W wielu gałęziach przemysłu materiały płynne i sypkie są wykorzystywane jako media technologiczne. W trybach produkcji liniowej wyrobów, a zwłaszcza przy automatycznych sterowaniach, wymagany jest stały monitoring parametrów materiałów roboczych. Najczęstszym sposobem takiej kontroli jest pomiar poziomu, podczas którego monitorowany jest stopień napełnienia jednego lub drugiego sprzętu pojemnościowego.
Wdrożenie technologii
W tym przypadku przez poziom rozumie się wysokość napełnienia instalacji technologicznej (zbiornik, zbiornik, zbiornik, tłok) czynnikiem roboczym. Sama wiedza o tej wartości jest niezbędna do zarządzania i kontroli procesu produkcyjnego. W szczególności takie pomiary są niezbędną operacją w przemyśle chemicznym, rafineryjnym i spożywczym. Znając poziom napełnienia zbiornika do zbierania np. oczyszczonego oleju, operator może ustawić optymalne parametry pracy pompy pompującejstacje. I znowu wiele branż działa na automatyce, więc dane wyjściowe mogą być przetwarzane przez sterowniki, które nawet bez udziału operatora wydają polecenia jednostkom wykonawczym z uwzględnieniem otrzymywanych informacji o stanie napełnienia sterowanej aparatury. W zależności od specyfiki operacji technologicznej i wymagań rozliczeniowych, różne jednostki miary poziomu mogą ulec zmianie – na przykład istnieją metody o szerokim zakresie pomiarowym od 0,5 do 20 m, a także specjalistyczne schematy kontroli laboratoryjnej, które uwzględniają wąski zakres od 0 do 500 mm. Pomiar bezpośredni realizowany jest za pomocą urządzeń fizycznych, elektromagnetycznych i ultradźwiękowych, z których część rejestruje również właściwości medium – skład chemiczny, ciśnienie, temperaturę itp.
Kontrola wizualna
Najprostszy sposób na rozwiązanie problemu, w którym wystarczy użyć standardowego narzędzia pomiarowego. Stosowane są ruletki, linijki, wzierniki i inne urządzenia, które w zasadzie mogą być stosowane w danych warunkach konkretnego środowiska produkcyjnego. Najbardziej technologicznym środkiem pomiaru tego typu poziomu jest zdalny lub obejściowy wskaźnik. Montowany jest z boku zbiornika za pomocą połączeń gwintowanych, kołnierzowych lub spawanych. Proces wskazania jest realizowany przez przezroczystą rurkę, która napełnia się wraz ze wzrostem poziomu cieczy w zbiorniku docelowym. Bardziej nowoczesne bypassy wykorzystują cylindryczne pływaki z magnesemsystem wskazań. Ale nawet taki projekt jest uważany za przestarzały ze względu na znaczne ograniczenia w możliwościach komunikacyjnych komunikacji z elektroniką sterującą i sprzętem automatyki.
Metoda pomiaru pływaka
Również jeden z najprostszych tradycyjnych sposobów kontrolowania poziomu napełnienia płynnymi mediami. Polega na ustaleniu położenia pływaka na samej powierzchni tłoczonej cieczy. Sterowanie odbywa się według różnych zasad - mechanicznej, magnetycznej i magnetostrykcyjnej. W trakcie ruchu zmienia się charakter połączenia pływaka z elementem nim sterującym, np. sztywno zamocowaną dźwignią. Kąt mocowania zmienia się, gdy pływak się podnosi, co jest ustalane przez system pomiarowy. Zazwyczaj ten rodzaj pomiaru poziomu występuje w procesie przetwarzania tego samego kąta na sygnał elektryczny. Najczęściej nie mówimy nawet o uwzględnieniu konkretnych wskazań, ale o zarejestrowaniu momentu osiągnięcia określonej wartości. Innymi słowy, gdy pływak osiągnie ustawiony poziom wysokości, aktywowany jest przełącznik poziomu. W najprostszych obwodach styki zamykają się, co prowadzi do pewnych czynności technologicznych - na przykład zatrzymanie funkcji pompy cieczy.
Pomiary hydrostatyczne płynów
Kluczowym czynnikiem pomiarowym w tym systemie wskaźnika poziomu jest ciśnienie hydrostatyczne. Oznacza to, że stosuje się manometr o odpowiedniej charakterystyce i zanurzalny czujnik ciśnienia. Ponadto ważnym warunkiem kontroli jest:z jednej strony oddzielenie czujnika od medium roboczego specjalną membraną, z drugiej zaś ciśnienie atmosferyczne musi być doprowadzone przez kapilarne zasilanie z napełniacza. W procesie pomiaru tego rodzaju poziomem kontrolowane jest nadciśnienie, którego wskaźnik wpływa na charakterystykę generowania sygnału zunifikowanego. Do manometru podłączone jest również urządzenie elektryczne z konwerterem, które odpowiada za powiadamianie o pewnych zmianach, jakie zaszły w kontrolowanym środowisku. Alternatywą dla tej metody pomiaru ciśnienia hydrostatycznego jest możliwość kontrolowania ciśnienia gazu wtłaczanego do analogu kapilary od strony cieczy napełniającej zbiornik. Ten model manometru hydrostatycznego nazywa się piezometrycznym.
Radarowe wskaźniki poziomu
W niektórych branżach stosuje się uniwersalne podejście do pomiaru poziomów wysokości napełnienia mediami procesowymi. Do pracy z cieczami, gazami i materiałami sypkimi optymalnie nadaje się sprzęt radarowy, którego działanie opiera się na analizie oscylacji modulowanych częstotliwościowo. Mierzony jest czas propagacji i powrotu nietłumionych oscylacji ze specjalnych anten do obsługiwanego środowiska. Zakresy fal mogą wahać się od jednego do kilkudziesięciu GHz. Same anteny nadawczo-odbiorcze mogą mieć inne cechy urządzenia i promieniowania. Do pomiaru poziomu cieczy w przemyśle chemicznym stosuje się na przykład anteny prętowe.o zakresie pomiaru wysokości do 20 m. W przypadku mediów, których kontrola ma zwiększone wymagania w zakresie dokładności, stosuje się urządzenia paraboliczne i planarne. Zwykle są to obszary rachunkowości technicznej, w których ważne jest ustalenie wymiarów do 1 mm.
Zastosowanie technik radioizotopowych
Główną specjalizacją tego typu płynowskazów jest kontrola materiałów sypkich i mediów płynnych w zbiornikach zamkniętych. Zasada działania aparatu radioizotopowego opiera się na absorpcji promieni gamma przechodzących przez warstwę ośrodka docelowego. Technicznie proces pomiaru jest zorganizowany przy użyciu źródła promieniowania i odbiornika. Oba urządzenia są zawieszone lub zamontowane na konstrukcji nośnej i sterowane przez odwracalny silnik elektryczny, który zmienia swoje położenie na wysokość w zależności od aktualnego poziomu napełnienia. Jeśli układ do pomiaru poziomu czynnika roboczego znajduje się nad jego powierzchnią, wówczas promieniowanie z sygnału odbiorczego będzie silne, ponieważ na jego drodze nie ma przeszkód. Dlatego silnik elektryczny ze sterownika otrzymuje sygnał opuszczenia urządzenia. Pozycja uchwytu pomiarowego będzie sterować sygnałem w zbiorniku poprzez ciągłe podawanie i przetwarzanie przebiegów.
Ultradźwiękowe metody kontroli
Zasada działania w tym przypadku jest pod wieloma względami podobna do kontroli częstotliwości radiowej, w której emitowany jest sygnał radiowy, a stopień wypełnienia obszaru produkcyjnego jest ustalany przez charakterystykę jego odbicia od mierzonego mediumpojemniki. Jednak metoda ultradźwiękowa wykorzystuje specjalne instrumenty akustyczne do pomiaru poziomu napełnienia. Oznacza to, że rozchodzą się fale dźwiękowe, a działanie sprzętu jest zbliżone do zasad lokalizacji. Wskaźniki są ustalane zgodnie z czasem przejścia wahań odległości od emitera do linii separacji mediów iz powrotem do urządzenia odbiorczego. Lokalizacja interfejsu jest określana od strony powietrza (gazu) i docelowych mediów roboczych. Tak działają połączone urządzenia o wysokiej precyzji, ale w grupie ultradźwiękowych mierników poziomu znajdują się urządzenia, które mogą celowo kontrolować tylko gaz-powietrze (niewypełnione) lub tylko środowisko pracy.
Metody mikrofalowe
Jedna z najpopularniejszych bezdotykowych technologii pomiarowych, która łączy techniki i zasady radarowego sterowania elektromagnetycznego. Najbardziej obiecującą technikę tej klasy można nazwać kierunkowym pomiarem elektromagnetycznym, w którym współczynnik odbicia sygnału wyznaczany jest na podstawie impulsów mikrofalowych, które mogą przenikać do dna zbiornika, z pominięciem różnego rodzaju niepożądanych zanieczyszczeń i cząstek szlamu. Zwrócony sygnał lub jego część jest mierzony pod kątem kompletności i charakterystyki prędkości. Biorąc pod uwagę czas jego przejścia, określa się stopień pełności. Metody mikrofalowe do pomiaru poziomu mediów roboczych są szeroko stosowane w zadaniach technologicznych kontroli napełniania materiałów ziarnistych i proszkowych. W takich branżach stosuje się sondyz pojedynczym zawieszeniem na linach, natomiast w stosunku do płynów stosuje się konstrukcje wsporcze podwójne i prętowe. Generalnie optymalizacja oprzyrządowania podczas pracy z ciałami stałymi ma uzasadnienie ze względu na właściwości fizyczne i mechaniczne, które są związane z ograniczeniami technicznymi w organizacji procesów pomiarowych.
Wniosek
W ostatnich latach technologie rozwoju mierników poziomu do monitorowania mediów procesowych przeszły kilka fundamentalnie ważnych etapów rozwoju, które zmieniły zasady takich pomiarów. Do najważniejszych z nich należy przejście na bezdotykowe metody pomiarowe oraz rozszerzenie możliwości pracy z agresywnymi cieczami. Obecnie ta sama bezkontaktowa metoda RF lub elektromagnetyczna może zapewnić dokładną kontrolę ropy naftowej, kwasu, stopionej siarki i ciekłego amoniaku.
