Szintszabályozás ipari automatizálási rendszerekben
Sok automatizálási rendszer szintmérést igényel. És sok olyan iparág van, ahol szintmérésre van szükség. Manapság számos szintérzékelő létezik, amelyek lehetővé teszik számos fizikai mennyiség mérését egy bizonyos anyag tartályban lévő mennyiségéhez kapcsolódóan.
Az első szintű érzékelők csak folyadékkal működtek, de a fejlesztéseknek köszönhetően mára már ömlesztett anyagokhoz is vannak érzékelők. A szintmérők és szintkapcsolók lehetővé teszik a szint folyamatos figyelését és annak ellenőrzését, hogy az anyag elérje-e a megadott szintet. Ebben a cikkben a modern szintmérők típusaira összpontosítunk.
A szintérzékelők ma már folyadékokkal és ömlesztett anyagokkal, sőt gázokkal is működhetnek, és az anyag a tartályban és a csővezetékben is elhelyezhető. Az érzékelők érintkezőre és érintésmentesre oszthatók, és a beépítés módja szerint akár a mért anyaggal csővezeték vagy tartály testébe, akár a mért anyag fölé történő beépítésre tervezhetők.
Az első szintű érzékelők az úszó egyszerű elvén működtek, és az anyaggal való érintkezések lezárásának módszerét alkalmazták. Most az érzékelők fejlesztésen estek át, kialakításukban olyan áramköröket tartalmaznak, amelyek számos további funkciót biztosítanak, mint például térfogat mérés, áramlási sebesség, határérték elérésekor jelzés stb. A mérési eredmények feldolgozhatók és tárolhatók.
Akár folyékony, viszkózus, gáznemű, szabadon folyó, ragadós, pasztaszerű anyagokat kezel az iparág, mindig van a megfelelő környezethez megfelelő szintérzékelő. Víz, oldat, lúg, sav, olaj, olaj, üzemanyagok és kenőanyagok, műanyag granulátumok – a felhasználási terület igen széles, a különböző fizikai elveken alapuló érzékelők pedig lehetővé teszik, hogy az adott körülményekhez és szinte minden feladathoz megfelelőt válasszon.
Az érzékelő hardvere két részből áll: magából az érzékelőből és az adatmegjelenítő eszközből. Érintkezés nélküli és érintésmentes érzékelők, folyamatos változtatások és határkövetés – az érzékelő képességek skálája ma meglehetősen gazdag.
A választott érzékelő típusát az ipari folyamat sajátosságai és az érzékelő működési környezete határozza meg. A vizualizációs eszközökkel a mérési folyamat grafikonokat generálhat a termékszintű információk elemzéséhez, ami nagyban megkönnyíti az automatizálást.
A szintmérőket az ömlesztett anyagok vagy folyadékok szintjének folyamatos ellenőrzésére használják természetes és mesterséges tározókban. Néhány milliszekundumtól tíz másodpercig terjedő felbontással mérik a szintet.
Vizes oldatok, savak, bázisok, alkoholok stb., valamint ömlesztett anyagok szintjének ellenőrzésére szolgálnak.Kapcsolatosak és nem érintkezők, és a fizikai elvek szerint teljesen változatosak. Nézzük meg részletesebben az egyes típusokat.
Mikrohullámú radarszintmérők
A szint folyamatos figyelésére szolgálnak, univerzálisak. A munka egy elektromágneses hullám visszaverődésének jelenségét használja fel két közeg határfelületéről. A hullámok frekvenciája 6-95 GHz, és minél magasabb, annál alacsonyabb a dielektromos állandó mért anyagból, például kőolajtermékeknél a hullámok frekvenciája legyen maximális. De a dielektromos állandó nem lehet nagyobb 1,6-nál.
Mivel az érzékelő úgy működik, mint egy radar, nem fél az interferenciától, és a hullámok magas frekvenciája minimalizálja a nyomás és a hőmérséklet parazita hatását az edényben. Az ilyen magas működési frekvenciájú radarszenzorok immunisak a porral, gőzzel és habbal szemben.
Az érzékelő antennájának típusától és méretétől függően a készülék pontossága eltérő lehet. Minél nagyobb és szélesebb az antenna, annál erősebb és pontosabb lesz a jel, minél nagyobb a hatótávolság, annál jobb a felbontás. A mikrohullámú radarérzékelők pontossága 1 mm-en belül van, akár +250 ºС hőmérsékleten is működhetnek, és 50 m-ig mérik a szintet.
A radaros szintmérőket számos olyan iparágban alkalmazzák, ahol ömlesztett anyagokat kezelnek: az építőiparban, a fafeldolgozásban, a vegyiparban, az élelmiszeriparban, a műanyag-, üveg- és kerámiagyártásban. Folyadékok szintjének mérésére is használhatók.
Akusztikus mérőműszerek
Akusztikus hullámokat használnak, amelyeket a megfigyelt anyag visszaverve fogad és dolgoz fel.A szoftver kiszűri a kívánt jelet a hamis visszhangok észlelésével.
A jelet erős impulzussal továbbítják, így a veszteségek és a csillapítás minimálisak. A hőmérséklettől függően a jel kompenzálódik, és a pontosság magas, negyed százalékon belül marad. Az érzékelő függőlegesen vagy ferdén van felszerelve. A változás szintje akár 60 méter is lehet. Üzemi hőmérséklet +150 ºС-ig. Robbanásbiztos.
Az akusztikus manométereket számos iparágban használják, a daru-rakodási automatizálási rendszerektől és szennyvízszint-ellenőrző rendszerektől a szeptikus tartályokban a csokoládégyártásig.
Ultrahangos szintmérők
A két közeg közötti interfészről visszaverődő ultrahang rezgéseket veszik, és mérik a jel küldése és vétele között eltelt időt. A diszkrétség néhány másodperc, ez a levegőben lévő hang véges sebességének köszönhető. A maximális mérési szint eléri a 25 métert.
A szoftver lehetővé teszi, hogy előre beállítsa az érzékelőt, hogy kikapcsoljon, amikor valamilyen mechanizmus, például egy keverőlapát áthalad alatta. Az érzékelő számítógépről vezérelhető. Függőlegesen az anyag fölé vagy ferdén szerelve. Pontosság negyed százalékon belül. Üzemi hőmérséklet +90 ºС-ig. Robbanásbiztos.
Ultrahangos szintmérőket használnak az ömlesztett anyagok szintjének nyomon követésére számos területen, a cementgyáraktól a vegyiparig és az élelmiszeriparig.
Hidrosztatikus szintmérők
Mérje meg a folyadéknyomást a tartály alján. Az érzékeny elem deformációja elektromos jellé alakul. A nyomáskülönbség mérésénél a légkörhöz való csatlakozás szükséges.Alkalmas vízzel és egyéb nem agresszív folyadékokkal, pasztákhoz stb.. Nyitott és zárt helyiségekben, medencékben, kutakban stb.
A nyomás mértéke a folyadék sűrűségétől és a tartályban lévő térfogatától, a folyadékoszlop magasságától függ. A szintmérő lehet merülő vagy normál - vagy egy kapilláris csövet eltávolítanak a légkörrel való érintkezéshez, vagy a távadót közvetlenül a tartály aljába vágják.
A telepítés során ki kell zárni a folyadékáramlás nyomásának hamis rögzítését, amikor azt a tartályba szivattyúzzák. Pontosság negyed százalékon belül. Üzemi hőmérséklet +125 ºС-ig.
A hidrosztatikus szintmérőket széles körben használják a vegyiparban tartályokban, lakás- és kommunális szolgáltatásokban kutakban, az élelmiszeriparban folyékony termékeket tartalmazó tartályokkal szerelik fel, a kohászatban, a gyógyszeriparban, a kőolajiparban stb.
Kapacitív szintmérők
Az érzékelő szonda és a vezetőképes tartály fala a kondenzátor lemezek… Vezetőképes fal helyett speciális csővel szerelhető fel a szondára, vagy egy második külön földelt szondára. A lemezek közötti anyag a kondenzátor dielektrikumjaként szolgál – levegő vagy anyag, amelynek szintjét figyeljük.
Nyilvánvaló, hogy a tartály feltöltésekor a kondenzátor elektromos kapacitása fokozatosan megváltozik. Üres tartály esetén az elektromos kapacitás egy bizonyos értékű lesz, és a levegő kiszorítása során megváltozik. A tartályban lévő termék növelése megváltoztatja az érzékelő és a tartály által alkotott kondenzátor kapacitását.
Az érzékelő elektronika a kapacitás változását szintváltozássá alakítja.Ha a tartály alakja szokatlan, akkor egy második szondát használnak, mivel a kialakított kondenzátor lemezeit függőlegesen kell elhelyezni. A maximális szint eléri a 30 métert. A pontosság nem kevesebb, mint egyharmada százalék. Működési hőmérséklet +800 ºС, modelltől függően. A késleltetési idő állítható.
A kapacitív szintérzékelőket elsősorban a folyadékok szintjének ellenőrzésére használják számos olyan területen, ahol a termék bizonyos szintjét fenn kell tartani: italok, háztartási vegyszerek gyártásában, víztermelő üzemekben, mezőgazdaságban stb.
Mágneses szintmérők
A meghajtón állandó mágneses úszó található. A mágneses érzékeny kapcsolók a meghajtó belsejében vannak felszerelve. A kapcsolók szekvenciális működése a tartály feltöltésekor vagy ürítésekor az áramerősség változását okozza az egyes részeken.
Az elv annyira egyszerű, hogy ezek a szintmérők nem igényelnek beállítást, ezért olcsók és népszerűek. A korlátozásokat csak a folyadék sűrűsége vezeti be. Üzemi hőmérséklet +120 ºС-ig. A műszakhatár 6 méter.
A mágneses manométer költséghatékony megoldás a folyadékszint mérésére számos iparágban.
Mikrohullámú reflexmérők
A radaros mérőeszközökkel ellentétben itt a hullám nem a szabadban terjed, hanem a készülék szondája mentén, amely lehet kötél vagy bot. A hullámimpulzus visszaverődik két különböző dielektromos állandójú közeg interfészéről, és visszatér, az adás pillanata és a vétel pillanata közötti időt pedig az elektronika rögzíti és szintértékké konvertálja.
A hullámvezető használatával elkerülhető a por, a hab, a forrás parazita hatása, valamint a környezeti hőmérséklet befolyása. A mért közeg dielektromos állandója nem lehet kisebb 1,3e-nél.
A fényvisszaverő szintmérőket ott lehet használni, ahol a radar nem működik a sugárzási mintázat miatt, például keskeny, magas tartályokban. Mérési határ 30 méter. Üzemi hőmérséklet +200 ºС-ig. Pontosság 5 mm-en belül.
A Reflex mikrohullámú szinttávadók segítségével folyamatosan ellenőrizhető a nem vezető és vezetőképes folyadékok és szilárd anyagok szintje, valamint tömegük és térfogatuk mérhető. Számos iparágban alkalmazható.
Bypass szinttávadók
Az edény oldalán egy mérőoszlop található. A folyadék kitölti a csövet, és megméri a szintjét. A hajó kommunikáció elve. A csőben lévő folyadék felületén egy mágnes lebeg, a cső közelében pedig egy magnetostrikciós érzékelő lebeg, amely a mágnes távolságát áramjellé alakítja.
A csőben különböző színű indikátorlapok vannak, amelyek a mágnes mágneses mezejének hatására változtatják helyzetüket. Tekintettel arra, hogy a folyadék nem érintkezik a külső környezettel, a bypass távadók alkalmazhatók az élelmiszer- és gyógyszeriparban. A mérési szint korlátozása 3,5 méterrel. Pontosság 0,5 mm-en belül. Üzemi hőmérséklet +250 ºС-ig.
A bypass mérőkészülékek akkor alkalmazhatók, ha a folyadékszint vizuális ellenőrzésére van szükség: a hőenergia iparban, a vegyiparban, a lakossági szektorban, a villamosenergia-iparban, az élelmiszeriparban, valamint az olaj- és gáziparban.
Magnetostrikciós szinttávadók
A flexibilis vagy merev vezető egy úszót tartalmaz beépített mágnessel. A vezető mentén egy hullámvezető található, amely körül a tekercsen áthaladó áramimpulzusok radiális mágneses mezőt gerjesztenek. Amikor ez a mágneses tér ütközik az úszó állandó mágnesének mágneses mezőjével, a magnetostrikciós hullámvezető rendkívül dinamikus képlékeny deformáción megy keresztül.
Ennek az alakváltozásnak az eredményeként az ultrahanghullám a hullámvezető mentén terjed, és az egyik végén elektronikus átalakító rögzíti. A trigger impulzus pillanatában és a deformációs impulzus előfordulási idejének összehasonlítása határozza meg az úszó helyét. A mérési szinthatár eléri a 15 métert. Pontosság 1 mm-en belül. Üzemi hőmérséklet +200 ºС-ig.
Magnetostrikciós manométerek a vegyiparban a habzó folyadékok szintjének, az élelmiszeriparban és a kohászatban a folyékony élelmiszerek és üzemanyagok szintjének ellenőrzésére használatosak.
Sok szintmérő
A dobra tekercselt kábelhez vagy szalaghoz terhelést rögzítenek. Amikor az érzékelőt a tartály fedelére szereli, lehetővé válik a tartály terhelésének csökkentése. Az elektromos motor forgatja a dobot, és a terhelés leereszkedik a kábelen. Amikor a súly megérinti a mérendő anyag felületét, a kötél feszültsége felszabadul, és ez jelzi az anyag szintjét. A kötél ismét a dob körül tekergőzik, és ismét felemeli a terhet.
Az elektronika a dob fordulatszáma alapján számítja ki a szintet. 20 kg/m3 sűrűségű anyagok kimutatására egy ilyen érzékelő alkalmas. A mérési szint korlátozása 40 méterrel.Pontosság 1-10 cm, a módosítástól függően. A mérési intervallumot a felhasználó állítja be, és 6 perctől 100 óráig terjedhet. Üzemi hőmérséklet +250 ºС-ig.
A több tételes mérőórákat különböző iparágakban használják az ömlesztett anyagok szintjének szabályozására az automatizált rendszerekben.