Control de nivell en sistemes d'automatització industrial

Molts sistemes d'automatització requereixen mesura de nivell. I hi ha moltes indústries on cal mesurar el nivell. Avui dia hi ha molts sensors de nivell que permeten mesurar moltes magnituds físiques relacionades amb la quantitat al tanc d'un determinat material.

Els sensors de primer nivell només funcionaven amb líquids, però ara, gràcies als avenços, hi ha sensors per a materials a granel. Els mesuradors de nivell i els interruptors de nivell us permeten controlar contínuament el nivell i controlar si el material arriba al nivell especificat. En aquest article ens centrarem en els tipus de mesuradors de nivell moderns.

Avui dia, els sensors de nivell poden funcionar tant amb líquids com amb materials a granel i fins i tot amb gasos, i el material es pot localitzar tant al contenidor com a la canonada. Els sensors es divideixen en contacte i sense contacte, i segons el mètode d'instal·lació, es poden dissenyar per instal·lar-se al cos d'una canonada o contenidor amb el material mesurat, o per sobre del material mesurat.

Els sensors de primer nivell treballaven amb el principi simple d'un flotador i utilitzaven un mètode de tancament de contactes amb el material. Ara els sensors han experimentat millores, contenen circuits en el seu disseny que proporcionen una sèrie de funcions addicionals, com ara mesurar volum, cabal, senyalitzar quan s'arriba al límit, etc. Els resultats de la mesura es poden processar i emmagatzemar.

Tant si la indústria maneja materials líquids, viscosos, gasosos, de flux lliure, enganxosos i pastosos, sempre hi ha el sensor de nivell adequat per a l'entorn adequat. Aigua, solució, àlcali, àcid, oli, oli, combustibles i lubricants, grànuls de plàstic: l'àmbit d'aplicació és molt ampli i els sensors basats en diferents principis físics us permeten triar el adequat per a condicions específiques i per a gairebé qualsevol tasca.

El maquinari del sensor consta de dues parts: el propi sensor i l'eina de visualització de dades. Sensors de contacte i sense contacte, canvi constant i seguiment de fronteres: la gamma de capacitats dels sensors avui és força rica.

El tipus de sensor que trieu està determinat per les especificitats del procés industrial i l'entorn en què funcionarà el sensor. Amb les eines de visualització, el procés de mesura pot generar gràfics per analitzar la informació a nivell de producte, facilitant molt l'automatització.

Els mesuradors de nivell s'utilitzen per al seguiment continu del nivell de materials o líquids a granel en embassaments naturals i artificials. Mesuen el nivell amb una resolució d'uns quants mil·lisegons a desenes de segons.

S'utilitzen per controlar el nivell de solucions aquoses, àcids, bases, alcohols, etc., així com de materials a granel.Són de contacte i sense contacte, i segons els principis físics són completament diversos. Vegem cada tipus amb més detall.

Indicadors de nivell de radar de microones

S'utilitzen per al seguiment continu del nivell, són universals. El treball utilitza el fenomen de reflexió d'una ona electromagnètica des de la interfície entre dos mitjans. La freqüència de les ones és de 6 a 95 GHz, i com més alta és, més baixa és la constant dielèctrica material mesurat, per exemple per als productes petroliers, la freqüència de les ones hauria de ser màxima. Però la constant dielèctrica no hauria de ser superior a 1,6.

Atès que el sensor funciona com un radar, no té por de les interferències i l'alta freqüència de les ones minimitza la influència parasitària de la pressió i la temperatura al vaixell. Els sensors de radar amb freqüències de funcionament tan elevades són immunes a la pols, el vapor i l'escuma.

Segons el tipus i la mida de l'antena del sensor, la precisió del dispositiu pot variar. Com més gran i ampla sigui l'antena, més fort i més precís serà el senyal, com més gran sigui el rang, millor serà la resolució. La precisió dels sensors de radar de microones és d'1 mm, poden funcionar a temperatures de fins a +250 ºС i mesurar el nivell fins a 50 m.

Els mesuradors de nivell de radar s'utilitzen en moltes indústries on es manipulen materials a granel: en la construcció, la fusteria, la indústria química, la indústria alimentària, la producció de plàstics, vidre i ceràmica. També són aplicables per mesurar el nivell de líquids.

Instruments de mesura acústica

S'utilitzen ones acústiques que, quan són reflectides per la substància observada, es reben i processen.El programari filtra el senyal desitjat detectant ecos falsos.

El senyal es transmet amb un pols potent, de manera que les pèrdues i l'atenuació són mínimes. Depenent de la temperatura, el senyal es compensa i la precisió es manté alta, en un quart de per cent. El sensor es munta verticalment o en angle. El nivell de canvi pot ser de fins a 60 metres. Temperatura de funcionament fins a +150 ºС. A prova d'explosions.

Els manòmetres acústics s'utilitzen en moltes indústries, des dels sistemes d'automatització de càrrega de grues i sistemes de control del nivell d'aigües residuals en fosses sèptiques fins a la fabricació de xocolata.

Mesuradors de nivell per ultrasons

Es reben les vibracions ultrasòniques reflectides per la interfície entre els dos mitjans i es mesura l'interval de temps entre el moment en què s'envia el senyal i es rep. La discreció és d'uns segons, això es deu a la velocitat finita del so a l'aire. El nivell màxim de mesura arriba als 25 metres.

El programari us permet preconfigurar el sensor perquè s'apagui durant el període en què hi passa algun mecanisme, per exemple una fulla d'agitació. És possible controlar el sensor des d'un ordinador. Instal·lat verticalment per sobre del material o en angle. Precisió dins d'un quart de per cent. Temperatura de funcionament fins a +90 ºС. A prova d'explosions.

Els mesuradors de nivell d'ultrasons s'utilitzen per controlar el nivell de materials a granel en moltes àrees, des de les plantes de ciment fins a les indústries química i alimentària.

Indicadors de nivell hidrostàtics

Mesureu la pressió del líquid a la part inferior del recipient. La deformació de l'element sensible es converteix en un senyal elèctric. Quan es mesura la pressió diferencial, és necessària una connexió a l'atmosfera.Apte per treballar amb aigua i altres líquids no agressius, per a pastes, etc. Pot treballar tant en habitacions obertes com tancades, en piscines, pous, etc.

La quantitat de pressió depèn de la densitat del líquid i del seu volum al dipòsit, de l'alçada de la columna de líquid. L'indicador de nivell pot ser submergible o regular: s'elimina un tub capil·lar per entrar en contacte amb l'atmosfera o el transmissor es talla directament al fons del dipòsit.

Durant la instal·lació, cal excloure la fixació falsa de la pressió del flux de líquid quan es bombeja al dipòsit. Precisió dins d'un quart de per cent. Temperatura de funcionament fins a +125 ºС.

Els mesuradors de nivell hidrostàtics són molt utilitzats en la indústria química en dipòsits, en habitatges i serveis comunitaris en pous, en la indústria alimentària estan equipats amb contenidors amb productes líquids, en la metal·lúrgia, en la indústria farmacèutica, en la indústria del petroli, etc.

Mesuradors de nivell capacitius

La sonda del sensor i la paret conductora del dipòsit formen a plaques de condensadors… En lloc d'una paret conductora, es pot utilitzar una canonada especial per muntar-se a la sonda de la sonda o una segona sonda separada amb terra. La substància entre les plaques serveix com a dielèctric del condensador: aire o material el nivell del qual es controla.

Òbviament, quan s'omple el dipòsit, la capacitat elèctrica del condensador canviarà gradualment. Amb un dipòsit buit, la capacitat elèctrica tindrà un valor determinat i, en el procés de desplaçament d'aire, canviarà. Augmentar el producte al dipòsit canvia la capacitat del condensador format pel sensor i el dipòsit.

L'electrònica del sensor converteix el canvi de capacitat en un canvi de nivell.Si la forma del dipòsit és inusual, s'utilitza una segona sonda, ja que les plaques del condensador format s'han de situar verticalment. El nivell màxim arriba als 30 metres. La precisió no és inferior a un terç d'un percentatge. Temperatura de funcionament fins a +800 ºС, segons el model. El temps de retard és ajustable.

Els sensors de nivell capacitius s'utilitzen principalment per controlar el nivell de líquids en moltes àrees on és necessari mantenir un cert nivell del producte: en la producció de begudes, productes químics domèstics, en plantes de producció d'aigua, en agricultura, etc.

Indicadors de nivell magnètics

Hi ha un flotador d'imant permanent al conductor. Els interruptors magnètics sensibles s'instal·len dins del controlador. El funcionament seqüencial dels interruptors en omplir o buidar el dipòsit fa que el corrent canviï en parts individuals.

El principi és tan senzill que aquests mesuradors de nivell no requereixen ajust i, per tant, són barats i populars. Les restriccions només s'introdueixen per la densitat del líquid. Temperatura de funcionament fins a +120 ºС. El límit del torn és de 6 metres.

El manòmetre magnètic és una solució rendible per a la mesura del nivell de líquid en moltes indústries.

Mesuradors de reflex de microones

A diferència dels dispositius de mesura de radar, aquí l'ona no es propaga a l'aire lliure, sinó al llarg de la sonda del dispositiu, que pot ser una corda o un pal. El pols d'ona experimenta una reflexió des de la interfície entre dos mitjans amb diferents constants dielèctriques i torna enrere, i el temps entre el moment de la transmissió i el moment de la recepció és fixat per l'electrònica i convertit en un valor de nivell.

L'ús d'una guia d'ones evita l'efecte paràsit de la pols, l'escuma, l'ebullició, així com la influència de la temperatura ambient. La constant dielèctrica del medi mesurat no ha de ser inferior a 1,3e.

Els indicadors de nivell reflectors es poden utilitzar quan el radar no pot funcionar a causa del patró de radiació, per exemple en tancs alts i estrets. Límit de mesura 30 metres. Temperatura de funcionament fins a +200 ºС. Precisió dins de 5 mm.

Els transmissors de nivell de microones Reflex es poden utilitzar per controlar contínuament el nivell de líquids i sòlids no conductors i conductors, així com per mesurar-ne la massa i el volum. Aplicable en moltes indústries.

Transmissors de nivell de bypass

Una columna de mesura es troba al costat del vaixell. El líquid omple el tub i se'n mesura el nivell. Principi de comunicació del vaixell. Un imant flota a la superfície del líquid del tub, i prop del tub sura un sensor magnetostrictiu que converteix la distància a l'imant en un senyal de corrent.

El tub té plaques indicadores de diferents colors que canvien de posició sota la influència del camp magnètic de l'imant. A causa del fet que no hi ha contacte del líquid amb l'entorn extern, els transmissors de bypass són aplicables a les indústries alimentàries i farmacèutiques. Limitació del nivell de mesura a 3,5 metres. Precisió dins de 0,5 mm. Temperatura de funcionament fins a +250 ºС.

Els dispositius de mesura bypass són aplicables quan es requereix un control visual del nivell de líquid: en la indústria tèrmica, en la indústria química, en el sector residencial, en la indústria elèctrica, en la indústria alimentària i en la indústria del petroli i el gas.

Transmissors de nivell magnetostrictius

La guia flexible o rígida conté un flotador amb un imant integrat. Al llarg del conductor es troba una guia d'ones, al voltant del qual s'excita un camp magnètic radial per polsos de corrent a través de la bobina. Quan aquest camp magnètic xoca amb el camp magnètic de l'imant permanent del flotador, la guia d'ones magnetostrictiva pateix una deformació plàstica altament dinàmica.

Com a resultat d'aquesta deformació, l'ona ultrasònica es propaga al llarg de la guia d'ones i és fixada per un transductor electrònic en un extrem. La comparació durant l'instant del pols de disparador i el moment d'ocurrència del pols de deformació determina la ubicació del flotador. El límit de nivell de mesura arriba als 15 metres. Precisió dins d'1 mm. Temperatura de funcionament fins a +200 ºС.

Els manòmetres magnetostrictius s'utilitzen a la indústria química per controlar el nivell de líquids espumosos, a la indústria alimentària i a la metal·lúrgia per controlar el nivell d'aliments líquids i combustibles.

Molts indicadors de nivell

Una càrrega s'adjunta a un cable o cinta enrotllada en un tambor. Quan instal·leu el sensor a la coberta del dipòsit, és possible reduir la càrrega del dipòsit. El motor elèctric fa girar el tambor i la càrrega baixa pel cable. Quan el pes toca la superfície del material a mesurar, la tensió de la corda s'allibera i això indica el nivell del material. La corda torna al voltant del tambor i torna a aixecar la càrrega.

L'electrònica calcula el nivell en funció del nombre de revolucions del tambor. Per a la detecció de substàncies amb una densitat de 20 kg per m3, aquest sensor és adequat. Limitació del nivell de mesura a 40 metres.Precisió d'1 a 10 cm, segons la modificació. L'interval de mesura el defineix l'usuari i pot ser de 6 minuts a 100 hores. Temperatura de funcionament fins a +250 ºС.

Els mesuradors de lots múltiples s'utilitzen en diverses indústries per controlar el nivell de materials a granel en sistemes automatitzats.