בקרת רמות במערכות אוטומציה תעשייתיות

מערכות אוטומציה רבות דורשות מדידת רמות. ויש הרבה תעשיות בהן יש צורך במדידת רמות. כיום ישנם חיישני מפלס רבים המאפשרים למדוד כמויות פיזיות רבות הקשורות לכמות במיכל של חומר מסוים.

חיישני הרמה הראשונה עבדו רק עם נוזלים, אך כעת, הודות להתקדמות, ישנם חיישנים לחומרים בתפזורת. מדי מפלס ומתגי מפלס מאפשרים לך לפקח באופן רציף על המפלס ולשלוט אם החומר מגיע לרמה שצוינה. במאמר זה נתמקד בסוגי מדי הרמה המודרניים.

כיום חיישני מפלס יכולים לעבוד גם עם נוזלים וגם עם חומרים בתפזורת ואפילו עם גזים, והחומר יכול להיות ממוקם גם במיכל וגם בצנרת. חיישנים מחולקים למגע וללא מגע, ולפי שיטת ההתקנה ניתן לתכנן אותם להתקנה או בגוף צינור או מיכל עם החומר הנמדד, או מעל החומר הנמדד.

החיישנים ברמה הראשונה עבדו על העיקרון הפשוט של ציפה והשתמשו בשיטה של ​​סגירת מגעים עם חומר. כעת החיישנים עברו שיפורים, הם מכילים מעגלים בעיצובם המספקים מספר פונקציות נוספות, כמו מדידת נפח, קצב זרימה, איתות כשמגיעים לגבול וכו'. ניתן לעבד ולאחסן את תוצאות המדידה.

בין אם התעשייה מטפלת בחומרים נוזליים, צמיגים, גזים, זורמים חופשיים, דביקים ודביקים, תמיד יש את חיישן הרמה המתאים לסביבה הנכונה. מים, תמיסה, אלקליות, חומצה, שמן, שמן, דלקים וחומרי סיכה, גרגירי פלסטיק - היקף היישום רחב מאוד וחיישנים המבוססים על עקרונות פיזיקליים שונים מאפשרים לבחור את המתאים לתנאים ספציפיים וכמעט לכל משימה.

חומרת החיישן מורכבת משני חלקים: החיישן עצמו וכלי הדמיית הנתונים. חיישני מגע וללא מגע, שינוי מתמיד ומעקב אחר גבולות - מגוון יכולות החיישנים כיום עשיר למדי.

סוג החיישן שתבחר נקבע לפי הפרטים של התהליך התעשייתי והסביבה בה החיישן יפעל. בעזרת כלי הדמיה, תהליך המדידה יכול ליצור גרפים לניתוח מידע ברמת המוצר, מה שמקל מאוד על אוטומציה.

מדי מפלס משמשים לניטור רציף של רמת חומרים או נוזלים בתפזורת במאגרים טבעיים ומלאכותיים. הם מודדים את הרמה ברזולוציה של כמה אלפיות שניות עד עשרות שניות.

הם משמשים לניטור רמת תמיסות מימיות, חומצות, בסיסים, אלכוהול וכו', כמו גם חומרים בתפזורת.הם מגע ואינם מגע, ולפי עקרונות פיזיקליים הם מגוונים לחלוטין. בואו נסתכל על כל סוג ביתר פירוט.

מדי רמת מכ"ם מיקרוגל

הם משמשים לניטור רציף של הרמה, הם אוניברסליים. העבודה משתמשת בתופעת השתקפות של גל אלקטרומגנטי מהממשק בין שני מדיות. תדר הגלים הוא מ-6 עד 95 גיגה-הרץ, וככל שהוא גבוה יותר, כך הוא נמוך יותר הקבוע הדיאלקטרי חומר נמדד, למשל עבור מוצרי נפט, תדירות הגלים צריכה להיות מקסימלית. אבל הקבוע הדיאלקטרי לא צריך להיות גבוה מ-1.6.

מכיוון שהחיישן פועל כמו מכ"ם, הוא אינו מפחד מהפרעות, והתדירות הגבוהה של הגלים ממזערת את ההשפעה הטפילית של לחץ וטמפרטורה בכלי. חיישני מכ"ם בעלי תדרי פעולה כה גבוהים חסינים בפני אבק, אדים וקצף.

בהתאם לסוג ולגודל של אנטנת החיישן, הדיוק של המכשיר עשוי להשתנות. ככל שהאנטנה גדולה ורחבה יותר, האות יהיה חזק ומדויק יותר, ככל שהטווח גבוה יותר, הרזולוציה טובה יותר. הדיוק של חיישני מכ"ם מיקרוגל הוא בטווח של 1 מ"מ, הם יכולים לעבוד בטמפרטורות של עד +250 ºС ולמדוד את הרמה עד 50 מ'.

מדי מפלס מכ"ם משמשים בתעשיות רבות בהן מטופלים בחומרים בתפזורת: בבנייה, עיבוד עץ, בתעשייה הכימית, בתעשיית המזון, בייצור פלסטיק, זכוכית וקרמיקה. הם מתאימים גם למדידת רמת הנוזלים.

מכשירי מדידה אקוסטיים

נעשה שימוש בגלים אקוסטיים, שכאשר משתקפים מהחומר הנצפה, הם נקלטים ומעובדים.התוכנה מסננת את האות הרצוי על ידי זיהוי הדים מזויפים.

האות מועבר עם דופק חזק, כך שההפסדים וההנחתה הם מינימליים. בהתאם לטמפרטורה, האות מפוצה והדיוק נשאר גבוה, תוך רבע אחוז. החיישן מותקן אנכית או בזווית. רמת השינוי יכולה להיות עד 60 מטר. טמפרטורת עבודה עד +150 ºС. חסין פיצוצים.

מנומטרים אקוסטיים משמשים בתעשיות רבות, החל ממערכות אוטומציה של העמסת מנוף ומערכות ניטור מפלס ביוב בבורות ספיגה, ועד לייצור שוקולד.

מדי רמה אולטראסוניים

נקלטות רעידות אולטרסאוניות המשתקפות מהממשק בין שתי המדיה ונמדדת מרווח הזמן בין רגע שליחת האות לקליטתו. הדיסקרטיות היא כמה שניות, זה נובע ממהירות הקול הסופית באוויר. רמת המדידה המרבית מגיעה ל-25 מטר.

התוכנה מאפשרת להגדיר מראש את החיישן לכיבוי בתקופה שבה מנגנון כלשהו עובר מתחתיו, למשל להב ערבוב. אפשר לשלוט בחיישן ממחשב. מותקן אנכית מעל החומר או בזווית. דיוק תוך רבע אחוז. טמפרטורת עבודה עד +90 ºС. חסין פיצוצים.

מדי רמה אולטראסוניים משמשים לניטור רמת החומרים בתפזורת בתחומים רבים, ממפעלי מלט ועד לתעשיות הכימיות והמזון.

מדי מפלס הידרוסטטיים

מדוד את לחץ הנוזל בתחתית המיכל. העיוות של האלמנט הרגיש מומר לאות חשמלי. כאשר מודדים לחץ דיפרנציאלי, יש צורך בחיבור לאטמוספירה.מתאים לעבודה עם מים ונוזלים אחרים לא אגרסיביים, למשחות וכדומה. יכול לעבוד גם בחדרים פתוחים וגם סגורים, בבריכות, בארות וכו'.

מידת הלחץ תלויה בצפיפות הנוזל ובנפחו במיכל, בגובה עמוד הנוזל. מד המפלס יכול להיות צולל או רגיל - או שמסירים צינור נימי למגע עם האטמוספירה, או שהמשדר נחתך ישירות לתחתית המיכל.

במהלך ההתקנה, יש צורך להוציא קיבוע כוזב של הלחץ של זרימת הנוזל כאשר הוא נשאב לתוך הטנק. דיוק תוך רבע אחוז. טמפרטורת עבודה עד +125 ºС.

מדי מפלס הידרוסטטיים נמצאים בשימוש נרחב בתעשייה הכימית במיכלים, בדיור ובשירותים קהילתיים בבארות, בתעשיית המזון הם מצוידים במיכלים עם מוצרים נוזליים, במטלורגיה, בתעשיית התרופות, בתעשיית הנפט וכו'.

מטר מפלס קיבולי

בדיקת החיישן וקיר המיכל המוליך יוצרים א לוחות קבלים... במקום קיר מוליך, ניתן להשתמש בצינור מיוחד להרכבה על הגשש או בדיקה נפרדת מוארקת שניה. החומר בין הלוחות משמש כדיאלקטרי של הקבל - אוויר או חומר שרמתו מנוטרת.

ברור שכאשר המיכל יתמלא, הקיבולת החשמלית של הקבל תשתנה בהדרגה. עם מיכל ריק, הקיבולת החשמלית תהיה בעלת ערך מסוים, ובתהליך של עקירת אוויר היא תשתנה. הגדלת המוצר במיכל משנה את הקיבול של הקבל שנוצר על ידי החיישן והמיכל.

האלקטרוניקה של החיישן ממירה את השינוי בקיבול לשינוי ברמה.אם צורת הטנק היא יוצאת דופן, אז נעשה שימוש בבדיקה שנייה, שכן הלוחות של הקבל שנוצר חייבים להיות ממוקמים אנכית. הרמה המקסימלית מגיעה ל-30 מטר. הדיוק הוא לא פחות משליש אחוז. טמפרטורת עבודה עד +800 ºС, תלוי בדגם. זמן ההשהיה ניתן להתאמה.

חיישני רמה קיבוליים משמשים בעיקר לניטור רמת הנוזלים באזורים רבים בהם יש צורך לשמור על רמה מסוימת של המוצר: בייצור משקאות, כימיקלים ביתיים, במפעלי ייצור מים, בחקלאות וכו'.

מדי מפלס מגנטיים

יש מגנט קבוע על הנהג. מתגים רגישים מגנטית מותקנים בתוך הדרייבר. הפעולה הרציפה של המתגים בעת מילוי או ריקון המיכל גורמת לשינוי הזרם בחלקים בודדים.

העיקרון כל כך פשוט שמדי מפלס אלו אינם דורשים התאמה ולכן הם זולים ופופולריים. אילוצים מוכנסים רק על ידי צפיפות הנוזל. טמפרטורת עבודה עד +120 ºС. מגבלת המשמרת היא 6 מטר.

המנומטר המגנטי הוא פתרון חסכוני למדידת מפלס נוזלים בתעשיות רבות.

מדי רפלקס מיקרוגל

בניגוד למכשירי מדידת מכ"ם, כאן הגל מתפשט לא באוויר הפתוח, אלא לאורך הגשושית של המכשיר, שיכולה להיות חבל או מקל. דופק הגל עובר השתקפות מהממשק בין שני מדיות עם קבועים דיאלקטריים שונים וחוזר אחורה, והזמן בין רגע השידור לרגע הקליטה נקבע על ידי האלקטרוניקה ומומר לערך מפלס.

השימוש במוליך גל מונע את ההשפעה הטפילית של אבק, קצף, רתיחה, כמו גם השפעת טמפרטורת הסביבה. הקבוע הדיאלקטרי של המדיום הנמדד לא חייב להיות נמוך מ-1.3e.

ניתן להשתמש במדדי מפלס מחזירי אור כאשר מכ"ם אינו יכול לעבוד עקב דפוס הקרינה, למשל במיכלים גבוהים צרים. מגבלת מדידה 30 מטר. טמפרטורת עבודה עד +200 ºС. דיוק בטווח של 5 מ"מ.

ניתן להשתמש במשדרי רמת מיקרוגל רפלקס לניטור רציף של רמת הנוזלים והמוצקים שאינם מוליכים ומוליכים, וכן למדידת המסה והנפח שלהם. ישים בתעשיות רבות.

עוקף משדרי רמה

עמודת מדידה ממוקמת בצד הכלי. הנוזל ממלא את הצינור ורמתו נמדדת. העיקרון של תקשורת כלי שיט. מגנט צף על פני הנוזל בצינור, וליד הצינור צף חיישן מגנטוסטריקטי הממיר את המרחק למגנט לאות זרם.

לצינור יש לוחות חיווי בצבעים שונים המשנים את מיקומם בהשפעת השדה המגנטי של המגנט. בשל העובדה שאין מגע של הנוזל עם הסביבה החיצונית, משדרי מעקפים ישימים בתעשיות המזון והתרופות. הגבלת רמת המדידה ל-3.5 מטר. דיוק בטווח של 0.5 מ"מ. טמפרטורת עבודה עד +250 ºС.

מכשירי מדידה עוקפים ישימים כאשר נדרשת שליטה ויזואלית של מפלס הנוזל: בתעשיית החשמל התרמית, בתעשייה הכימית, במגזר המגורים, בתעשיית החשמל, בתעשיית המזון ובתעשיית הנפט והגז.

משדרי רמה מגנטוסטריסטי

המנחה הגמיש או הקשיח מכיל מצוף עם מגנט מובנה. מוליך גל ממוקם לאורך המוליך, שסביבו מעורר שדה מגנטי רדיאלי על ידי פעימות זרם דרך הסליל. כאשר שדה מגנטי זה מתנגש בשדה המגנטי של המגנט הקבוע של המצוף, מוליך הגל המגנטוסטריקטי עובר דפורמציה פלסטית דינמית ביותר.

כתוצאה מעיוות זה, הגל האולטראסוני מתפשט לאורך מוליך הגל והוא מקובע על ידי מתמר אלקטרוני בקצה אחד. ההשוואה בזמן פעימת ההדק וזמן התרחשות פעימת הדפורמציה קובעת את מיקום המצוף. מגבלת רמת המדידה מגיעה ל-15 מטר. דיוק בטווח של 1 מ"מ. טמפרטורת עבודה עד +200 ºС.

מנומטרים מגנטוסטריקטיבים משמשים בתעשייה הכימית לניטור רמת הנוזלים המקציפים, בתעשיית המזון ובמטאלורגיה לניטור רמת המזון והדלקים הנוזליים.

הרבה מדי רמה

עומס מחובר לכבל או לסרט הכרוך על תוף. בעת התקנת החיישן על מכסה המיכל, ניתן להפחית את העומס במיכל. המנוע החשמלי מסובב את התוף והעומס יורד במורד הכבל. כאשר המשקל נוגע במשטח החומר המיועד למדידה, משתחרר המתח בחבל וזה מסמן את רמת החומר. החבל מתפתל שוב סביב התוף, מרים את המטען בחזרה למעלה.

האלקטרוניקה מחשבת את הרמה על סמך מספר הסיבובים של התוף. לזיהוי חומרים עם צפיפות של 20 ק"ג למ"ק, חיישן כזה מתאים. הגבלת רמת המדידה ל-40 מטר.דיוק בין 1 עד 10 ס"מ, תלוי בשינוי. מרווח המדידה נקבע על ידי המשתמש ויכול להיות בין 6 דקות ל-100 שעות. טמפרטורת עבודה עד +250 ºС.

מונים מרובי אצווה משמשים בתעשיות שונות לשליטה ברמת החומרים בתפזורת במערכות אוטומטיות.