Līmeņa kontrole rūpnieciskās automatizācijas sistēmās

Daudzām automatizācijas sistēmām ir nepieciešama līmeņa mērīšana. Un ir daudzas nozares, kur ir nepieciešama līmeņa mērīšana. Mūsdienās ir daudz līmeņa sensoru, kas ļauj izmērīt daudzus fiziskus lielumus, kas saistīti ar noteikta materiāla daudzumu tvertnē.

Pirmā līmeņa pirmā līmeņa sensori darbojās tikai ar šķidrumiem, bet tagad, pateicoties sasniegumiem, ir sensori beztaras materiāliem. Līmeņa mērītāji un līmeņa slēdži ļauj nepārtraukti uzraudzīt līmeni un kontrolēt, vai materiāls sasniedz noteikto līmeni. Šajā rakstā mēs pievērsīsimies mūsdienu līmeņa mērītāju veidiem.

Mūsdienās līmeņa sensori var strādāt gan ar šķidrumiem, gan beztaras materiāliem un pat gāzēm, turklāt materiāls var atrasties gan konteinerā, gan cauruļvadā. Sensori tiek iedalīti kontakta un bezkontakta, un atbilstoši uzstādīšanas metodei tie var būt paredzēti uzstādīšanai vai nu cauruļvada vai konteinera korpusā ar izmērīto materiālu, vai virs izmērītā materiāla.

Pirmā līmeņa sensori strādāja pēc vienkārša pludiņa principa un izmantoja metodi kontaktu slēgšanai ar materiālu. Tagad sensoros ir veikti uzlabojumi, to konstrukcijā ir iekļautas shēmas, kas nodrošina vairākas papildu funkcijas, piemēram, tilpuma, plūsmas ātruma mērīšanu, signalizāciju, kad ir sasniegta robeža utt. Mērījumu rezultātus var apstrādāt un uzglabāt.

Neatkarīgi no tā, vai nozare strādā ar šķidriem, viskoziem, gāzveida, brīvi plūstošiem, lipīgiem, pastveida materiāliem, vienmēr ir piemērotais līmeņa sensors pareizajai videi. Ūdens, šķīdums, sārms, skābe, eļļa, eļļa, degvielas un smērvielas, plastmasas granulas — pielietojuma joma ir ļoti plaša, un sensori, kuru pamatā ir dažādi fizikālie principi, ļauj izvēlēties piemērotu konkrētiem apstākļiem un gandrīz jebkuram uzdevumam.

Sensora aparatūra sastāv no divām daļām: paša sensora un datu vizualizācijas rīka. Kontakta un bezkontakta sensori, pastāvīgas izmaiņas un robežu izsekošana — sensoru iespēju klāsts mūsdienās ir diezgan bagātīgs.

Jūsu izvēlētā sensora veidu nosaka rūpnieciskā procesa specifika un vide, kurā sensors darbosies. Izmantojot vizualizācijas rīkus, mērījumu process var ģenerēt grafikus, lai analizētu produkta līmeņa informāciju, ievērojami atvieglojot automatizāciju.

Līmeņa mērītāji tiek izmantoti, lai nepārtraukti uzraudzītu beztaras materiālu vai šķidrumu līmeni dabiskajos un mākslīgajos rezervuāros. Viņi mēra līmeni ar izšķirtspēju no dažām milisekundēm līdz desmitiem sekunžu.

Tos izmanto, lai uzraudzītu ūdens šķīdumu, skābju, bāzu, spirtu u.c., kā arī beztaras materiālu līmeni.Tie ir kontakta un bezkontakta, un pēc fiziskajiem principiem tie ir pilnīgi dažādi. Apskatīsim katru veidu sīkāk.

Mikroviļņu radara līmeņa mērītāji

Tos izmanto nepārtrauktai līmeņa uzraudzībai, tie ir universāli. Darbā izmantots elektromagnētiskā viļņa atstarošanas fenomens no saskarnes starp diviem medijiem. Viļņu frekvence ir no 6 līdz 95 GHz, un jo augstāka tā ir, jo zemāka dielektriskā konstante izmērītajam materiālam, piemēram, naftas produktiem, viļņu frekvencei jābūt maksimālai. Bet dielektriskā konstante nedrīkst būt augstāka par 1,6.

Tā kā sensors darbojas kā radars, tas nebaidās no traucējumiem, un augstā viļņu frekvence samazina spiediena un temperatūras parazītisko ietekmi traukā. Radara sensori ar tik augstām darbības frekvencēm ir imūni pret putekļiem, tvaikiem un putām.

Atkarībā no sensora antenas veida un izmēra ierīces precizitāte var atšķirties. Jo lielāka un platāka antena, jo spēcīgāks un precīzāks būs signāls, jo lielāks diapazons, jo labāka izšķirtspēja. Mikroviļņu radara sensoru precizitāte ir 1 mm robežās, tie var darboties temperatūrā līdz +250 ºС un mērīt līmeni līdz 50 m.

Radara līmeņa mērītāji tiek izmantoti daudzās nozarēs, kur tiek apstrādāti birstošie materiāli: celtniecībā, kokapstrādes rūpniecībā, ķīmiskajā rūpniecībā, pārtikas rūpniecībā, plastmasas, stikla un keramikas ražošanā. Tie ir piemēroti arī šķidrumu līmeņa mērīšanai.

Akustiskie mērinstrumenti

Tiek izmantoti akustiskie viļņi, kas, atstarojot no novērotās vielas, tiek uztverti un apstrādāti.Programmatūra filtrē vēlamo signālu, atklājot viltus atbalsis.

Signāls tiek pārraidīts ar spēcīgu impulsu, tāpēc zudumi un vājināšanās ir minimāli. Atkarībā no temperatūras signāls tiek kompensēts, un precizitāte saglabājas augsta, ceturtdaļas procenta robežās. Sensors ir uzstādīts vertikāli vai leņķī. Izmaiņu līmenis var būt līdz 60 metriem. Darba temperatūra līdz +150 ºС. Sprādziendrošs.

Akustiskie manometri tiek izmantoti daudzās nozarēs, sākot no celtņu iekraušanas automatizācijas sistēmām un notekūdeņu līmeņa uzraudzības sistēmām septiskajās tvertnēs un beidzot ar šokolādes ražošanu.

Ultraskaņas līmeņa mērītāji

Tiek uztvertas ultraskaņas vibrācijas, kas atspoguļojas no saskarnes starp diviem medijiem, un tiek mērīts laika intervāls starp signāla nosūtīšanas un saņemšanas brīdi. Diskrētība ir dažas sekundes, tas ir saistīts ar ierobežotu skaņas ātrumu gaisā. Maksimālais mērījumu līmenis sasniedz 25 metrus.

Programmatūra ļauj iepriekš konfigurēt sensoru, lai tas izslēgtos laikā, kad zem tā iet kāds mehānisms, piemēram, maisīšanas lāpstiņa. Sensoru iespējams vadīt no datora. Uzstādīts vertikāli virs materiāla vai leņķī. Precizitāte ceturtdaļas procenta robežās. Darba temperatūra līdz +90 ºС. Sprādziendrošs.

Ultraskaņas līmeņa mērītāji tiek izmantoti, lai uzraudzītu beztaras materiālu līmeni daudzās jomās, sākot no cementa rūpnīcām līdz ķīmiskajai un pārtikas rūpniecībai.

Hidrostatiskie līmeņa mērītāji

Izmēriet šķidruma spiedienu tvertnes apakšā. Jutīgā elementa deformācija tiek pārveidota par elektrisko signālu. Mērot diferenciālo spiedienu, ir nepieciešams savienojums ar atmosfēru.Piemērots darbam ar ūdeni un citiem neagresīviem šķidrumiem, pastām u.c. Var darboties gan atklātās, gan slēgtās telpās, baseinos, akās u.c.

Spiediena lielums ir atkarīgs no šķidruma blīvuma un tā tilpuma tvertnē, no šķidruma kolonnas augstuma. Līmeņa mērītājs var būt iegremdējams vai regulārs - vai nu tiek noņemta kapilārā caurule saskarei ar atmosfēru, vai arī raidītājs tiek iegriezts tieši tvertnes apakšā.

Uzstādīšanas laikā ir jāizslēdz nepatiesa šķidruma plūsmas spiediena fiksācija, kad tas tiek iesūknēts tvertnē. Precizitāte ceturtdaļas procenta robežās. Darba temperatūra līdz +125 ºС.

Hidrostatiskos līmeņa mērītājus plaši izmanto ķīmiskajā rūpniecībā tvertnēs, mājokļos un komunālajos saimniecības akās, pārtikas rūpniecībā tie ir aprīkoti ar konteineriem ar šķidriem produktiem, metalurģijā, farmācijas rūpniecībā, naftas rūpniecībā utt.

Kapacitatīvie līmeņa mērītāji

Sensora zonde un vadošā tvertnes siena veido a kondensatoru plāksnes… Vadošas sienas vietā var izmantot īpašu cauruli, lai piestiprinātu zondes zondi vai otru atsevišķu iezemētu zondi. Viela starp plāksnēm kalpo kā kondensatora dielektriķis — gaiss vai materiāls, kura līmenis tiek uzraudzīts.

Acīmredzot, kad tvertne ir piepildīta, kondensatora elektriskā jauda pakāpeniski mainīsies. Ar tukšu tvertni elektriskā jauda būs noteikta vērtība, un gaisa pārvietošanas procesā tā mainīsies. Palielinot produktu tvertnē, mainās sensora un tvertnes veidotā kondensatora kapacitāte.

Sensora elektronika pārvērš kapacitātes izmaiņas līmeņa izmaiņās.Ja tvertnes forma ir neparasta, tiek izmantota otra zonde, jo izveidotā kondensatora plāksnēm jāatrodas vertikāli. Maksimālais līmenis sasniedz 30 metrus. Precizitāte nav mazāka par vienu trešdaļu procenta. Darba temperatūra līdz +800 ºС, atkarībā no modeļa. Aizkaves laiks ir regulējams.

Kapacitatīvos līmeņa sensorus galvenokārt izmanto, lai uzraudzītu šķidrumu līmeni daudzās jomās, kur nepieciešams uzturēt noteiktu produkta līmeni: dzērienu, sadzīves ķīmijas ražošanā, ūdens ražošanas uzņēmumos, lauksaimniecībā utt.

Magnētiskie līmeņa mērītāji

Uz vadītāja ir pastāvīgā magnēta pludiņš. Magnētiski jutīgi slēdži ir uzstādīti draivera iekšpusē. Slēdžu secīgā darbība, piepildot vai iztukšojot tvertni, izraisa strāvas maiņu atsevišķās daļās.

Princips ir tik vienkāršs, ka šiem līmeņa mērītājiem nav nepieciešama regulēšana, tāpēc tie ir lēti un populāri. Ierobežojumus ievieš tikai šķidruma blīvums. Darba temperatūra līdz +120 ºС. Maiņu ierobežojums ir 6 metri.

Magnētiskais manometrs ir rentabls risinājums šķidruma līmeņa mērīšanai daudzās nozarēs.

Mikroviļņu refleksu mērītāji

Atšķirībā no radara mērierīcēm, šeit vilnis izplatās nevis brīvā dabā, bet gan pa ierīces zondi, kas var būt virve vai nūja. Viļņu impulss tiek atstarots no saskarnes starp diviem medijiem ar dažādām dielektriskajām konstantēm un atgriežas atpakaļ, un laiku starp pārraides brīdi un uztveršanas brīdi elektronika fiksē un pārvērš līmeņa vērtībā.

Viļņvada izmantošana ļauj izvairīties no putekļu, putu, viršanas parazītiskās iedarbības, kā arī apkārtējās vides temperatūras ietekmes. Mērītās vides dielektriskā konstante nedrīkst būt zemāka par 1,3e.

Atstarotāju līmeņa mērītājus var izmantot vietās, kur radars nevar darboties radiācijas modeļa dēļ, piemēram, šaurās augstās tvertnēs. Mērījumu robeža 30 metri. Darba temperatūra līdz +200 ºС. Precizitāte 5 mm robežās.

Reflex mikroviļņu līmeņa raidītājus var izmantot, lai nepārtraukti uzraudzītu nevadošu un vadošu šķidrumu un cietvielu līmeni, kā arī mērītu to masu un tilpumu. Piemērojams daudzās nozarēs.

Apvada līmeņa raidītāji

Kuģa sānos atrodas mērīšanas kolonna. Šķidrums piepilda cauruli un tiek izmērīts tā līmenis. Kuģu sakaru princips. Magnēts peld uz šķidruma virsmas caurulē, un netālu no caurules peld magnetostriktīvs sensors, kas pārvērš attālumu līdz magnētam strāvas signālā.

Caurulei ir dažādu krāsu indikatorplāksnes, kas magnēta magnētiskā lauka ietekmē maina savu pozīciju. Sakarā ar to, ka šķidrumam nav saskares ar ārējo vidi, apvada raidītāji ir izmantojami pārtikas un farmācijas rūpniecībā. Mērījumu līmeņa ierobežojums līdz 3,5 metriem. Precizitāte 0,5 mm robežās. Darba temperatūra līdz +250 ºС.

Apvedceļa mērierīces ir izmantojamas, ja nepieciešama šķidruma līmeņa vizuālā kontrole: siltumenerģētikā, ķīmiskajā rūpniecībā, dzīvojamo māju sektorā, elektroenerģijas rūpniecībā, pārtikas rūpniecībā un naftas un gāzes rūpniecībā.

Magnetostriktīvie līmeņa raidītāji

Elastīgajā vai cietajā vadotnē ir pludiņš ar iebūvētu magnētu. Gar vadītāju atrodas viļņvads, ap kuru caur spoli ar strāvas impulsiem tiek ierosināts radiālais magnētiskais lauks. Kad šis magnētiskais lauks saduras ar pludiņa pastāvīgā magnēta magnētisko lauku, magnetostriktīvais viļņvads tiek pakļauts ļoti dinamiskai plastiskai deformācijai.

Šīs deformācijas rezultātā ultraskaņas vilnis izplatās pa viļņvadu un tiek fiksēts ar elektronisku devēju vienā galā. Salīdzinājums sprūda impulsa momentā un deformācijas impulsa rašanās laiks nosaka pludiņa atrašanās vietu. Mērījumu līmeņa robeža sasniedz 15 metrus. Precizitāte 1 mm robežās. Darba temperatūra līdz +200 ºС.

Magnetostriktīvie manometri tiek izmantoti ķīmiskajā rūpniecībā, lai uzraudzītu putojošo šķidrumu līmeni, pārtikas rūpniecībā un metalurģijā, lai uzraudzītu šķidro pārtikas produktu un degvielas līmeni.

Daudz līmeņa mērītāju

Uz trumuļa uztīta kabeļa vai lentes ir piestiprināta slodze. Uzstādot sensoru uz tvertnes vāka, kļūst iespējams samazināt slodzi tvertnē. Elektromotors griež cilindru, un slodze nolaižas pa kabeli. Kad svars pieskaras mērāmā materiāla virsmai, virves spriegums tiek atbrīvots un tas signalizē par materiāla līmeni. Virve atkal vijās ap bungu, paceļot kravu atpakaļ uz augšu.

Elektronika aprēķina līmeni, pamatojoties uz cilindra apgriezienu skaitu. Šāds sensors ir piemērots tādu vielu noteikšanai, kuru blīvums ir 20 kg uz m3. Mērījumu līmeņa ierobežojums līdz 40 metriem.Precizitāte no 1 līdz 10 cm, atkarībā no modifikācijas. Mērījumu intervālu nosaka lietotājs, un tas var būt no 6 minūtēm līdz 100 stundām. Darba temperatūra līdz +250 ºС.

Vairāku partiju skaitītāji tiek izmantoti dažādās nozarēs, lai kontrolētu beramo materiālu līmeni automatizētajās sistēmās.