Kontrola hladiny v systémoch priemyselnej automatizácie

Mnoho automatizačných systémov vyžaduje meranie hladiny. A existuje veľa odvetví, kde je meranie hladiny potrebné. Dnes existuje veľa snímačov hladiny, ktoré umožňujú merať veľa fyzikálnych veličín súvisiacich s množstvom určitého materiálu v nádrži.

Snímače prvej úrovne pracovali iba s kvapalinami, ale teraz vďaka pokroku existujú snímače pre sypké materiály. Hladinomery a hladinové spínače umožňujú nepretržite sledovať hladinu a kontrolovať, či materiál dosiahne stanovenú hladinu. V tomto článku sa zameriame na typy moderných hladinomerov.

Hladinové snímače dnes dokážu pracovať s kvapalinami aj sypkými materiálmi a dokonca aj plynmi a materiál sa môže nachádzať ako v kontajneri, tak aj v potrubí. Snímače sa delia na kontaktné a bezdotykové a podľa spôsobu montáže môžu byť určené na montáž buď do telesa potrubia alebo nádoby s meraným materiálom, alebo nad meraný materiál.

Senzory prvého stupňa pracovali na jednoduchom princípe plaváka a využívali metódu uzatvárania kontaktov s materiálom. Teraz senzory prešli vylepšeniami, obsahujú vo svojom dizajne obvody, ktoré poskytujú množstvo doplnkových funkcií, ako je meranie objemu, prietoku, signalizácia dosiahnutia limitu atď. Výsledky merania je možné spracovať a uložiť.

Či už priemysel pracuje s tekutými, viskóznymi, plynnými, voľne tečúcimi, lepkavými, pastovitými materiálmi, vždy existuje správny snímač hladiny pre správne prostredie. Voda, roztok, alkálie, kyseliny, olej, olej, palivá a mazivá, plastové granule — rozsah použitia je veľmi široký a senzory založené na rôznych fyzikálnych princípoch vám umožňujú vybrať si ten, ktorý je vhodný pre špecifické podmienky a pre takmer akúkoľvek úlohu.

Hardvér snímača pozostáva z dvoch častí: samotného snímača a nástroja na vizualizáciu údajov. Kontaktné a bezkontaktné senzory, neustále zmeny a sledovanie hraníc — rozsah možností senzorov je dnes pomerne bohatý.

Typ snímača, ktorý si vyberiete, je určený špecifikami priemyselného procesu a prostredím, v ktorom bude snímač fungovať. Pomocou vizualizačných nástrojov môže proces merania generovať grafy na analýzu informácií na úrovni produktu, čo výrazne uľahčuje automatizáciu.

Hladinomery slúžia na nepretržité sledovanie hladiny sypkých materiálov alebo kvapalín v prírodných a umelých nádržiach. Hladinu merajú s rozlíšením niekoľkých milisekúnd až desiatok sekúnd.

Používajú sa na sledovanie hladiny vodných roztokov, kyselín, zásad, alkoholov a pod., ako aj sypkých materiálov.Sú kontaktné a bezkontaktné a podľa fyzikálnych princípov sú úplne rôznorodé. Pozrime sa na každý typ podrobnejšie.

Mikrovlnné radarové hladinomery

Slúžia na nepretržité sledovanie hladiny, sú univerzálne. Práca využíva fenomén odrazu elektromagnetickej vlny od rozhrania medzi dvoma médiami. Frekvencia vĺn je od 6 do 95 GHz a čím je vyššia, tým je nižšia dielektrická konštanta meraný materiál, napríklad pre ropné produkty, frekvencia vĺn by mala byť maximálna. Dielektrická konštanta by však nemala byť vyššia ako 1,6.

Keďže snímač funguje ako radar, nebojí sa rušenia a vysoká frekvencia vĺn minimalizuje parazitný vplyv tlaku a teploty v nádobe. Radarové senzory s takými vysokými prevádzkovými frekvenciami sú odolné voči prachu, výparom a pene.

V závislosti od typu a veľkosti antény senzora sa presnosť zariadenia môže líšiť. Čím väčšia a širšia anténa, tým silnejší a presnejší bude signál, čím väčší dosah, tým lepšie rozlíšenie. Presnosť mikrovlnných radarových snímačov je do 1 mm, môžu pracovať pri teplotách do +250 ºС a merať hladinu do 50 m.

Radarové hladinomery nachádzajú uplatnenie v mnohých odvetviach, kde sa manipuluje so sypkými materiálmi: v stavebníctve, drevospracujúcom priemysle, v chemickom priemysle, v potravinárstve, pri výrobe plastov, skla a keramiky. Sú použiteľné aj na meranie hladiny kvapalín.

Akustické meracie prístroje

Využívajú sa akustické vlny, ktoré sa pri odraze od pozorovanej látky prijímajú a spracovávajú.Softvér filtruje požadovaný signál detekciou rušivých oziev.

Signál sa prenáša silným impulzom, takže straty a útlm sú minimálne. V závislosti od teploty sa signál kompenzuje a presnosť zostáva vysoká, v rozmedzí štvrť percenta. Snímač sa montuje vertikálne alebo pod uhlom. Úroveň zmeny môže byť až 60 metrov. Prevádzková teplota do +150 ºС. Nevýbušné.

Akustické manometre sa používajú v mnohých priemyselných odvetviach, od systémov automatizácie nakladania žeriavom a systémov monitorovania hladiny odpadových vôd v septikoch až po výrobu čokolády.

Ultrazvukové hladinomery

Prijímajú sa ultrazvukové vibrácie odrazené od rozhrania medzi dvoma médiami a meria sa časový interval medzi momentom odoslania a prijatia signálu. Diskrétnosť je niekoľko sekúnd, je to kvôli konečnej rýchlosti zvuku vo vzduchu. Maximálna úroveň merania dosahuje 25 metrov.

Softvér vám umožňuje predkonfigurovať senzor tak, aby sa vypol počas obdobia, keď pod ním prechádza nejaký mechanizmus, napríklad miešacia lopatka. Senzor je možné ovládať z počítača. Inštaluje sa vertikálne nad materiál alebo pod uhlom. Presnosť do štvrť percenta. Prevádzková teplota do +90 ºС. Nevýbušné.

Ultrazvukové hladinomery sa používajú na sledovanie hladiny sypkých materiálov v mnohých oblastiach, od cementární až po chemický a potravinársky priemysel.

Hydrostatické hladinomery

Zmerajte tlak kvapaliny na dne nádoby. Deformácia citlivého prvku sa premení na elektrický signál. Pri meraní diferenčného tlaku je potrebné pripojenie k atmosfére.Vhodné pre prácu s vodou a inými neagresívnymi kvapalinami, na pasty a pod. Môže pracovať v otvorených aj uzavretých priestoroch, v bazénoch, studniach a pod.

Veľkosť tlaku závisí od hustoty kvapaliny a jej objemu v nádrži, od výšky stĺpca kvapaliny. Hladinomer môže byť ponorný alebo bežný - buď je odstránená kapilára pre kontakt s atmosférou, alebo je vysielač vyrezaný priamo do dna nádrže.

Pri inštalácii je potrebné vylúčiť falošnú fixáciu tlaku prúdu kvapaliny pri čerpaní do nádrže. Presnosť do štvrť percenta. Prevádzková teplota do +125 ºС.

Hydrostatické hladinomery sú široko používané v chemickom priemysle v nádržiach, v bytových a komunálnych službách v studniach, v potravinárskom priemysle sú vybavené nádobami s tekutými produktmi, v hutníctve, vo farmaceutickom priemysle, v naftovom priemysle atď.

Kapacitné hladinomery

Sonda snímača a vodivá stena nádrže tvoria a kondenzátorové dosky… Namiesto vodivej steny je možné použiť špeciálne potrubie na pripevnenie na sondu sondy alebo druhú samostatnú uzemnenú sondu. Látka medzi doskami slúži ako dielektrikum kondenzátora – vzduch alebo materiál, ktorého hladina je monitorovaná.

Je zrejmé, že keď sa nádrž naplní, elektrická kapacita kondenzátora sa bude postupne meniť. S prázdnou nádržou bude mať elektrická kapacita určitú hodnotu a v procese vytláčania vzduchu sa zmení. Zvyšovaním produktu v nádrži sa mení kapacita kondenzátora tvoreného snímačom a nádržou.

Elektronika snímača premieňa zmenu kapacity na zmenu hladiny.Ak je tvar nádrže neobvyklý, použije sa druhá sonda, pretože dosky vytvoreného kondenzátora musia byť umiestnené vertikálne. Maximálna hladina dosahuje 30 metrov. Presnosť nie je menšia ako jedna tretina percenta. Prevádzková teplota do +800 ºС, v závislosti od modelu. Čas oneskorenia je nastaviteľný.

Kapacitné hladinové snímače sa používajú najmä na monitorovanie hladiny kvapalín v mnohých oblastiach, kde je potrebné udržiavať určitú hladinu produktu: pri výrobe nápojov, domácich chemikálií, vo výrobniach vody, v poľnohospodárstve atď.

Magnetické hladinomery

Na pohone je plavák s permanentným magnetom. Magneticky citlivé spínače sú nainštalované vo vnútri ovládača. Sekvenčná činnosť spínačov pri plnení alebo vyprázdňovaní nádrže spôsobuje zmenu prúdu v jednotlivých častiach.

Princíp je taký jednoduchý, že tieto hladinomery nevyžadujú nastavovanie, a preto sú lacné a obľúbené. Obmedzenia sú zavedené iba hustotou kvapaliny. Prevádzková teplota do +120 ºС. Hranica posunu je 6 metrov.

Magnetický manometer je nákladovo efektívne riešenie na meranie hladiny kvapalín v mnohých priemyselných odvetviach.

Mikrovlnné reflexné metre

Na rozdiel od radarových meracích zariadení sa tu vlna šíri nie pod holým nebom, ale pozdĺž sondy zariadenia, ktorou môže byť lano alebo palica. Vlnový impulz prechádza odrazom od rozhrania medzi dvoma médiami s rôznymi dielektrickými konštantami a vracia sa späť a čas medzi okamihom prenosu a okamihom príjmu je pevne stanovený elektronikou a prevedený na hodnotu hladiny.

Použitím vlnovodu sa zabráni parazitnému účinku prachu, peny, varu, ako aj vplyvu teploty okolia. Dielektrická konštanta meraného média nesmie byť nižšia ako 1,3e.

Reflektorové hladinomery je možné použiť tam, kde radar nemôže fungovať kvôli vyžarovaciemu vzoru, napríklad v úzkych vysokých nádržiach. Limit merania 30 metrov. Prevádzková teplota do +200 ºС. Presnosť do 5 mm.

Mikrovlnné snímače hladiny Reflex je možné použiť na nepretržité monitorovanie hladiny nevodivých a vodivých kvapalín a pevných látok, ako aj na meranie ich hmotnosti a objemu. Použiteľné v mnohých odvetviach.

Obtokové hladinové vysielače

Meracia kolóna je umiestnená na boku nádoby. Kvapalina naplní skúmavku a meria sa jej hladina. Princíp komunikácie plavidla. Magnet pláva na povrchu kvapaliny v trubici a v blízkosti trubice pláva magnetostrikčný senzor, ktorý premieňa vzdialenosť k magnetu na prúdový signál.

Rúrka má indikačné dosky rôznych farieb, ktoré menia svoju polohu vplyvom magnetického poľa magnetu. Vzhľadom k tomu, že nedochádza ku kontaktu kvapaliny s vonkajším prostredím, sú bypassové vysielače použiteľné v potravinárskom a farmaceutickom priemysle. Obmedzenie úrovne merania na 3,5 metra. Presnosť do 0,5 mm. Prevádzková teplota do +250 ºС.

Obtokové meracie prístroje sú použiteľné tam, kde je potrebná vizuálna kontrola hladiny kvapaliny: v tepelnej energetike, v chemickom priemysle, v bytovom sektore, v elektroenergetike, potravinárstve a v ropnom a plynárenskom priemysle.

Magnetostrikčné snímače hladiny

Ohybné alebo pevné vedenie obsahuje plavák so zabudovaným magnetom. Pozdĺž vodiča je umiestnený vlnovod, okolo ktorého je vybudené radiálne magnetické pole prúdovými impulzmi cez cievku. Keď sa toto magnetické pole zrazí s magnetickým poľom permanentného magnetu plaváka, magnetostrikčný vlnovod podlieha vysoko dynamickej plastickej deformácii.

V dôsledku tejto deformácie sa ultrazvuková vlna šíri pozdĺž vlnovodu a je fixovaná elektronickým prevodníkom na jednom konci. Porovnanie počas okamihu spúšťacieho impulzu a času výskytu deformačného impulzu určuje umiestnenie plaváka. Hranica úrovne merania dosahuje 15 metrov. Presnosť do 1 mm. Prevádzková teplota do +200 ºС.

Magnetostrikčné manometre sa používajú v chemickom priemysle na sledovanie hladiny peniacich kvapalín, v potravinárskom priemysle a v hutníctve na sledovanie hladiny tekutých potravín a palív.

Veľa hladinomerov

Záťaž je pripevnená na kábel alebo pásku navinutú na bubne. Pri inštalácii snímača na kryt nádrže je možné znížiť zaťaženie nádrže. Elektrický motor otáča bubon a náklad klesá po kábli. Keď sa závažie dotkne povrchu meraného materiálu, napätie v lane sa uvoľní a to signalizuje hladinu materiálu. Lano sa opäť navinie okolo bubna a zdvihne bremeno späť nahor.

Elektronika vypočíta hladinu na základe počtu otáčok bubna. Na detekciu látok s hustotou 20 kg na m3 je takýto senzor vhodný. Obmedzenie úrovne merania na 40 metrov.Presnosť od 1 do 10 cm v závislosti od úpravy. Interval merania si nastavuje používateľ a môže byť od 6 minút do 100 hodín. Prevádzková teplota do +250 ºС.

Viacdávkové merače sa používajú v rôznych priemyselných odvetviach na kontrolu úrovne sypkých materiálov v automatizovaných systémoch.