Pomiar poziomu napełnienia - przegląd rozwiązań

Innym kryterium jest to, czy poziom ten ma być określony w bezpośrednim kontakcie z mediami, czy pośrednio, na przykład przez ściankę pojemnika. Ponadto wybór metody pomiaru jest często określany przez wiele innych parametrów, takich jak rodzaj cieczy, stała dielektryczna, wartość przewodnictwa, lepkość, ciśnienie czy temperatura. Poniższy artykuł ma na celu przybliżyć niektóre z metod używanych w tego typu pomiarach.

PRZETESTOWANE I SPRAWDZONE CZUJNIKI POJEMNOŚCIOWE

Rys. 1. Kontrola poziomu minimalnego i maksymalnego za pomocą czujników pojemnościowych

Czujniki pojemnościowe to klasyczne rozwiązanie, które przez lata zdobyło słuszną pozycję lidera wśród wyłączników krańcowych w aplikacjach kontroli poziomu. Mogą być stosowane do pomiaru poziomu cieczy w bezpośrednim kontakcie z mediami lub bezkontaktowo poprzez niemetaliczne ściany pojemników, takie jak plastik lub szkło, o grubości nawet kilku milimetrów.

Wybór wysokiej jakości materiałów wykonania sensorów, takich jak stal nierdzewna, PTFE i PEEK zapewnia, że bezpośredni kontakt z agresywnymi materiałami, takimi jak siarka lub kwas azotowy, nie prowadzi do zniszczenia czujnika.

Konwencjonalne czujniki pojemnościowe mają także pewne ograniczenia. Każdy, kto kiedykolwiek próbował wykryć poziom silnie pieniących się cieczy, wie, że piana potrafi skutecznie zakłócić odczyt. W przypadku substancji o lepkiej konsystencji zanieczyszczenia oraz osady mogące gromadzić się na czole czujnika mogą powodować fałszywe wskazania. Niezawodna ocena poziomu staje się w takich przypadkach niemal niemożliwa.

Rozwiązaniem w tym przypadku są czujniki pojemnościowe do kontroli poziomu, których zasada działania opiera się o opatentowaną techonolgię, gwarantującą kompensację min. zanieczyszczeń czy wpływu piany. Podobnie jak wersje standardowe mogą wykrywać ciecze w bezpośrednim kontakcie i poprzez ściany niemetalicznych zbiorników o maksymalnej grubości 10 mm.

Pomiar tego typu czujnikami jest niezawodny od samego podłączenia czujnika, w przeciwieństwie do konwencjonalnych czujników, użytkownik w większości przypadków nie musi ponownie kalibrować urządzenia podczas operacji lub w przypadku zmiany medium.

SZYBKIE I NIEZAWODNE - MAGNETOSTRYKCYJNE PRZETWORNIKI POZIOMU

Rys. 2. Kontrola poziomu cieczy czujnikiem pojemnościowym

Bardzo interesującym rozwiązaniem dla technologii procesowych są przetworniki drogi BTL, które działają z wykorzystaniem technologii Micropulse, czyli absolutnego, bezkontaktowego, magnetostrykcyjnego pomiaru przemieszczenia. Wysoka niezawodność, szybkość działania i dokładność to główne parametry, które sprawiły, że urządzenia te na stałe zagościły w aplikacjach kontroli poziomu.

Przetworniki dostępne są w wersjach z wieloma popularnymi interfejsami, od standardowych analogowych, poprzez sieciowe aż do interfejsu IO-Link. Bezkontaktowa magnetostrykcyjna zasada działania umożliwia montaż w hermetycznych obudowach, przy ciśnieniu o wartości do kilkuset barów. Informacje o aktualnym poziomie generowane są przez wyposażony w magnes pływak.

Pole magnetyczne przenika przez ścianę przetwornika i oddziałuje na umieszczony w pręcie falowód. Układ elektroniczny wykrywa miejsce działania pola magnetycznego, określając tym samym poziom napełnienia. Przetwornik może być zamontowany zarówno od góry, jak i od spodu zbiornika, a w zależności od aplikacji dobiera się odpowiednią wersję wykonania. Dla przemysłu spożywczego istnieje na przykład wersja BTL-SF, zapewniająca ciągły, dokładny pomiar w zastosowaniach wymagających ekstremalnej higieny (ECOLAB,FDA).

Wyprodukowany ze stali nierdzewnej, posiada wszystkie wymagania umożliwiające łatwe wdrożenie surowych wymagań przemysłu spożywczego, przetwórstwa napojów, farmacji lub kosmetycznych. Zakres temperatur urządzenia odpowiada wymaganiom procesowym do 130°C (sterylizacja) i jest również łatwy do czyszczenia podczas procesu (CIP).

Inna ciekawa wersja, BTL5-DEX z certyfikatem ATEX 100a, może być użyta w obszarach zagrożonych wybuchem. Przetwornik zainstalowany jest w taki sposób, że pręt pomiarowy umieszczony jest w strefie 0, tj. obszaru potencjalnie wybuchowego, podczas gdy elektronika jest umieszczona w ognioszczelnej obudowie poza nią.

NIEZALEŻNIE OD KOLORU I POWIERZCHNI - CZUJNIKI ULTRADŹWIĘKOWE

Rys. 3. Pomiar ciśnienia hydrostatycznego - wizualizacja stanu na kolumnie SmartLight.

Czujniki ultradźwiękowe stanowią ciekawą grupę wskaźników poziomu napełnienia. Działają niezależnie od koloru czy powierzchni, wykrywają nawet przezroczyste obiekty, a także te charakteryzujące się wysoką refleksyjnością. Niezależnie od tego, czy chodzi o czystą wodę, mętną ciecz, olej lub kwas czy granulaty, czujniki ultradźwiękowe mogą obsługiwać niemal każdą substancję.

Ponieważ czujniki ultradźwiękowe wyznaczają odległość do obiektu przy użyciu pomiaru czasu propagacji dźwięku, a odległość jest mierzona do warstwy granicy między powietrzem a cieczą, zapewniają dokładność pomiaru w milimetrach i doskonałe tłumienie tła. To działa zarówno na dużą skalę, np. w zbiornikach dużej pojemności, ale sprawdza się też w obszarach małych technologii procesowych.

Dzisiejsza technologia ultradźwiękowa pozwala na detekcję przez otwór o średnicy od 5mm, co pozwala używać czujników choćby w specjalistycznych maszynach branży farmaceutycznej lub kosmetycznej. W zależności od wersji ich zakres wykrywania rozciąga się od kilku milimetrów do kilku metrów.

Czujniki ultradźwiękowe są dostępne z różnymi interfejsami, co umożliwia optymalne dopasowanie do aplikacji. Tak więc na przykład dla wersji z wyjściem analogowym można stale mierzyć poziom i stosować zabezpieczenie przed przepełnieniem za pomocą dodatkowego wyjścia przełączającego. Jeśli mierzony jest minimalny lub maksymalny poziom, można to zrobić, wybierając wersję z dwoma wyjściami przełączającymi.

CZUJNIKI POZIOMU HYDROSTATYCZNEGO BSP

Rys. 4. Wykorzystanie ultradźwięków w pomiarze poziomu w zbiorniku

Ostatnią metodą pomiaru poziomów pośrednich jest pomiar ciśnienia hydrostatycznego w zbiorniku. Ogromną zaletą tej metody jest łatwość jej implementacji, wystarczy za pomocą odpowiedniego adaptera podłączyć czujnik ciśnienia pod złącze procesowe.

Także i w tym przypadku oferta rozwiązań jest bardzo szeroka, wersje obudowy dostosowane pod kątem niskich i wysokich temperatur (-40...+140°C), różnego rodzaju adaptery pod złącza procesowe, wersje z płaską membraną czołowa lub Tri-Clamp do aplikacji spożywczych po całą gamę sygnałów wyjściowych.

WIZUALIZACJA POZIOMU

Rys. 5. Przetworniki drogi w nalewarce

Aby zapewnić niezakłóconą produkcję, zbiorniki powinny zawsze zawierać dostatecznie dużo materiału, jednocześnie ze względu na duże koszty strat nie mogą być przepełnione. Dane powinny być dostępne w systemie, ale także powinny być widoczne bezpośrednio dla pracowników zakładu. W tym miejscu pojawia się hasło wizualizacji i pewne komplikacje z nią związane: w jaki sposób można w każdej chwili poznać poziom napełnienia, gdy niemożliwe jest zajrzenie do środka zbiornika i gdy ten znajduje się w trudno dostępnym miejscu?

Odpowiedzią na to pytanie jest kolumna sygnalizacyjna SmartLight, która posiada w swych opcjach min. tryb Level Mode. Urządzenie zbudowane jest jako monolityczna kolumna mająca we wnętrzu do 20 diod LED (w zależności od rozmiaru kolumny), w trybie Level możemy zapalać każdą z nich, wizualizując w ten sposób poziom w zbiorniku.

Dodatkowo użytkownik może zdefiniować kolor jakim diody będą świecić, np.: zielony - poziom prawidłowy, żółty - ostrzegawczy, czerwony - krytyczny. Całość działa w oparciu o interfejs IO-Link, co pozwala na elastyczne podłączenie dowolnego czujnika poziomu.

Balluff
www.balluff.pl