Контрола нивоа у системима индустријске аутоматизације

Многи системи аутоматизације захтевају мерење нивоа. И постоји много индустрија у којима је потребно мерење нивоа. Данас постоји много сензора нивоа који вам омогућавају да измерите многе физичке величине које се односе на количину одређеног материјала у резервоару.

Сензори првог нивоа радили су само са течностима, али сада, захваљујући напретку, постоје сензори за расуте материјале. Мерачи нивоа и прекидачи нивоа вам омогућавају да континуирано пратите ниво и контролишете да ли материјал достиже наведени ниво. У овом чланку ћемо се фокусирати на врсте савремених мерача нивоа.

Данас сензори нивоа могу да раде и са течностима и са расутим материјалима, па чак и са гасовима, а материјал се може налазити и у контејнеру и у цевоводу. Сензори се деле на контактне и бесконтактне, а према начину уградње могу бити пројектовани за уградњу или у тело цевовода или контејнера са мереним материјалом или изнад мереног материјала.

Сензори првог нивоа радили су на једноставном принципу пловка и користили су метод затварања контаката са материјалом. Сада су сензори претрпели побољшања, у свом дизајну садрже кола која пружају низ додатних функција, као што су мерење запремине, протока, сигнализација када се достигне граница итд. Резултати мерења се могу обрадити и чувати.

Без обзира да ли индустрија рукује течним, вискозним, гасовитим, слободно течним, лепљивим, пастозним материјалима, увек постоји одговарајући сензор нивоа за право окружење. Вода, раствор, алкалије, киселине, уља, уља, горива и мазива, пластичне грануле — обим примене је веома широк, а сензори засновани на различитим физичким принципима омогућавају вам да изаберете онај који одговара специфичним условима и за готово сваки задатак.

Хардвер сензора се састоји од два дела: самог сензора и алата за визуелизацију података. Контактни и бесконтактни сензори, сталне промене и праћење граница — опсег сензорских могућности данас је прилично богат.

Тип сензора који одаберете је одређен специфичностима индустријског процеса и окружења у којем ће сензор радити. Са алатима за визуелизацију, процес мерења може да генерише графиконе за анализу информација на нивоу производа, што у великој мери олакшава аутоматизацију.

Мерачи нивоа се користе за континуирано праћење нивоа расутог материјала или течности у природним и вештачким резервоарима. Они мере ниво са резолуцијом од неколико милисекунди до десетина секунди.

Користе се за праћење нивоа водених раствора, киселина, база, алкохола итд., као и расутих материјала.Они су контактни и бесконтактни, а по физичким принципима потпуно су разноврсни. Погледајмо сваки тип детаљније.

Микроталасни радарски мерачи нивоа

Користе се за континуирано праћење нивоа, универзални су. У раду се користи феномен рефлексије електромагнетног таласа са интерфејса између два медија. Фреквенција таласа је од 6 до 95 ГХз, а што је већа, то је нижа диелектрична константа мереног материјала, на пример за нафтне деривате, фреквенција таласа треба да буде максимална. Али диелектрична константа не би требало да буде већа од 1,6.

Пошто сензор ради као радар, не плаши се сметњи, а висока фреквенција таласа минимизира паразитски утицај притиска и температуре у посуди. Радарски сензори са тако високим радним фреквенцијама су имуни на прашину, пару и пену.

У зависности од типа и величине сензорске антене, тачност уређаја може да варира. Што је антена већа и шира, то ће сигнал бити јачи и тачнији, што је већи домет, то је боља резолуција. Прецизност микроталасних радарских сензора је унутар 1 мм, могу да раде на температурама до +250 ºС и мере ниво до 50 м.

Радарски нивоомери се користе у многим индустријама где се рукује расутим материјалима: у грађевинарству, обради дрвета, у хемијској индустрији, у прехрамбеној индустрији, у производњи пластике, стакла и керамике. Такође су применљиви за мерење нивоа течности.

Акустични мерни инструменти

Користе се акустични таласи који се, када се рефлектују од посматране супстанце, примају и обрађују.Софтвер филтрира жељени сигнал откривањем лажних одјека.

Сигнал се преноси снажним импулсом, тако да су губици и слабљење минимални. У зависности од температуре, сигнал се компензује и тачност остаје висока, унутар четвртине процента. Сензор се поставља вертикално или под углом. Ниво промене може бити до 60 метара. Радна температура до +150 ºС. Отпоран на експлозију.

Акустични манометри се користе у многим индустријама, од система аутоматизације утовара краном и система за праћење нивоа канализације у септичким јамама, до производње чоколаде.

Ултразвучни мерачи нивоа

Примају се ултразвучне вибрације које се одбијају од интерфејса између два медија и мери се временски интервал између тренутка слања и пријема сигнала. Дискретност је неколико секунди, то је због коначне брзине звука у ваздуху. Максимални ниво мерења достиже 25 метара.

Софтвер вам омогућава да унапред конфигуришете сензор да се искључи током периода када неки механизам пролази испод њега, на пример оштрица за мешање. Могуће је контролисати сензор са рачунара. Поставља се вертикално изнад материјала или под углом. Тачност унутар четвртине процента. Радна температура до +90 ºС. Отпоран на експлозију.

Ултразвучни мерачи нивоа користе се за праћење нивоа расутих материјала у многим областима, од цементара до хемијске и прехрамбене индустрије.

Хидростатички мерачи нивоа

Измерите притисак течности на дну посуде. Деформација осетљивог елемента се претвара у електрични сигнал. Приликом мерења диференцијалног притиска неопходна је веза са атмосфером.Погодан за рад са водом и другим неагресивним течностима, за пасте и сл. Може да ради у отвореним и затвореним просторијама, у базенима, бунарима итд.

Количина притиска зависи од густине течности и њене запремине у резервоару, од висине стуба течности. Мерач нивоа може бити потопљен или обичан - или се капиларна цев уклања ради контакта са атмосфером, или се предајник сече директно на дно резервоара.

Приликом уградње потребно је искључити лажно фиксирање притиска протока течности када се пумпа у резервоар. Тачност унутар четвртине процента. Радна температура до +125 ºС.

Хидростатички мерачи нивоа се широко користе у хемијској индустрији у резервоарима, у стамбеним и комуналним услугама у бунарима, у прехрамбеној индустрији опремљени су посудама са течним производима, у металургији, у фармацеутској индустрији, у нафтној индустрији итд.

Капацитивни мерачи нивоа

Сонда сензора и проводни зид резервоара чине а кондензаторске плоче… Уместо проводног зида, специјална цев се може користити за монтажу на сонду или другу засебну уземљену сонду. Супстанца између плоча служи као диелектрик кондензатора - ваздух или материјал чији се ниво прати.

Очигледно, када се резервоар напуни, електрични капацитет кондензатора ће се постепено мењати. Са празним резервоаром, електрични капацитет ће имати одређену вредност, а у процесу померања ваздуха ће се променити. Повећање производа у резервоару мења капацитивност кондензатора формираног од сензора и резервоара.

Електроника сензора претвара промену капацитивности у промену нивоа.Ако је облик резервоара необичан, онда се користи друга сонда, јер плоче формираног кондензатора морају бити постављене вертикално. Максимални ниво достиже 30 метара. Тачност није мања од једне трећине процента. Радна температура до +800 ºС, у зависности од модела. Време кашњења је подесиво.

Капацитивни сензори нивоа се углавном користе за праћење нивоа течности у многим областима где је потребно одржавати одређени ниво производа: у производњи пића, кућне хемије, у погонима за производњу воде, у пољопривреди итд.

Магнетни мерачи нивоа

На драјверу је пловак са трајним магнетом. Унутар драјвера уграђени су магнетно осетљиви прекидачи. Узастопни рад прекидача при пуњењу или пражњењу резервоара изазива промену струје у појединим деловима.

Принцип је толико једноставан да ови мерачи нивоа не захтевају подешавање и стога су јефтини и популарни. Ограничења се уводе само густином течности. Радна температура до +120 ºС. Граница смене је 6 метара.

Магнетни манометар је исплативо решење за мерење нивоа течности у многим индустријама.

Микроталасни рефлекс метри

За разлику од радарских мерних уређаја, овде се талас не шири на отвореном, већ дуж сонде уређаја, која може бити конопац или штап. Таласни импулс се рефлектује са интерфејса између два медија са различитим диелектричним константама и враћа се назад, а време између тренутка преноса и тренутка пријема фиксира електроника и претвара у вредност нивоа.

Коришћењем таласовода избегава се паразитски ефекат прашине, пене, кључања, као и утицај температуре околине. Диелектрична константа мерене средине не сме бити нижа од 1,3е.

Рефлекторски мерачи нивоа могу се користити тамо где радар не може да ради због обрасца зрачења, на пример у уским високим резервоарима. Граница мерења 30 метара. Радна температура до +200 ºС. Прецизност унутар 5 мм.

Рефлексни микроталасни предајници нивоа могу се користити за континуирано праћење нивоа непроводних и проводних течности и чврстих материја, као и за мерење њихове масе и запремине. Применљиво у многим индустријама.

Бајпас предајници нивоа

Мерна колона се налази са стране посуде. Течност испуњава цев и мери се њен ниво. Принцип комуникације пловила. Магнет лебди на површини течности у цеви, а у близини цеви лебди магнетостриктивни сензор који претвара растојање до магнета у струјни сигнал.

Цев има индикаторске плоче различитих боја које мењају свој положај под утицајем магнетног поља магнета. Због чињенице да нема контакта течности са спољашњим окружењем, бајпас трансмитери су применљиви у прехрамбеној и фармацеутској индустрији. Ограничење нивоа мерења на 3,5 метара. Прецизност унутар 0,5 мм. Радна температура до +250 ºС.

Бајпас мерни уређаји су применљиви када је потребна визуелна контрола нивоа течности: у термоенергетској индустрији, у хемијској индустрији, у стамбеном сектору, у електропривреди, прехрамбеној индустрији и индустрији нафте и гаса.

Магнетостриктивни предајници нивоа

Флексибилна или крута водилица садржи пловак са уграђеним магнетом. Дуж проводника се налази таласовод, око којег се импулсима струје кроз калем побуђује радијално магнетно поље. Када се ово магнетно поље судари са магнетним пољем трајног магнета пловка, магнетостриктивни таласовод пролази кроз високо динамичку пластичну деформацију.

Као резултат ове деформације, ултразвучни талас се шири дуж таласовода и фиксира се електронским претварачем на једном крају. Поређење у тренутку покретања импулса и времена појаве деформационог импулса одређује локацију пловка. Граница нивоа мерења достиже 15 метара. Прецизност унутар 1 мм. Радна температура до +200 ºС.

Магнетостриктивни манометри се користе у хемијској индустрији за праћење нивоа пенећих течности, у прехрамбеној индустрији и у металургији за праћење нивоа течних намирница и горива.

Много мерача нивоа

Терет је причвршћен за кабл или траку намотану на бубањ. Приликом уградње сензора на поклопац резервоара, постаје могуће смањити оптерећење у резервоару. Електромотор ротира бубањ и терет се спушта низ кабл. Када тежина додирне површину материјала који се мери, напетост у ужету се ослобађа и то сигнализира ниво материјала. Конопац се поново вијуга око бубња, подижући терет назад.

Електроника израчунава ниво на основу броја обртаја бубња. За детекцију супстанци са густином од 20 кг по м3, такав сензор је погодан. Ограничење нивоа мерења на 40 метара.Тачност од 1 до 10 цм, у зависности од модификације. Интервал мерења поставља корисник и може бити од 6 минута до 100 сати. Радна температура до +250 ºС.

Мерачи са више серија се користе у различитим индустријама за контролу нивоа расутих материјала у аутоматизованим системима.