Kiểm soát mức độ trong các hệ thống tự động hóa công nghiệp

Nhiều hệ thống tự động hóa yêu cầu đo mức. Và có nhiều ngành cần đo mức. Ngày nay có nhiều cảm biến mức cho phép bạn đo nhiều đại lượng vật lý liên quan đến lượng trong bể của một loại vật liệu nhất định.

Các cảm biến cấp một đầu tiên chỉ hoạt động với chất lỏng, nhưng giờ đây, nhờ những tiến bộ, đã có các cảm biến dành cho vật liệu rời. Đồng hồ đo mức và công tắc mức cho phép bạn liên tục theo dõi mức và kiểm soát xem liệu vật liệu có đạt mức quy định hay không. Trong bài viết này, chúng tôi sẽ tập trung vào các loại máy đo mức hiện đại.

Ngày nay, cảm biến mức có thể hoạt động với cả chất lỏng và vật liệu dạng khối và thậm chí cả khí, đồng thời vật liệu có thể được đặt cả trong bình chứa và trong đường ống. Các cảm biến được chia thành tiếp xúc và không tiếp xúc, và theo phương pháp lắp đặt, chúng có thể được thiết kế để lắp đặt trong thân đường ống hoặc thùng chứa bằng vật liệu được đo hoặc bên trên vật liệu được đo.

Các cảm biến cấp một hoạt động theo nguyên tắc đơn giản của phao và sử dụng phương pháp đóng các tiếp điểm với vật liệu. Giờ đây, các cảm biến đã được cải tiến, chúng chứa các mạch trong thiết kế cung cấp một số chức năng bổ sung, chẳng hạn như đo thể tích, tốc độ dòng chảy, báo hiệu khi đạt đến giới hạn, v.v. Các kết quả đo lường có thể được xử lý và lưu trữ.

Cho dù ngành xử lý chất lỏng, nhớt, khí, chảy tự do, dính, nhão, thì luôn có cảm biến mức phù hợp cho môi trường phù hợp. Nước, dung dịch, kiềm, axit, dầu, dầu, nhiên liệu và chất bôi trơn, hạt nhựa — phạm vi ứng dụng rất rộng và các cảm biến dựa trên các nguyên tắc vật lý khác nhau cho phép bạn chọn loại phù hợp với các điều kiện cụ thể và cho hầu hết mọi nhiệm vụ.

Phần cứng cảm biến bao gồm hai phần: bản thân cảm biến và công cụ trực quan hóa dữ liệu. Cảm biến tiếp xúc và không tiếp xúc, thay đổi liên tục và theo dõi biên giới — phạm vi khả năng của cảm biến ngày nay khá phong phú.

Loại cảm biến bạn chọn được xác định bởi các chi tiết cụ thể của quy trình công nghiệp và môi trường mà cảm biến sẽ hoạt động. Với các công cụ trực quan, quy trình đo lường có thể tạo ra các biểu đồ để phân tích thông tin ở cấp độ sản phẩm, tạo điều kiện thuận lợi đáng kể cho quá trình tự động hóa.

Máy đo mức được sử dụng để theo dõi liên tục mức vật liệu khối hoặc chất lỏng trong các hồ chứa tự nhiên và nhân tạo. Chúng đo mức độ với độ phân giải từ vài mili giây đến hàng chục giây.

Chúng được sử dụng để theo dõi mức độ của dung dịch nước, axit, bazơ, rượu, v.v., cũng như các vật liệu rời.Chúng có tiếp xúc và không tiếp xúc, và theo các nguyên tắc vật lý, chúng hoàn toàn đa dạng. Hãy xem xét từng loại chi tiết hơn.

Máy đo mức radar vi sóng

Chúng được sử dụng để theo dõi liên tục mức độ, chúng là phổ quát. Tác phẩm sử dụng hiện tượng phản xạ sóng điện từ từ mặt phân cách giữa hai môi trường. Tần số của sóng là từ 6 đến 95 GHz, càng cao thì càng thấp hằng số điện môi vật liệu được đo, ví dụ đối với các sản phẩm dầu mỏ, tần số của sóng phải là tối đa. Nhưng hằng số điện môi không được cao hơn 1,6.

Vì cảm biến hoạt động giống như một radar nên nó không sợ bị nhiễu và tần số cao của sóng giúp giảm thiểu ảnh hưởng ký sinh của áp suất và nhiệt độ trong bình. Cảm biến radar với tần số hoạt động cao như vậy không bị ảnh hưởng bởi bụi, hơi và bọt.

Tùy thuộc vào loại và kích thước của ăng-ten cảm biến, độ chính xác của thiết bị có thể khác nhau. Anten càng to và rộng thì tín hiệu thu được càng mạnh và chính xác, tầm phủ sóng càng cao, độ phân giải càng tốt. Độ chính xác của cảm biến radar vi sóng nằm trong phạm vi 1 mm, chúng có thể hoạt động ở nhiệt độ lên tới +250 ºС và đo mức lên tới 50 m.

Máy đo mức radar được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp xử lý vật liệu rời: trong xây dựng, chế biến gỗ, trong công nghiệp hóa chất, công nghiệp thực phẩm, sản xuất nhựa, thủy tinh và gốm sứ. Chúng cũng được áp dụng để đo mức chất lỏng.

Dụng cụ đo âm thanh

Sóng âm được sử dụng, khi được phản xạ bởi chất được quan sát, sẽ được tiếp nhận và xử lý.Phần mềm lọc tín hiệu mong muốn bằng cách phát hiện tiếng vang giả.

Tín hiệu được truyền với một xung mạnh, do đó tổn thất và suy giảm là tối thiểu. Tùy thuộc vào nhiệt độ, tín hiệu được bù và độ chính xác vẫn ở mức cao, trong khoảng một phần tư phần trăm. Cảm biến được gắn theo chiều dọc hoặc ở một góc. Mức độ thay đổi có thể lên đến 60 mét. Nhiệt độ hoạt động lên tới +150 ºС. Chống cháy nổ.

Áp kế âm thanh được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp, từ hệ thống tự động tải cần cẩu và hệ thống giám sát mức nước thải trong bể tự hoại, đến sản xuất sô cô la.

Máy đo mức siêu âm

Rung động siêu âm phản xạ từ giao diện giữa hai phương tiện được nhận và đo khoảng thời gian giữa thời điểm tín hiệu được gửi và nhận. Độ rời rạc là vài giây, điều này là do tốc độ âm thanh trong không khí là hữu hạn. Mức đo tối đa đạt 25 mét.

Phần mềm cho phép bạn định cấu hình trước cảm biến để tắt trong khoảng thời gian khi một số cơ chế đi qua bên dưới nó, chẳng hạn như cánh khuấy. Có thể điều khiển cảm biến từ máy tính. Được cài đặt theo chiều dọc trên vật liệu hoặc ở một góc. Độ chính xác trong vòng một phần tư phần trăm. Nhiệt độ hoạt động lên tới +90 ºС. Chống cháy nổ.

Máy đo mức siêu âm được sử dụng để theo dõi mức vật liệu rời trong nhiều lĩnh vực, từ nhà máy xi măng đến công nghiệp hóa chất và thực phẩm.

Máy đo mức thủy tĩnh

Đo áp suất chất lỏng ở đáy bình chứa. Sự biến dạng của phần tử nhạy cảm được chuyển đổi thành tín hiệu điện. Khi đo chênh lệch áp suất, cần có kết nối với khí quyển.Thích hợp để làm việc với nước và các chất lỏng không ăn mòn khác, bột nhão, v.v. Nó có thể hoạt động cả trong phòng mở và kín, trong hồ bơi, giếng, v.v.

Lượng áp suất phụ thuộc vào mật độ của chất lỏng và thể tích của nó trong bể, vào chiều cao của cột chất lỏng. Máy đo mức có thể chìm hoặc thông thường - một ống mao dẫn được tháo ra để tiếp xúc với khí quyển hoặc máy phát được cắt trực tiếp vào đáy bể.

Trong quá trình lắp đặt, cần loại trừ việc cố định sai áp suất của dòng chất lỏng khi nó được bơm vào bể. Độ chính xác trong vòng một phần tư phần trăm. Nhiệt độ hoạt động lên tới +125 ºС.

Máy đo mức thủy tĩnh được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp hóa chất trong bể chứa, trong nhà ở và dịch vụ công cộng trong giếng, trong công nghiệp thực phẩm, chúng được trang bị thùng chứa các sản phẩm lỏng, trong luyện kim, trong công nghiệp dược phẩm, trong công nghiệp dầu khí, v.v.

Máy đo mức điện dung

Đầu dò cảm biến và thành bể dẫn điện tạo thành một tấm tụ điện… Thay vì tường dẫn điện, có thể sử dụng một đường ống đặc biệt để gắn trên đầu dò đầu dò hoặc đầu dò nối đất riêng biệt thứ hai. Chất giữa các bản đóng vai trò là chất điện môi của tụ điện—không khí hoặc vật liệu có mức độ được theo dõi.

Rõ ràng, khi đầy bình, công suất điện của tụ điện sẽ thay đổi dần dần. Với một chiếc bình rỗng, công suất điện sẽ có một giá trị nhất định và trong quá trình di chuyển không khí, nó sẽ thay đổi. Việc tăng sản phẩm trong bể làm thay đổi điện dung của tụ điện được hình thành bởi cảm biến và bể.

Các thiết bị điện tử cảm biến chuyển đổi sự thay đổi điện dung thành sự thay đổi mức độ.Nếu hình dạng của bể không bình thường, thì đầu dò thứ hai được sử dụng, vì các tấm của tụ điện được hình thành phải được đặt theo chiều dọc. Mức tối đa đạt 30 mét. Độ chính xác không ít hơn một phần ba phần trăm. Nhiệt độ hoạt động lên tới +800 ºС, tùy thuộc vào kiểu máy. Thời gian trễ có thể điều chỉnh được.

Cảm biến mức điện dung chủ yếu được sử dụng để theo dõi mức chất lỏng trong nhiều lĩnh vực cần duy trì mức sản phẩm nhất định: trong sản xuất đồ uống, hóa chất gia dụng, trong nhà máy sản xuất nước, trong nông nghiệp, v.v.

Máy đo mức từ tính

Có một nam châm vĩnh cửu nổi trên trình điều khiển. Công tắc nhạy cảm từ tính được cài đặt bên trong trình điều khiển. Hoạt động tuần tự của các công tắc khi đổ đầy hoặc làm trống bình làm cho dòng điện thay đổi trong các phần riêng lẻ.

Nguyên tắc đơn giản đến mức các đồng hồ đo mức này không cần điều chỉnh và do đó rẻ và phổ biến. Các ràng buộc chỉ được giới thiệu bởi mật độ của chất lỏng. Nhiệt độ hoạt động lên tới +120 ºС. Giới hạn dịch chuyển là 6 mét.

Áp kế từ tính là một giải pháp tiết kiệm chi phí để đo mức chất lỏng trong nhiều ngành công nghiệp.

Máy đo phản xạ vi sóng

Không giống như các thiết bị đo radar, ở đây sóng không lan truyền ngoài trời mà dọc theo đầu dò của thiết bị, có thể là một sợi dây hoặc một cây gậy. Xung sóng trải qua sự phản xạ từ giao diện giữa hai môi trường có hằng số điện môi khác nhau và quay trở lại, đồng thời thời gian giữa thời điểm truyền và thời điểm nhận được cố định bằng điện tử và được chuyển đổi thành giá trị mức.

Việc sử dụng ống dẫn sóng tránh tác động ký sinh của bụi, bọt, sôi cũng như ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường. Hằng số điện môi của môi trường đo được không được thấp hơn 1,3e.

Máy đo mức phản xạ có thể được sử dụng khi radar không thể hoạt động do dạng bức xạ, ví dụ như trong các bể cao hẹp. Giới hạn đo 30 mét. Nhiệt độ hoạt động lên tới +200 ºС. Độ chính xác trong vòng 5 mm.

Máy phát mức vi sóng phản xạ có thể được sử dụng để theo dõi liên tục mức chất lỏng và chất rắn không dẫn điện và dẫn điện, cũng như để đo khối lượng và thể tích của chúng. Áp dụng trong nhiều ngành công nghiệp.

Máy phát mức bỏ qua

Một cột đo được đặt ở bên cạnh tàu. Chất lỏng lấp đầy ống và mức của nó được đo. Nguyên tắc thông tin liên lạc tàu. Một nam châm nổi trên bề mặt chất lỏng trong ống và gần ống nổi một cảm biến từ giảo chuyển đổi khoảng cách đến nam châm thành tín hiệu dòng điện.

Ống có các tấm chỉ thị có màu sắc khác nhau thay đổi vị trí của chúng dưới ảnh hưởng của từ trường nam châm. Do không có sự tiếp xúc của chất lỏng với môi trường bên ngoài, máy phát bypass được áp dụng trong ngành công nghiệp thực phẩm và dược phẩm. Giới hạn mức đo đến 3,5 mét. Độ chính xác trong vòng 0,5 mm. Nhiệt độ hoạt động lên tới +250 ºС.

Các thiết bị đo đường vòng được áp dụng khi cần kiểm soát trực quan mức chất lỏng: trong ngành nhiệt điện, công nghiệp hóa chất, khu dân cư, công nghiệp điện, công nghiệp thực phẩm và công nghiệp dầu khí.

Máy phát mức từ giảo

Hướng dẫn linh hoạt hoặc cứng nhắc chứa một phao có nam châm tích hợp. Một ống dẫn sóng được đặt dọc theo dây dẫn, xung quanh đó một từ trường hướng tâm được kích thích bởi các xung dòng điện chạy qua cuộn dây. Khi từ trường này va chạm với từ trường của nam châm vĩnh cửu của phao, ống dẫn sóng từ giảo trải qua quá trình biến dạng dẻo rất năng động.

Kết quả của sự biến dạng này là sóng siêu âm truyền dọc theo ống dẫn sóng và được cố định bởi một đầu dò điện tử ở một đầu. Việc so sánh trong thời điểm xung kích hoạt và thời điểm xảy ra xung biến dạng sẽ xác định vị trí của phao. Giới hạn mức đo đạt 15 mét. Độ chính xác trong vòng 1 mm. Nhiệt độ hoạt động lên tới +200 ºС.

Áp kế từ giảo được sử dụng trong ngành hóa chất để theo dõi mức chất lỏng tạo bọt, trong ngành công nghiệp thực phẩm và luyện kim để theo dõi mức chất lỏng thực phẩm và nhiên liệu.

Nhiều thước đo mức

Một tải được gắn vào một dây cáp hoặc băng quấn trên trống. Khi lắp đặt cảm biến trên nắp bể, có thể giảm tải trong bể. Động cơ điện quay trống và tải trọng đi xuống cáp. Khi trọng lượng chạm vào bề mặt của vật liệu cần đo, lực căng trên dây được giải phóng và điều này báo hiệu mức của vật liệu. Sợi dây quấn quanh trống một lần nữa, nâng tải trở lại.

Thiết bị điện tử tính toán mức độ dựa trên số vòng quay của trống. Để phát hiện các chất có mật độ 20 kg mỗi m3, một cảm biến như vậy là phù hợp. Giới hạn mức đo đến 40 mét.Độ chính xác từ 1 đến 10 cm, tùy thuộc vào sửa đổi. Khoảng thời gian đo do người dùng đặt và có thể từ 6 phút đến 100 giờ. Nhiệt độ hoạt động lên tới +250 ºС.

Máy đo nhiều mẻ được sử dụng trong các ngành công nghiệp khác nhau để kiểm soát mức vật liệu rời trong các hệ thống tự động.