Kontrola nivoja v sistemih industrijske avtomatizacije

Mnogi sistemi avtomatizacije zahtevajo merjenje nivoja. Obstaja veliko industrij, kjer je potrebno merjenje ravni. Danes obstaja veliko senzorjev nivoja, ki vam omogočajo merjenje številnih fizikalnih količin, povezanih s količino določenega materiala v rezervoarju.

Prvi senzorji prve stopnje so delovali samo s tekočinami, zdaj pa so zahvaljujoč napredku na voljo senzorji za razsute materiale. Merilniki nivoja in nivojska stikala vam omogočajo stalno spremljanje nivoja in nadzor nad tem, ali material doseže določeno raven. V tem članku se bomo osredotočili na vrste sodobnih merilnikov nivoja.

Danes lahko senzorji nivoja delujejo tako s tekočinami kot z razsutimi materiali in celo s plini, material pa se lahko nahaja tako v posodi kot v cevovodu. Senzorje delimo na kontaktne in brezkontaktne, glede na način vgradnje pa so lahko zasnovani za vgradnjo v telo cevovoda ali posode z merjenim materialom ali nad merjenim materialom.

Prvostopenjski senzorji so delovali na preprostem principu plovca in uporabljali metodo zapiranja stikov z materialom. Zdaj so senzorji doživeli izboljšave, v svoji zasnovi vsebujejo vezja, ki zagotavljajo številne dodatne funkcije, kot so merjenje prostornine, pretoka, signalizacija, ko je dosežena meja itd. Rezultate meritev je mogoče obdelati in shraniti.

Ne glede na to, ali industrija obravnava tekoče, viskozne, plinaste, prosto tekoče, lepljive, pastozne materiale, vedno obstaja pravi senzor nivoja za pravo okolje. Voda, raztopina, alkalije, kisline, olje, olje, goriva in maziva, plastične granule — obseg uporabe je zelo širok, senzorji, ki temeljijo na različnih fizikalnih principih, pa vam omogočajo, da izberete tistega, ki je primeren za posebne pogoje in za skoraj vsako nalogo.

Strojna oprema senzorja je sestavljena iz dveh delov: samega senzorja in orodja za vizualizacijo podatkov. Kontaktni in brezkontaktni senzorji, nenehne spremembe in sledenje mejam — nabor senzorskih zmogljivosti je danes precej bogat.

Tip senzorja, ki ga izberete, je odvisen od specifike industrijskega procesa in okolja, v katerem bo senzor deloval. Z orodji za vizualizacijo lahko postopek merjenja ustvari grafe za analizo informacij na ravni izdelka, kar močno olajša avtomatizacijo.

Nivomeri se uporabljajo za stalno spremljanje nivoja sipkih materialov ali tekočin v naravnih in umetnih rezervoarjih. Nivo merijo z ločljivostjo od nekaj milisekund do deset sekund.

Uporabljajo se za spremljanje nivoja vodnih raztopin, kislin, baz, alkoholov itd., kot tudi razsutih materialov.So kontaktni in brezkontaktni, po fizikalnih principih pa so povsem raznoliki. Oglejmo si vsako vrsto podrobneje.

Mikrovalovni radarski nivoji

Uporabljajo se za stalno spremljanje nivoja, so univerzalni. Delo uporablja pojav odboja elektromagnetnega valovanja od vmesnika med dvema medijema. Frekvenca valovanja je od 6 do 95 GHz, višja kot je, nižja je dielektrična konstanta merjeni material, na primer za naftne derivate, mora biti frekvenca valov največja. Toda dielektrična konstanta ne sme biti višja od 1,6.

Ker senzor deluje kot radar, se ne boji motenj, visoka frekvenca valov pa minimizira parazitski vpliv tlaka in temperature v posodi. Radarski senzorji s tako visokimi delovnimi frekvencami so odporni na prah, hlape in peno.

Natančnost naprave se lahko razlikuje glede na vrsto in velikost senzorske antene. Večja in širša kot je antena, močnejši in natančnejši bo signal, večji kot je doseg, boljša je ločljivost. Natančnost mikrovalovnih radarskih senzorjev je znotraj 1 mm, lahko delujejo pri temperaturah do +250 ºС in merijo nivo do 50 m.

Radarski merilniki nivoja se uporabljajo v številnih panogah, kjer se pretakajo razsuti materiali: v gradbeništvu, lesarstvu, v kemični industriji, v živilski industriji, v proizvodnji plastike, stekla in keramike. Uporabljajo se tudi za merjenje nivoja tekočin.

Akustični merilni instrumenti

Uporabljajo se akustični valovi, ki jih ob odboju opazovane snovi sprejmemo in obdelamo.Programska oprema filtrira želeni signal z zaznavanjem lažnih odmevov.

Signal se prenaša z močnim impulzom, zato so izgube in slabljenje minimalne. Odvisno od temperature se signal kompenzira in natančnost ostaja visoka, znotraj četrtine odstotka. Senzor je nameščen navpično ali pod kotom. Nivo spremembe je lahko do 60 metrov. Delovna temperatura do +150 ºС. Eksplozijsko varen.

Akustični manometri se uporabljajo v številnih panogah, od sistemov za avtomatizacijo nakladanja žerjavov in sistemov za spremljanje nivoja odplak v greznicah do proizvodnje čokolade.

Ultrazvočni merilniki nivoja

Ultrazvočne vibracije, ki se odbijejo od vmesnika med obema medijema, so sprejete in izmerjen je časovni interval med trenutkom, ko je signal poslan in prejet. Diskretnost je nekaj sekund, to je posledica končne hitrosti zvoka v zraku. Najvišja merilna raven doseže 25 metrov.

Programska oprema vam omogoča, da vnaprej konfigurirate senzor, da se izklopi v času, ko pod njim prehaja kakšen mehanizem, na primer rezilo za mešanje. Senzor je mogoče krmiliti iz računalnika. Nameščen navpično nad material ali pod kotom. Natančnost znotraj četrtine odstotka. Delovna temperatura do +90 ºС. Eksplozijsko varen.

Ultrazvočni merilniki nivoja se uporabljajo za spremljanje nivoja razsutih materialov na številnih področjih, od cementarn do kemične in prehrambene industrije.

Hidrostatični nivoji

Izmerite tlak tekočine na dnu posode. Deformacija občutljivega elementa se pretvori v električni signal. Pri merjenju diferenčnega tlaka je nujna povezava z atmosfero.Primeren za delo z vodo in drugimi neagresivnimi tekočinami, za paste itd. Deluje lahko tako v odprtih kot zaprtih prostorih, v bazenih, vodnjakih itd.

Količina tlaka je odvisna od gostote tekočine in njene prostornine v rezervoarju, od višine stolpca tekočine. Merilnik nivoja je lahko potopni ali običajni - bodisi se odstrani kapilarna cev za stik z atmosfero ali pa se oddajnik vreže neposredno v dno rezervoarja.

Med namestitvijo je treba izključiti lažno fiksiranje tlaka pretoka tekočine, ko se črpa v rezervoar. Natančnost znotraj četrtine odstotka. Delovna temperatura do +125 ºС.

Hidrostatični merilniki nivoja se pogosto uporabljajo v kemični industriji v rezervoarjih, v stanovanjskih in komunalnih storitvah v vodnjakih, v prehrambeni industriji so opremljeni s posodami s tekočimi izdelki, v metalurgiji, v farmacevtski industriji, v naftni industriji itd.

Kapacitivni merilniki nivoja

Sonda senzorja in prevodna stena rezervoarja tvorita a kondenzatorske plošče… Namesto prevodne stene lahko uporabite posebno cev za pritrditev na sondo sonde ali drugo ločeno ozemljeno sondo. Snov med ploščama služi kot dielektrik kondenzatorja – zrak ali material, katerega nivo se spremlja.

Ko je rezervoar napolnjen, se bo električna zmogljivost kondenzatorja postopoma spreminjala. Pri praznem rezervoarju bo imela električna zmogljivost določeno vrednost, v procesu izpodrivanja zraka pa se bo spremenila. Povečanje produkta v rezervoarju spremeni kapacitivnost kondenzatorja, ki ga tvorita senzor in rezervoar.

Senzorska elektronika pretvori spremembo kapacitivnosti v spremembo nivoja.Če je oblika rezervoarja nenavadna, se uporabi druga sonda, saj morajo biti plošče oblikovanega kondenzatorja nameščene navpično. Najvišja raven doseže 30 metrov. Natančnost ni manjša od ene tretjine odstotka. Delovna temperatura do +800 ºС, odvisno od modela. Čas zakasnitve je nastavljiv.

Kapacitivni senzorji nivoja se uporabljajo predvsem za spremljanje nivoja tekočin na številnih področjih, kjer je potrebno vzdrževati določen nivo proizvoda: v proizvodnji pijač, gospodinjskih kemikalij, v obratih za proizvodnjo vode, v kmetijstvu itd.

Magnetni nivoji

Na gonilniku je plovec s trajnim magnetom. V gonilniku so nameščena magnetno občutljiva stikala. Zaporedno delovanje stikal pri polnjenju ali praznjenju rezervoarja povzroči spremembo toka v posameznih delih.

Načelo je tako preprosto, da teh merilnikov nivoja ni treba prilagajati, zato so poceni in priljubljeni. Omejitve uvaja le gostota tekočine. Delovna temperatura do +120 ºС. Omejitev premika je 6 metrov.

Magnetni manometer je stroškovno učinkovita rešitev za merjenje nivoja tekočin v številnih panogah.

Mikrovalovni refleksni merilniki

Za razliko od radarskih merilnih naprav se tu valovanje ne širi na prostem, temveč po sondi naprave, ki je lahko vrv ali palica. Valovni impulz se odbije od vmesnika med dvema medijema z različnimi dielektričnimi konstantami in se vrne nazaj, čas med trenutkom prenosa in trenutkom sprejema pa elektronika fiksira in pretvori v vrednost nivoja.

Z uporabo valovoda se izognemo parazitskemu učinku prahu, pene, vrenja, pa tudi vplivu temperature okolja. Dielektrična konstanta merjenega medija ne sme biti nižja od 1,3e.

Reflektorske merilnike nivoja je mogoče uporabiti tam, kjer radar ne more delovati zaradi vzorca sevanja, na primer v ozkih visokih rezervoarjih. Meja merjenja 30 metrov. Delovna temperatura do +200 ºС. Natančnost do 5 mm.

Refleksni mikrovalovni merilniki nivoja se lahko uporabljajo za kontinuirano spremljanje nivoja neprevodnih in prevodnih tekočin in trdnih snovi ter merjenje njihove mase in prostornine. Uporabno v številnih panogah.

Obvodni nivojski oddajniki

Na boku posode je nameščen merilni stolpec. Tekočina napolni cev in izmeri se njena raven. Načelo komunikacije plovil. Na površini tekočine v cevi lebdi magnet, v bližini cevi pa lebdi magnetostrikcijski senzor, ki pretvarja razdaljo do magneta v tokovni signal.

Cev ima indikatorske plošče različnih barv, ki spreminjajo svoj položaj pod vplivom magnetnega polja magneta. Ker ni stika tekočine z zunanjim okoljem, so obvodni oddajniki uporabni v prehrambeni in farmacevtski industriji. Omejitev merilne ravni na 3,5 metra. Natančnost do 0,5 mm. Delovna temperatura do +250 ºС.

Obvodne merilne naprave so uporabne, kadar je potrebna vizualna kontrola nivoja tekočine: v termoenergetiki, v kemični industriji, v stanovanjskem sektorju, v elektroindustriji, v prehrambeni industriji ter v naftni in plinski industriji.

Magnetostrikcijski nivojski oddajniki

Fleksibilno ali togo vodilo vsebuje plovec z vgrajenim magnetom. Vzdolž prevodnika je nameščen valovod, okoli katerega se s tokovnimi impulzi skozi tuljavo vzbuja radialno magnetno polje. Ko to magnetno polje trči v magnetno polje permanentnega magneta plovca, se magnetostrikcijski valovod podvrže zelo dinamični plastični deformaciji.

Zaradi te deformacije se ultrazvočni val širi vzdolž valovoda in ga na enem koncu fiksira elektronski pretvornik. Primerjava med trenutkom sprožilnega impulza in časom pojava deformacijskega impulza določa lokacijo plovca. Meja merilne ravni doseže 15 metrov. Natančnost do 1 mm. Delovna temperatura do +200 ºС.

Magnetostriktivni manometri se uporabljajo v kemični industriji za spremljanje nivoja penečih se tekočin, v živilski industriji in v metalurgiji za nadzor nivoja tekočih živil in goriv.

Veliko nivojskih merilnikov

Breme je pritrjeno na kabel ali trak, navit na boben. Pri namestitvi senzorja na pokrov rezervoarja je mogoče zmanjšati obremenitev rezervoarja. Elektromotor vrti boben in breme se spušča po kablu. Ko se utež dotakne površine materiala, ki ga želite izmeriti, napetost v vrvi popusti in to signalizira raven materiala. Vrv se spet ovije okoli bobna in dvigne breme nazaj.

Elektronika izračuna nivo glede na število vrtljajev bobna. Za detekcijo snovi z gostoto 20 kg na m3 je tak senzor primeren. Omejitev nivoja merjenja na 40 metrov.Natančnost od 1 do 10 cm, odvisno od modifikacije. Merilni interval nastavi uporabnik in je lahko od 6 minut do 100 ur. Delovna temperatura do +250 ºС.

Večšaržni merilniki se uporabljajo v različnih industrijah za nadzor nivoja razsutega materiala v avtomatiziranih sistemih.