Řízení hladiny v systémech průmyslové automatizace

Mnoho automatizačních systémů vyžaduje měření hladiny. A existuje mnoho průmyslových odvětví, kde je měření hladiny potřeba. Dnes existuje mnoho hladinových senzorů, které umožňují měřit mnoho fyzikálních veličin souvisejících s množstvím určitého materiálu v nádrži.

První senzory první úrovně pracovaly pouze s kapalinami, ale nyní díky pokroku existují senzory pro sypké materiály. Hladinoměry a hladinové spínače umožňují nepřetržitě sledovat hladinu a kontrolovat, zda materiál dosáhne stanovené hladiny. V tomto článku se zaměříme na typy moderních hladinoměrů.

Snímače hladiny dnes dokážou pracovat jak s kapalinami, tak se sypkými materiály a dokonce i s plyny, přičemž materiál může být umístěn jak v kontejneru, tak v potrubí. Snímače se dělí na kontaktní a bezdotykové a podle způsobu instalace mohou být navrženy pro instalaci buď do tělesa potrubí nebo nádoby s měřeným materiálem, nebo nad měřený materiál.

Snímače prvního stupně pracovaly na jednoduchém principu plováku a využívaly způsob uzavírání kontaktů s materiálem. Nyní senzory prošly vylepšením, obsahují ve svém provedení obvody, které zajišťují řadu doplňkových funkcí, jako je měření objemu, průtoku, signalizace dosažení limitu atd. Výsledky měření lze zpracovat a uložit.

Ať už průmysl zpracovává kapalné, viskózní, plynné, volně tekoucí, lepkavé, pastovité materiály, vždy existuje správný snímač hladiny pro správné prostředí. Voda, roztok, alkálie, kyseliny, olej, olej, paliva a maziva, plastové granule — rozsah použití je velmi široký a senzory založené na různých fyzikálních principech vám umožňují vybrat si ten, který je vhodný pro konkrétní podmínky a pro téměř jakýkoli úkol.

Hardware senzoru se skládá ze dvou částí: samotného senzoru a nástroje pro vizualizaci dat. Kontaktní a bezkontaktní senzory, neustálé změny a sledování hranic — rozsah schopností senzorů je dnes poměrně bohatý.

Typ snímače, který si vyberete, závisí na specifikách průmyslového procesu a prostředí, ve kterém bude snímač pracovat. Pomocí vizualizačních nástrojů může proces měření generovat grafy pro analýzu informací na úrovni produktu, což výrazně usnadňuje automatizaci.

Hladinoměry slouží ke kontinuálnímu sledování hladiny sypkých hmot nebo kapalin v přírodních i umělých nádržích. Hladinu měří s rozlišením několika milisekund až desítek sekund.

Používají se ke sledování hladiny vodných roztoků, kyselin, zásad, alkoholů atd., ale i sypkých materiálů.Jsou kontaktní i bezkontaktní a podle fyzikálních principů jsou zcela různorodé. Podívejme se na každý typ podrobněji.

Mikrovlnné radarové hladinoměry

Používají se pro nepřetržité sledování hladiny, jsou univerzální. Práce využívá fenoménu odrazu elektromagnetické vlny od rozhraní mezi dvěma prostředími. Frekvence vln je od 6 do 95 GHz a čím je vyšší, tím je nižší dielektrická konstanta měřeného materiálu, například u ropných produktů, by frekvence vln měla být maximální. Dielektrická konstanta by však neměla být vyšší než 1,6.

Jelikož senzor funguje jako radar, nebojí se rušení a vysoká frekvence vln minimalizuje parazitní vliv tlaku a teploty v nádobě. Radarové senzory s tak vysokými pracovními frekvencemi jsou imunní vůči prachu, výparům a pěně.

V závislosti na typu a velikosti senzorové antény se přesnost zařízení může lišit. Čím větší a širší anténa, tím silnější a přesnější bude signál, čím větší dosah, tím lepší rozlišení. Přesnost mikrovlnných radarových senzorů je do 1 mm, mohou pracovat při teplotách až +250 ºС a měřit hladinu až do 50 m.

Radarové hladinoměry nacházejí uplatnění v mnoha průmyslových odvětvích, kde se manipuluje se sypkými materiály: ve stavebnictví, dřevozpracujícím průmyslu, v chemickém průmyslu, v potravinářském průmyslu, při výrobě plastů, skla a keramiky. Jsou také použitelné pro měření hladiny kapalin.

Akustické měřicí přístroje

Využívají se akustické vlny, které se při odrazu od pozorované látky přijímají a zpracovávají.Software filtruje požadovaný signál tím, že detekuje rušivé ozvěny.

Signál je přenášen silným impulsem, takže ztráty a útlum jsou minimální. V závislosti na teplotě je signál kompenzován a přesnost zůstává vysoká, v rozmezí čtvrt procenta. Snímač se montuje svisle nebo šikmo. Úroveň změny může být až 60 metrů. Provozní teplota do +150 ºС. Explozi odolné.

Akustické manometry se používají v mnoha průmyslových odvětvích, od systémů automatizace nakládání jeřábů a systémů monitorování hladiny odpadních vod v septikách až po výrobu čokolády.

Ultrazvukové hladinoměry

Přijímají se ultrazvukové vibrace odražené od rozhraní mezi dvěma médii a měří se časový interval mezi okamžikem odeslání a přijetí signálu. Diskrétnost je několik sekund, je to způsobeno konečnou rychlostí zvuku ve vzduchu. Maximální úroveň měření dosahuje 25 metrů.

Software umožňuje předkonfigurovat senzor tak, aby se vypnul v době, kdy pod ním prochází nějaký mechanismus, například míchací lopatka. Senzor je možné ovládat z počítače. Instaluje se svisle nad materiálem nebo pod úhlem. Přesnost do čtvrt procenta. Provozní teplota do +90 ºС. Explozi odolné.

Ultrazvukové hladinoměry se používají ke sledování hladiny sypkých materiálů v mnoha oblastech, od cementáren až po chemický a potravinářský průmysl.

Hydrostatické hladinoměry

Změřte tlak kapaliny na dně nádoby. Deformace citlivého prvku je převedena na elektrický signál. Při měření diferenčního tlaku je nutné připojení k atmosféře.Vhodné pro práci s vodou a jinými neagresivními kapalinami, na pasty atd. Může pracovat jak v otevřených, tak uzavřených místnostech, v bazénech, studnách atd.

Velikost tlaku závisí na hustotě kapaliny a jejím objemu v nádrži, na výšce sloupce kapaliny. Hladinoměr může být ponorný nebo běžný - buď se odstraní kapilára pro kontakt s atmosférou, nebo se vysílač zařízne přímo do dna nádrže.

Při instalaci je nutné vyloučit falešnou fixaci tlaku průtoku kapaliny při jeho čerpání do nádrže. Přesnost do čtvrt procenta. Provozní teplota až +125 ºС.

Hydrostatické hladinoměry jsou široce používány v chemickém průmyslu v nádržích, v bytových a komunálních službách ve studních, v potravinářském průmyslu jsou vybaveny nádobami s tekutými produkty, v hutnictví, ve farmaceutickém průmyslu, v naftovém průmyslu atd.

Kapacitní hladinoměry

Sonda snímače a vodivá stěna nádrže tvoří a kondenzátorové desky… Namísto vodivé stěny lze k montáži na sondu použít speciální trubku nebo druhou samostatnou uzemněnou sondu. Látka mezi deskami slouží jako dielektrikum kondenzátoru – vzduch nebo materiál, jehož hladina je monitorována.

Je zřejmé, že když je nádrž naplněna, elektrická kapacita kondenzátoru se bude postupně měnit. S prázdnou nádrží bude mít elektrická kapacita určitou hodnotu a v procesu vytlačování vzduchu se změní. Zvýšením produktu v nádrži se změní kapacita kondenzátoru tvořeného snímačem a nádrží.

Elektronika snímače převádí změnu kapacity na změnu úrovně.Pokud je tvar nádrže neobvyklý, použije se druhá sonda, protože desky tvarovaného kondenzátoru musí být umístěny svisle. Maximální hladina dosahuje 30 metrů. Přesnost není menší než jedna třetina procenta. Provozní teplota až +800 ºС, v závislosti na modelu. Doba zpoždění je nastavitelná.

Kapacitní snímače hladiny se používají především ke sledování hladiny kapalin v mnoha oblastech, kde je nutné udržovat určitou hladinu produktu: při výrobě nápojů, domácí chemie, ve výrobnách vody, v zemědělství atd. .

Magnetické hladinoměry

Na pohonu je plovák s permanentním magnetem. Magneticky citlivé spínače jsou instalovány uvnitř ovladače. Sekvenční ovládání spínačů při plnění nebo vyprazdňování nádrže způsobuje změnu proudu v jednotlivých částech.

Princip je tak jednoduchý, že tyto hladinoměry nevyžadují seřízení a jsou tedy levné a oblíbené. Omezení zavádí pouze hustota kapaliny. Provozní teplota až +120 ºС. Limit posunu je 6 metrů.

Magnetický manometr je cenově výhodné řešení pro měření hladiny kapalin v mnoha průmyslových odvětvích.

Mikrovlnné reflexní měřiče

Na rozdíl od radarových měřicích zařízení se zde vlna nešíří ve volném vzduchu, ale podél sondy zařízení, což může být lano nebo hůl. Vlnový impuls podléhá odrazu od rozhraní mezi dvěma médii s různými dielektrickými konstantami a vrací se zpět a čas mezi okamžikem přenosu a okamžikem příjmu je elektronikou pevně stanoven a převeden na hodnotu hladiny.

Použití vlnovodu zabraňuje parazitnímu efektu prachu, pěny, varu a také vlivu okolní teploty. Dielektrická konstanta měřeného média nesmí být nižší než 1,3e.

Reflektorové hladinoměry lze použít tam, kde radar nemůže fungovat kvůli vyzařovacímu diagramu, například v úzkých vysokých nádržích. Mez měření 30 metrů. Provozní teplota do +200 ºС. Přesnost do 5 mm.

Mikrovlnné hladinové vysílače Reflex lze použít ke kontinuálnímu sledování hladiny nevodivých a vodivých kapalin a pevných látek, jakož i k měření jejich hmotnosti a objemu. Použitelné v mnoha průmyslových odvětvích.

Přemostění hladinových vysílačů

Na boku nádoby je umístěn měřící sloup. Kapalina naplní trubici a měří se její hladina. Princip komunikace plavidla. Magnet plave na povrchu kapaliny v trubici a v blízkosti trubice se vznáší magnetostrikční senzor, který převádí vzdálenost k magnetu na proudový signál.

Trubice má indikační destičky různých barev, které mění svou polohu vlivem magnetického pole magnetu. Vzhledem k tomu, že nedochází ke kontaktu kapaliny s vnějším prostředím, jsou bypassové vysílače použitelné v potravinářském a farmaceutickém průmyslu. Omezení úrovně měření na 3,5 metru. Přesnost do 0,5 mm. Provozní teplota až +250 ºС.

Obtokové měřicí přístroje jsou použitelné tam, kde je požadována vizuální kontrola hladiny kapaliny: v tepelné energetice, v chemickém průmyslu, v bytovém sektoru, v elektroenergetice, v potravinářství a v ropném a plynárenském průmyslu.

Magnetostrikční hladinové vysílače

Pružné nebo tuhé vodítko obsahuje plovák se zabudovaným magnetem. Podél vodiče je umístěn vlnovod, kolem kterého je vybuzeno radiální magnetické pole proudovými impulsy přes cívku. Když se toto magnetické pole srazí s magnetickým polem permanentního magnetu plováku, magnetostrikční vlnovod podstoupí vysoce dynamickou plastickou deformaci.

V důsledku této deformace se ultrazvuková vlna šíří podél vlnovodu a je na jednom konci fixována elektronickým převodníkem. Porovnání během okamžiku spouštěcího impulsu a času výskytu deformačního impulsu určuje umístění plováku. Limit úrovně měření dosahuje 15 metrů. Přesnost do 1 mm. Provozní teplota do +200 ºС.

Magnetostrikční manometry se používají v chemickém průmyslu ke sledování hladiny pěnění kapalin, v potravinářském průmyslu a v hutnictví ke sledování hladiny tekutých potravin a paliv.

Spousta hladinoměrů

Zátěž je připevněna ke kabelu nebo pásce navinuté na bubnu. Při instalaci snímače na víko nádrže je možné snížit zatížení nádrže. Elektromotor otáčí bubnem a břemeno klesá dolů po kabelu. Když se závaží dotkne povrchu měřeného materiálu, napětí v laně se uvolní a to signalizuje hladinu materiálu. Lano se opět namotá kolem bubnu a zvedá břemeno zpět nahoru.

Elektronika vypočítá hladinu na základě počtu otáček bubnu. Pro detekci látek o hustotě 20 kg na m3 je takový senzor vhodný. Omezení úrovně měření na 40 metrů.Přesnost od 1 do 10 cm v závislosti na úpravě. Interval měření si nastavuje uživatel a může být od 6 minut do 100 hodin. Provozní teplota až +250 ºС.

Vícedávkové měřiče se používají v různých průmyslových odvětvích ke kontrole hladiny sypkých materiálů v automatizovaných systémech.