą być przetwarzane i przechowywane.

Niezależnie od tego, czy branża ma do czynienia z materiałami płynnymi, lepkimi, gazowymi, sypkimi, lepkimi, o konsystencji pasty, zawsze istnieje odpowiedni czujnik poziomu dla odpowiedniego środowiska. Woda, roztwory, zasady, kwasy, oleje, oleje, paliwa i smary, granulaty tworzyw sztucznych — zakres zastosowania jest bardzo szeroki, a czujniki oparte na różnych zasadach fizycznych pozwalają wybrać ten odpowiedni do konkretnych warunków i niemal każdego zadania.

Sprzęt czujnika składa się z dwóch części: samego czujnika i narzędzia do wizualizacji danych. Czujniki kontaktowe i bezdotykowe, ciągłe zmiany i śledzenie granic — zakres możliwości czujników jest dziś dość bogaty.

Rodzaj czujnika, który wybierzesz, zależy od specyfiki procesu przemysłowego oraz środowiska, w którym czujnik będzie pracował. Dzięki narzędziom do wizualizacji proces pomiarowy może generować wykresy do analizy informacji na poziomie produktu, co znacznie ułatwia automatyzację.

Poziomomierze służą do ciągłego monitorowania poziomu materiałów sypkich lub cieczy w zbiornikach naturalnych i sztucznych. Mierzą poziom z rozdzielczością od kilku milisekund do kilkudziesięciu sekund.

Służą do monitorowania poziomu roztworów wodnych, kwasów, zasad, alkoholi itp. oraz materiałów sypkich.Są kontaktowe i bezkontaktowe, a zgodnie z zasadami fizycznymi są całkowicie zróżnicowane. Przyjrzyjmy się każdemu typowi bardziej szczegółowo.

Mierniki poziomu radaru mikrofalowego

Służą do ciągłego monitorowania poziomu, są uniwersalne. W pracy wykorzystano zjawisko odbicia fali elektromagnetycznej od granicy między dwoma ośrodkami. Częstotliwość fal wynosi od 6 do 95 GHz, a im wyższa, tym niższa stała dielektryczna mierzonego materiału, na przykład produktów ropopochodnych, częstotliwość fal powinna być maksymalna. Ale stała dielektryczna nie powinna być wyższa niż 1,6.

Ponieważ czujnik działa jak radar, nie boi się zakłóceń, a wysoka częstotliwość fal minimalizuje pasożytniczy wpływ ciśnienia i temperatury w naczyniu. Czujniki radarowe o tak wysokich częstotliwościach roboczych są odporne na pył, opary i pianę.

W zależności od typu i rozmiaru anteny czujnika dokładność urządzenia może się różnić. Im większa i szersza antena, tym silniejszy i dokładniejszy będzie sygnał, im większy zasięg, tym lepsza rozdzielczość. Dokładność mikrofalowych czujników radarowych mieści się w granicach 1 mm, mogą one pracować w temperaturach do +250 ºС i mierzyć poziom do 50 m.

Radarowe mierniki poziomu znajdują zastosowanie w wielu gałęziach przemysłu, w których pracuje się z materiałami sypkimi: w budownictwie, obróbce drewna, w przemyśle chemicznym, w przemyśle spożywczym, przy produkcji tworzyw sztucznych, szkła i ceramiki. Znajdują również zastosowanie do pomiaru poziomu cieczy.

Akustyczne przyrządy pomiarowe

Wykorzystywane są fale akustyczne, które po odbiciu od obserwowanej substancji są odbierane i przetwarzane.Oprogramowanie filtruje żądany sygnał, wykrywając fałszywe echa.

Sygnał przesyłany jest mocnym impulsem, dzięki czemu straty i tłumienie są minimalne. W zależności od temperatury sygnał jest kompensowany, a dokładność pozostaje wysoka, w granicach ćwierć procenta. Czujnik montowany jest pionowo lub pod kątem. Poziom zmiany może dochodzić do 60 metrów. Temperatura robocza do +150 ºС. Przeciwwybuchowy.

Manometry akustyczne znajdują zastosowanie w wielu gałęziach przemysłu, od systemów automatyki załadunkowej za pomocą dźwigów i systemów monitorowania poziomu ścieków w szambach, po produkcję czekolady.

Ultradźwiękowe mierniki poziomu

Odbierane są wibracje ultradźwiękowe odbite od interfejsu między dwoma mediami i mierzony jest odstęp czasu między momentem wysłania i odebrania sygnału. Dyskretność wynosi kilka sekund, wynika to ze skończonej prędkości dźwięku w powietrzu. Maksymalny poziom pomiaru sięga 25 metrów.

Oprogramowanie pozwala wstępnie skonfigurować czujnik tak, aby wyłączał się w okresie, gdy przechodzi pod nim jakiś mechanizm, np. łopatka mieszająca. Istnieje możliwość sterowania czujnikiem z poziomu komputera. Instalowany pionowo nad materiałem lub pod kątem. Dokładność w granicach ćwierć procenta. Temperatura robocza do +90 ºС. Przeciwwybuchowy.

Ultradźwiękowe mierniki poziomu wykorzystywane są do monitorowania poziomu materiałów sypkich w wielu obszarach, od cementowni po przemysł chemiczny i spożywczy.

Poziomowskazy hydrostatyczne

Zmierzyć ciśnienie cieczy na dnie pojemnika. Odkształcenie czułego elementu jest przetwarzane na sygnał elektryczny. Podczas pomiaru różnicy ciśnień konieczne jest podłączenie do atmosfery.Nadaje się do pracy z wodą i innymi nieagresywnymi cieczami, do past itp. Może pracować zarówno w pomieszczeniach otwartych jak i zamkniętych, w basenach, studniach itp.

Wielkość ciśnienia zależy od gęstości cieczy i jej objętości w zbiorniku, od wysokości słupa cieczy. Wskaźnik poziomu może być zatapialny lub zwykły - albo rurka kapilarna jest usuwana w celu kontaktu z atmosferą, albo przetwornik jest wcinany bezpośrednio w dno zbiornika.

Podczas instalacji należy wykluczyć fałszywe ustalenie ciśnienia przepływu cieczy podczas pompowania jej do zbiornika. Dokładność w granicach ćwierć procenta. Temperatura robocza do +125 ºС.

Hydrostatyczne mierniki poziomu znajdują szerokie zastosowanie w przemyśle chemicznym w zbiornikach, w budownictwie mieszkaniowym i usługach komunalnych w studniach, w przemyśle spożywczym są wyposażane w pojemniki z produktami płynnymi, w metalurgii, w przemyśle farmaceutycznym, w przemyśle naftowym itp.

Pojemnościowe mierniki poziomu

Sonda czujnika i przewodząca ściana zbiornika tworzą a płytki kondensatora… Zamiast przewodzącej ściany można zastosować specjalną rurkę do zamontowania na sondzie sondy lub drugiej oddzielnej sondy uziemionej. Substancja między płytkami służy jako dielektryk kondensatora - powietrze lub materiał, którego poziom jest monitorowany.

Oczywiście, gdy zbiornik jest napełniony, pojemność elektryczna kondensatora będzie się stopniowo zmieniać. Przy pustym zbiorniku pojemność elektryczna będzie miała określoną wartość, aw procesie wypierania powietrza będzie się zmieniać. Zwiększenie produktu w zbiorniku zmienia pojemność kondensatora utworzonego przez czujnik i zbiornik.

Elektronika czujnika przetwarza zmianę pojemności na zmianę poziomu.Jeśli kształt zbiornika jest nietypowy, używana jest druga sonda, ponieważ płytki uformowanego kondensatora muszą być umieszczone pionowo. Maksymalny poziom sięga 30 metrów. Dokładność jest nie mniejsza niż jedna trzecia procenta. Temperatura robocza do +800 ºС, w zależności od modelu. Czas opóźnienia jest regulowany.

Pojemnościowe czujniki poziomu stosowane są głównie do monitorowania poziomu cieczy w wielu obszarach, gdzie konieczne jest utrzymanie określonego poziomu produktu: w produkcji napojów, chemii gospodarczej, w zakładach wodociągowych, w rolnictwie itp. .

Poziomowskazy magnetyczne

Na sterowniku znajduje się pływak z magnesem trwałym. Wewnątrz sterownika zainstalowane są przełączniki czułe magnetycznie. Sekwencyjne działanie przełączników podczas napełniania lub opróżniania zbiornika powoduje zmianę prądu w poszczególnych częściach.

Zasada działania jest na tyle prosta, że ​​te mierniki poziomu nie wymagają regulacji, dzięki czemu są tanie i popularne. Ograniczenia wprowadza tylko gęstość cieczy. Temperatura robocza do +120 ºС. Limit przesunięcia wynosi 6 metrów.

Manometr magnetyczny jest ekonomicznym rozwiązaniem do pomiaru poziomu cieczy w wielu gałęziach przemysłu.

Refleksometry mikrofalowe

W przeciwieństwie do radarowych urządzeń pomiarowych, tutaj fala rozchodzi się nie na wolnym powietrzu, ale wzdłuż sondy urządzenia, którą może być lina lub patyk. Impuls falowy ulega odbiciu od styku dwóch ośrodków o różnych stałych dielektrycznych i powraca z powrotem, a czas pomiędzy momentem nadania a momentem odbioru jest ustalany przez elektronikę i przeliczany na wartość poziomu.

Zastosowanie falowodu pozwala uniknąć pasożytniczego działania kurzu, piany, wrzenia, a także wpływu temperatury otoczenia. Stała dielektryczna mierzonego medium nie może być mniejsza niż 1,3e.

Wskaźniki poziomu z reflektorem mogą być stosowane tam, gdzie radar nie może działać ze względu na charakterystykę promieniowania, na przykład w wąskich wysokich zbiornikach. Limit pomiaru 30 metrów. Temperatura robocza do +200 ºС. Dokładność w granicach 5 mm.

Mikrofalowe przetworniki poziomu Reflex mogą służyć do ciągłego monitorowania poziomu nieprzewodzących i przewodzących cieczy i ciał stałych, a także do pomiaru ich masy i objętości. Zastosowanie w wielu gałęziach przemysłu.

Obejście przetworników poziomu

Kolumna pomiarowa znajduje się z boku naczynia. Ciecz wypełnia rurkę i mierzy się jej poziom. Zasada komunikacji statku. Magnes unosi się na powierzchni cieczy w rurce, aw jej pobliżu unosi się czujnik magnetostrykcyjny, który przetwarza odległość do magnesu na sygnał prądowy.

Tuba posiada płytki wskaźnikowe w różnych kolorach, które zmieniają swoje położenie pod wpływem pola magnetycznego magnesu. Ze względu na brak kontaktu cieczy z otoczeniem zewnętrznym przetworniki obejściowe znajdują zastosowanie w przemyśle spożywczym i farmaceutycznym. Ograniczenie poziomu pomiaru do 3,5 metra. Dokładność w granicach 0,5 mm. Temperatura robocza do +250 ºС.

Mierniki obejściowe mają zastosowanie wszędzie tam, gdzie wymagana jest wizualna kontrola poziomu cieczy: w energetyce cieplnej, przemyśle chemicznym, mieszkaniowym, elektroenergetycznym, spożywczym, naftowym i gazowym.

Magnetostrykcyjne przetworniki poziomu

Elastyczna lub sztywna prowadnica zawiera pływak z wbudowanym magnesem. Wzdłuż przewodnika znajduje się falowód, wokół którego promieniowe pole magnetyczne jest wzbudzane przez impulsy prądu przepływające przez cewkę. Kiedy to pole magnetyczne zderza się z polem magnetycznym magnesu stałego pływaka, falowód magnetostrykcyjny ulega wysoce dynamicznemu odkształceniu plastycznemu.

W wyniku tego odkształcenia fala ultradźwiękowa rozchodzi się wzdłuż falowodu i jest utrwalana przez przetwornik elektroniczny na jednym końcu. Porównanie w czasie impulsu wyzwalającego i czasu wystąpienia impulsu odkształcającego określa położenie pływaka. Limit poziomu pomiaru sięga 15 metrów. Dokładność w granicach 1 mm. Temperatura robocza do +200 ºС.

Manometry magnetostrykcyjne stosowane są w przemyśle chemicznym do monitorowania poziomu cieczy pieniących się, w przemyśle spożywczym i metalurgicznym do monitorowania poziomu płynnych artykułów spożywczych i paliw.

Wiele wskaźników poziomu

Ładunek jest przymocowany do liny lub taśmy nawiniętej na bęben. Podczas montażu czujnika na pokrywie zbiornika możliwe staje się zmniejszenie obciążenia zbiornika. Silnik elektryczny obraca bęben, a ładunek opada po kablu. Gdy ciężarek dotknie powierzchni mierzonego materiału, napięcie liny zostaje zwolnione, co sygnalizuje poziom materiału. Lina ponownie owija się wokół bębna, podnosząc ładunek z powrotem do góry.

Elektronika oblicza poziom na podstawie liczby obrotów bębna. Do wykrywania substancji o gęstości 20 kg na m3 taki czujnik jest odpowiedni. Ograniczenie poziomu pomiaru do 40 metrów.Dokładność od 1 do 10 cm w zależności od modyfikacji. Interwał pomiaru jest ustawiany przez użytkownika i może wynosić od 6 minut do 100 godzin. Temperatura robocza do +250 ºС.

Mierniki wielowsadowe są stosowane w różnych gałęziach przemysłu do kontroli poziomu materiałów sypkich w systemach zautomatyzowanych.