05.08.2020 | Czas czytania 11 minuty | Redakcja CAPTRON

JAKA METODA JEST NAJLEPSZA DO POMIARU DANEGO MEDIUM?

Aby podejmowanie ekonomicznych decyzji było możliwe, we współczesnej automatyce przemysłowej niezbędne jest posiadanie rzetelnych danych pomiarowych, które dostarczą informacji zarządczych: Dotyczy to przede wszystkim pomiaru poziomu napełnienia. Z tego względu monitorowanie i kontrola procesów jest ważnym narzędziem w zastosowaniach przemysłowych. Ale która metoda albo technologia pomiaru jest najlepsza dla danego medium?

W tym artykule pochylamy się nad sednem zagadnienia i porównujemy różne trendy w kwestii pomiaru poziomu napełnienia, pozwalające określić ilość cieczy, towarów sypkich, past, klejów oraz substancji agresywnych chemicznie.

Rodzaj technologii wdrożonej do pomiaru poziomu może być uzależniony od typu cieczy albo materiału, korozyjności medium, od tego, czy konieczny jest pomiar punktowy czy ciągły, od rozmiaru pojemnika oraz od środowiska roboczego (np. wysokie temperatury). Aby ułatwić podjęcie decyzji, przedstawiamy zestawienie różnych technologii do pomiaru poziomu napełnienia.

Optyczne wykrywanie poziomu

Optyczne czujniki poziomu wykrywają poziom cieczy, wykorzystując właściwości wiązki światła. Czujnik składa się z emitera światła oraz fotodetektora, który mierzy światło odbite. Obecność cieczy sprawia, że wiązka światła się załamuje albo zmniejsza się ilość światła odbitego, co powoduje zmianę sygnału elektrycznego.

Jest to metoda inwazyjna, wymagająca kontaktu z cieczą, jednak może być niedroga i przydatna do pomiaru poziomu oraz wykrywania nieszczelności w warunkach wysokiej temperatury i ciśnienia. Czujniki optyczne nie są z reguły zbyt dokładne i mogą nie działać, jeśli są zabrudzone. Czujniki optyczne mogą napotykać problemy w przypadku powierzchni odblaskowych oraz falujących materiałów.

Metoda pojemnościowa:

W przypadku materiałów o różnych stałych dielektrycznych czujnik pojemnościowy mierzy zmianę pojemności elektrycznej między dwiema elektrodami umieszczonymi w zbiorniku, kiedy poziom medium podnosi się lub obniża. Można wykorzystać tę metodę do pomiaru cieczy oraz materiałów sypkich (np. piasek, granulat tworzywa sztucznego) w wielu zastosowaniach w przemyśle chemicznym, wodno-kanalizacyjnym, spożywczym, farmaceutycznym oraz mechanicznym. Czujniki te są bardzo dokładne, solidne i niezawodne, jednak wymagają pewnego stopnia kalibracji dla danego medium.

Ultradźwięki

Te czujniki poziomu emitują fale ultradźwiękowe i mierzą odległość pomiędzy czujnikiem a cieczą na podstawie czasu odbicia i siły odbitej fali. Jest to metoda dokładna, bezkontaktowa i nie ma na nią wpływu mierzony materiał. Czujniki mogą jednak być drogie oraz napotykać problemy w przypadku pieniących się cieczy i zbiorników o skomplikowanej geometrii, a także nie działają w zbiornikach próżniowych. W związku z zasadą pomiaru czasu przelotu w górnym obszarze zbiornika znajduje się strefa jałowa, dlatego zbiornik nie może być całkowicie napełniony. Systemy ultradźwiękowe mogą napotykać problemy z krzyżującymi się odbiciami w przypadku falujących materiałów.

Radar

Zasada działania jest podobna, jak w przypadku ultradźwięków, jednak czujniki radaru mają antenę, która zamiast sygnałów dźwiękowych przekazuje sygnały o częstotliwościach mikrofalowych. Poziom mierzonego materiału określa się na podstawie czasu odbicia sygnału mikrofalowego. Czujniki te są bardzo dokładne i nie wymagają kalibracji, jednak są też bardzo drogie. Potencjalne problemy są podobne, jak w przypadku ultradźwięków, ale radar może działać w próżni. Czujniki radarowe są zazwyczaj wykorzystywane do pomiarów na dużych odległościach (1 – 30/50 m) dla takich zastosowań, jak np. silosy/zbiorniki ziarna.

Wibracja

Metoda przydatna szczególnie w przypadku cieczy, proszków oraz drobnoziarnistych ciał stałych w przemyśle wydobywczym, chemicznym i spożywczym; czujniki wibracji mają rozwidlony element czujnikowy, który wibruje z własną częstotliwością rezonansową. Zmiana częstotliwości jest miarą zmiany poziomu. Metoda ta jest opłacalna i kompaktowa, ale wymaga kontaktu z materiałem. Czujniki wibracji nie są z reguły zbyt dokładne. Czujniki wibracji nie mogą wykonywać pomiaru ciągłego (analogowego), a każde urządzenie ma tylko jeden punkt przełączania.

Przewodność właściwa

Do pomiaru przewodności właściwej albo oporu elektrycznego wykorzystuje się sondy z prądem przyłożonym pomiędzy dwiema elektrodami. Gdy ciecz pokrywa sondę, obwód jest zamknięty i prąd może przepływać, natomiast gdy sonda nie jest pokryta przez ciecz, obwód jest przerwany i może wskazywać na niski albo wysoki poziom. Metoda ta jest niedroga i inwazyjna. Działa wyłącznie w przypadku cieczy przewodzących oraz istnieje prawdopodobieństwo, że z czasem sonda będzie erodować.

Pływak

Innym czujnikiem służącym do łatwego wskazywania wysokiego albo niskiego poziomu jest przełącznik pływakowy, który podnosi się albo opada, gdy poziom cieczy w pojemniku albo zbiorniku zwiększa się albo zmniejsza. Ta mechaniczna metoda pomiaru nie wymaga zasilania i może być niedroga, jednak pływaki są stosunkowo duże w porównaniu do innych czujników, a także mniej niezawodne

Obciążenie

Czujniki obciążenia mierzą masę zbiornika, aby określić poziom; czujniki są zazwyczaj przymocowane do ramy wsporczej zbiornika, aby mierzyć siłę nacisku pojemnika. Każda zmiana masy oznacza zmianę poziomu. Czujniki obciążenia można stosować do pomiaru cieczy oraz ciał stałych, o ile materiał ma stałą gęstość.

Przykład zastosowania czujników pojemnościowych

Istnieje wiele różnych technologii, jednak zaprezentujemy pewien szczególny rodzaj, na przykładzie czujników pojemnościowych firmy CAPTRON.

Jak pokazuje powyższy wykres, podstawową zasadą działania pojemnościowego pomiaru poziomu jest zmiana pojemności kondensatora. W tym przypadku głowica sondy i ściana zbiornika tworzą dwie elektrody, a ciecz albo materiał pełnią rolę dielektrycznego medium. Zmiana poziomu powoduje zmianę pojemności. Pusty zbiornik ma małą pojemność, a napełniony dużą.

Kryteria wyboru są zależne od kilku czynników – na przykład dla zbiorników metalowych stosuje się sondy jednogłowicowe, a dla zbiorników z tworzywa sztucznego lepsze będą sondy dwugłowicowe albo sondy z rurą osłonową. Warunki środowiskowe, np. temperatura powyżej 100 °C oraz wymagania dotyczące stopnia ochrony (np. IP67) decydują o konieczności zastosowania wzmacniacza zewnętrznego albo o typie złącza.

Różne sektory przemysłu mają różne wymagania w kwestii produktów i materiałów. Właśnie dlatego CAPTRON ma w ofercie szeroką gamę systemów sond, które można ze sobą łączyć i dopasowywać do własnych potrzeb. W zależności od zastosowania i rodzaju zbiornika system pozwala stworzyć sondę, którą można skonfigurować dla konkretnych potrzeb danego klienta, nawet co do milimetra dostosowując długość sondy. Możliwość dopasowania sond do potrzeb klienta jest bardzo ważnym aspektem, szczególnie przy różnorodnych rozmiarach zbiorników. CAPTRON spełnia te wymagania, produkując sondy o niestandardowych długościach, a także sondy podwójne, wyposażone w czujniki zdolne do pomiaru wielu cieczy i proszków bez ulegania korozji w związku z właściwościami materiałów. Niestandardowe czujniki mogą zostać stworzone na życzenie klienta, z długością głowicy określoną w calach, i dostarczone w ciągu dwóch tygodni. Czujniki poziomu firmy CAPTRON są wysoce niezawodne (nasze instalacje pracują już od ponad 20 lat) i bardzo dokładne. CAPTRON oferuje usługę precyzyjnej kalibracji czujników dla geometrii zbiornika, mierzonego medium (wartość DK) oraz innych istotnych czynników, takich jak temperatura, ruchy mieszadła itd.

Sondy mogą również być dostarczane w formie kompaktowej, gdzie elektronika i sonda stanowią zespół, albo jako sondy z wzmacniaczami zewnętrznymi. Wzmacniacz zewnętrzny jest połączony z sondą za pomocą osłoniętego, odpornego na temperaturę przewodu teflonowego. Rozdzielenie przestrzenne sondy i wzmacniacza sprawia, że sondy te można stosować w temperaturze maksymalnie 230 °C.

> Powrót do przeglądu blogu

 

Masz pytania lub potrzebujesz indywidualnej porady?

+ Skontaktuj się z nami

RÓŻNICE W PIGUŁCE

KONFIGURACJA TERAZ SWÓJ CZUJNIK POZIOMU

CZUJNIKI POZIOMU
CAPSELECT - DARMOWA KONFIGURACJA SONDY

System CAPselect do czujników poziomu umożliwia dowolną konfigurację wybranej sondy w zależności od aplikacji, typu pojemnika i właściwości czujnika. Produkcja odbywa się z milimetrową dokładnością, aby zapewnić pełną elastyczność.