Tasemekontroll tööstusautomaatikasüsteemides
Paljud automaatikasüsteemid nõuavad taseme mõõtmist. Ja on palju tööstusharusid, kus on vaja taseme mõõtmist. Tänapäeval on palju tasemeandureid, mis võimaldavad mõõta paljusid füüsilisi suurusi, mis on seotud teatud materjali kogusega paagis.
Esimese taseme andurid töötasid ainult vedelikega, kuid nüüd on tänu edusammudele andurid puistematerjalide jaoks. Tasememõõturid ja nivoolülitid võimaldavad taset pidevalt jälgida ja kontrollida, kas materjal jõuab etteantud tasemeni. Selles artiklis keskendume kaasaegsete tasememõõtjate tüüpidele.
Tänapäeval saavad tasemeandurid töötada nii vedelike kui ka puistematerjalide ja isegi gaasidega ning materjal võib asuda nii konteineris kui ka torustikus. Andurid jaotatakse kontakt- ja mittekontaktseteks ning vastavalt paigaldusviisile saab need olla projekteeritud paigaldamiseks kas mõõdetava materjaliga torustiku või konteineri korpusesse või mõõdetava materjali kohale.
Esimese taseme andurid töötasid lihtsal ujuki põhimõttel ja kasutasid materjaliga kontaktide sulgemise meetodit. Nüüd on andurid läbinud täiendused, nende konstruktsioonis on vooluringid, mis pakuvad mitmeid lisafunktsioone, nagu mahu, vooluhulga mõõtmine, signaalimine piiri saavutamisel jne. Mõõtmistulemusi saab töödelda ja salvestada.
Olenemata sellest, kas tööstus käsitleb vedelaid, viskoosseid, gaasilisi, vabalt voolavaid, kleepuvaid, pastakujulisi materjale, leidub alati õige keskkonna jaoks õige tasemeandur. Vesi, lahused, leelised, happed, õlid, õlid, kütused ja määrdeained, plastgraanulid — kasutusala on väga lai ning erinevatel füüsikalistel printsiipidel põhinevad andurid võimaldavad valida konkreetsetele tingimustele ja peaaegu iga ülesande jaoks sobiva.
Anduri riistvara koosneb kahest osast: andur ise ja andmete visualiseerimise tööriist. Kontakt- ja mittekontaktsed andurid, pidev muutus ja piiride jälgimine — andurite võimaluste valik on tänapäeval üsna rikkalik.
Anduri tüüp, mille valite, sõltub tööstusprotsessi spetsiifikast ja keskkonnast, milles andur töötab. Visualiseerimistööriistade abil saab mõõtmisprotsess genereerida graafikuid tootetaseme teabe analüüsimiseks, hõlbustades oluliselt automatiseerimist.
Tasememõõtjaid kasutatakse puistematerjalide või vedelike taseme pidevaks jälgimiseks looduslikes ja tehislikes reservuaarides. Nad mõõdavad taset mõne millisekundi kuni kümnete sekundite eraldusvõimega.
Neid kasutatakse vesilahuste, hapete, aluste, alkoholide jne, aga ka puistematerjalide taseme jälgimiseks.Need on kontaktsed ja mittekontaktsed ning füüsiliste põhimõtete järgi täiesti mitmekesised. Vaatame iga tüüpi üksikasjalikumalt.
Mikrolaine radari taseme mõõturid
Neid kasutatakse taseme pidevaks jälgimiseks, need on universaalsed. Töös on kasutatud elektromagnetlaine peegeldumise fenomeni kahe meediumi liidesest. Lainete sagedus on 6 kuni 95 GHz ja mida kõrgem see on, seda madalam on dielektriline konstant mõõdetud materjalist, näiteks naftasaaduste puhul, peaks lainete sagedus olema maksimaalne. Kuid dielektriline konstant ei tohiks olla suurem kui 1,6.
Kuna andur töötab nagu radar, ei karda see häireid ning lainete kõrge sagedus minimeerib rõhu ja temperatuuri parasiitmõju anumas. Nii kõrge töösagedusega radarandurid on tolmu, auru ja vahu suhtes immuunsed.
Sõltuvalt anduri antenni tüübist ja suurusest võib seadme täpsus varieeruda. Mida suurem ja laiem on antenn, seda tugevam ja täpsem on signaal, mida suurem on vahemik, seda parem on eraldusvõime. Mikrolaineradari andurite täpsus on 1 mm, need võivad töötada temperatuuril kuni +250 ºС ja mõõta taset kuni 50 m.
Radari tasememõõtjad on kasutusel paljudes tööstusharudes, kus käideldakse puistematerjale: ehituses, puidutöötlemises, keemiatööstuses, toiduainetööstuses, plasti, klaasi ja keraamika tootmisel. Neid saab kasutada ka vedelike taseme mõõtmiseks.
Akustilised mõõteriistad
Kasutatakse akustilisi laineid, mis vaadeldavast ainest peegeldudes võetakse vastu ja töödeldakse.Tarkvara filtreerib soovitud signaali, tuvastades vale kaja.
Signaal edastatakse võimsa impulsiga, seega on kaod ja sumbumine minimaalsed. Olenevalt temperatuurist signaal kompenseeritakse ja täpsus püsib kõrge, veerand protsendi piires. Andur on paigaldatud vertikaalselt või nurga all. Muutuste tase võib olla kuni 60 meetrit. Töötemperatuur kuni +150 ºС. Plahvatuskindel.
Akustilisi manomeetreid kasutatakse paljudes tööstusharudes alates kraana laadimise automatiseerimissüsteemidest ja septikute reoveetaseme jälgimissüsteemidest kuni šokolaadi valmistamiseni.
Ultraheli tasememõõturid
Kahe kandja vaheliselt liideselt peegelduvad ultraheli vibratsioonid võetakse vastu ja mõõdetakse ajavahemikku signaali saatmise ja vastuvõtmise hetke vahel. Diskreetsus on mõni sekund, see on tingitud heli lõplikust kiirusest õhus. Maksimaalne mõõtetase ulatub 25 meetrini.
Tarkvara võimaldab eelkonfigureerida andurit välja lülituma ajal, mil mõni mehhanism selle alt läbi käib, näiteks segamistera. Andurit on võimalik juhtida arvutist. Paigaldatakse vertikaalselt materjali kohale või nurga all. Täpsus veerand protsendi piires. Töötemperatuur kuni +90 ºС. Plahvatuskindel.
Ultraheli tasememõõtjaid kasutatakse puistematerjalide taseme jälgimiseks paljudes valdkondades alates tsemenditehastest kuni keemia- ja toiduainetööstuseni.
Hüdrostaatilised tasememõõturid
Mõõtke vedeliku rõhku anuma põhjas. Tundliku elemendi deformatsioon muundatakse elektrisignaaliks. Rõhu erinevuse mõõtmisel on vajalik ühendus atmosfääriga.Sobib töötamiseks vee ja muude mitteagressiivsete vedelikega, pastade jaoks jne. Võib töötada nii avatud kui suletud ruumides, basseinides, kaevudes jne.
Surve suurus sõltub vedeliku tihedusest ja mahust paagis, vedelikusamba kõrgusest. Nivoomõõtur võib olla sukeldatav või tavaline – atmosfääriga kokkupuuteks eemaldatakse kapillaartoru või lõigatakse saatja otse paagi põhja.
Paigaldamise ajal on vaja välistada vedeliku voolu rõhu vale fikseerimine, kui see paaki pumbatakse. Täpsus veerand protsendi piires. Töötemperatuur kuni +125 ºС.
Hüdrostaatilisi tasememõõtjaid kasutatakse laialdaselt keemiatööstuses mahutites, elamutes ja kommunaalteenustes kaevudes, toiduainetööstuses on need varustatud vedelate toodetega mahutitega, metallurgias, farmaatsiatööstuses, naftatööstuses jne.
Mahtuvuslikud tasememõõturid
Anduri sond ja juhtiv paagi sein moodustavad a kondensaatori plaadid… Juhtiva seina asemel saab sondi või teise eraldi maandatud sondi külge kinnitada spetsiaalse toruga. Plaatide vaheline aine toimib kondensaatori dielektrikuna – õhk või materjal, mille taset jälgitakse.
Ilmselt muutub paagi täitmisel kondensaatori elektriline võimsus järk-järgult. Tühja paagi korral on elektrivõimsusel teatud väärtus ja õhu väljatõrjumise käigus see muutub. Toote suurendamine paagis muudab anduri ja paagi poolt moodustatud kondensaatori mahtuvust.
Anduri elektroonika muundab mahtuvuse muutuse taseme muutuseks.Kui paagi kuju on ebatavaline, kasutatakse teist sondi, kuna moodustunud kondensaatori plaadid peavad asuma vertikaalselt. Maksimaalne tase ulatub 30 meetrini. Täpsus ei ole väiksem kui üks kolmandik protsenti. Töötemperatuur kuni +800 ºС, olenevalt mudelist. Viivitusaeg on reguleeritav.
Mahtuvuslikke tasemeandureid kasutatakse peamiselt vedelike taseme jälgimiseks paljudes valdkondades, kus on vaja säilitada teatud toote taset: jookide, kodukeemia tootmisel, veetootmisettevõtetes, põllumajanduses jne.
Magnetilised tasememõõturid
Juhil on püsimagnetujuk. Magnettundlikud lülitid on paigaldatud draiveri sisse. Lülitite järjestikune töö paagi täitmisel või tühjendamisel põhjustab voolu muutumise üksikutes osades.
Põhimõte on nii lihtne, et need tasememõõtjad ei vaja reguleerimist ning on seetõttu odavad ja populaarsed. Piirangud seab sisse ainult vedeliku tihedus. Töötemperatuur kuni +120 ºС. Vahetuste piirang on 6 meetrit.
Magnetmanomeeter on kulutõhus lahendus vedeliku taseme mõõtmiseks paljudes tööstusharudes.
Mikrolaine refleksmõõturid
Erinevalt radari mõõteseadmetest levib laine siin mitte vabas õhus, vaid mööda seadme sondi, milleks võib olla köis või pulk. Laineimpulss peegeldub kahe erineva dielektrilise konstandiga meediumi liidesest ja naaseb tagasi ning edastusmomendi ja vastuvõtuhetke vaheline aeg fikseeritakse elektroonika poolt ja teisendatakse taseme väärtuseks.
Lainejuhi kasutamine väldib tolmu, vahu, keemise parasiitmõju, samuti ümbritseva õhu temperatuuri mõju. Mõõdetava keskkonna dielektriline konstant ei tohi olla madalam kui 1,3e.
Reflektori tasememõõtureid saab kasutada seal, kus radar ei saa kiirgusmustri tõttu töötada, näiteks kitsastes kõrgetes tankides. Mõõtmispiir 30 meetrit. Töötemperatuur kuni +200 ºС. Täpsus 5 mm piires.
Reflexi mikrolainetaseme saatjaid saab kasutada mittejuhtivate ja juhtivate vedelike ja tahkete ainete taseme pidevaks jälgimiseks, samuti nende massi ja mahu mõõtmiseks. Kohaldatav paljudes tööstusharudes.
Möödavoolu taseme saatjad
Mõõtekolonn asub anuma küljel. Vedelik täidab toru ja mõõdetakse selle taset. Laeva side põhimõte. Torus oleva vedeliku pinnal hõljub magnet ja toru lähedal hõljub magnetostriktiivne andur, mis muudab kauguse magnetist voolusignaaliks.
Torul on erinevat värvi indikaatorplaadid, mis muudavad oma asendit magneti magnetvälja mõjul. Kuna vedelik ei puutu kokku väliskeskkonnaga, on möödaviigu saatjad rakendatavad toiduaine- ja farmaatsiatööstuses. Mõõtetaseme piirang 3,5 meetrini. Täpsus 0,5 mm piires. Töötemperatuur kuni +250 ºС.
Möödavoolumõõteseadmed on kasutatavad, kui on vaja vedelikutaseme visuaalset kontrolli: soojusenergiatööstuses, keemiatööstuses, elamusektoris, elektritööstuses, toiduainetööstuses ning nafta- ja gaasitööstuses.
Magnetostriktiivsed taseme saatjad
Painduv või jäik juhik sisaldab sisseehitatud magnetiga ujukit. Piki juhti paikneb lainejuht, mille ümber ergastatakse pooli läbivate vooluimpulssidega radiaalne magnetväli. Kui see magnetväli põrkab kokku ujuki püsimagneti magnetväljaga, läbib magnetostriktiivne lainejuht väga dünaamilise plastilise deformatsiooni.
Selle deformatsiooni tulemusena levib ultrahelilaine mööda lainejuhti ja fikseeritakse ühest otsast elektroonilise muunduriga. Päästikuimpulsi hetke ja deformatsiooniimpulsi toimumise aja võrdlus määrab ujuki asukoha. Mõõtmistaseme piir ulatub 15 meetrini. Täpsus 1 mm piires. Töötemperatuur kuni +200 ºС.
Magnetostriktiivseid manomeetreid kasutatakse keemiatööstuses vahutavate vedelike taseme jälgimiseks, toiduainetööstuses ja metallurgias vedelate toiduainete ja kütuste taseme jälgimiseks.
Palju tasememõõtjaid
Trumlile keritud kaabli või lindi külge kinnitatakse koorem. Anduri paigaldamisel paagi kaanele on võimalik paagi koormust vähendada. Elektrimootor pöörab trumlit ja koormus laskub mööda kaablit alla. Kui raskus puudutab mõõdetava materjali pinda, vabaneb trossi pinge ja see annab märku materjali tasemest. Tross keerdub uuesti ümber trumli, tõstes koorma tagasi üles.
Elektroonika arvutab taseme välja trumli pöörete arvu järgi. Ainete tuvastamiseks, mille tihedus on 20 kg/m3, sobib selline andur. Mõõtetaseme piirang 40 meetrit.Täpsus 1 kuni 10 cm, olenevalt modifikatsioonist. Mõõtmisintervalli määrab kasutaja ja see võib olla 6 minutist 100 tunnini. Töötemperatuur kuni +250 ºС.
Mitme partii arvestit kasutatakse erinevates tööstusharudes, et kontrollida puistematerjalide taset automatiseeritud süsteemides.