Czujniki poziomu cieczy: zasady pracy, typy i zastosowania przemysłowe

Czujniki poziomu cieczy METRAVON: zasady pracy, typy i zastosowania przemysłowe

Czujniki poziomu cieczy są wykorzystywane do wykrywania wysokości cieczy lub stanu poziomu w zbiornikach, basenach, zbiornikach procesowych, studniach, kanałach i innych systemach. Można je podzielić napomiar poziomu ciągłegoorazwykrywanie poziomu punktów.

Nadajniki ciągłe zapewniają rzeczywisty poziom, odległość lub procent i mogą komunikować się z PLC, DCS, RTU lub systemów gromadzenia danych poprzez interfejsy takie jak 4- 20 mA, HART lub RS485 / Modbus. Przełączniki Point- level są wykorzystywane głównie do wykrywania wysokiego poziomu, niskiego poziomu, nadpełnienia lub pustego wykrywania.

Różne technologie czujnikowe wykorzystują różne zasady fizyczne, dlatego ich wrażliwość na gęstość, właściwości dielektryczne, warunki gazowe, temperatura, ciśnienie, piana, opary i geometria instalacji również różnią się.

1. Jakie są główne typy czujników poziomu cieczy?

Czujnik poziomu radaru

Wykorzystuje odbicie elektromagnetyczne do pomiaru odległości bez kontaktu w zbiornikach, basenach i wymagających zastosowaniach procesowych.

Czujnik poziomu ultradźwiękowego

Wykorzystuje akustyczny czas lotu i jest szeroko stosowany do zbiorników wodnych, basenów ściekowych i zbiorników atmosferycznych.

Czujnik poziomu hydrostatycznego

Oblicza poziom ciśnienia w kolumnach płynnych i jest powszechnie stosowany w studni, zbiorników, zbiorników, i monitorowania hydrologicznego.

Czujnik poziomu zdolności

Mierzy zmiany pojemności spowodowane zmianami w pożywce dielektrycznej otaczającej sondę.

Czujnik poziomu pływania magnetycznego

Wykorzystuje wyporność i wykrywanie położenia magnetycznego do ciągłego lub pomiaru poziomu punktowego.

2. Jak działa pomiar poziomu radaru?

Czujnik poziomu radaru zamontowany nad cieczą przenosi fale elektromagnetyczne w kierunku powierzchni. Sygnał odbity jest odbierany przez antenę, a przyrząd oblicza odległość między punktem odniesienia a powierzchnią cieczy.

Radar przemysłowy często używa impulsów lub technologii FMCW. Nowoczesne przyrządy radarowe o swobodnej przestrzeni 26 GHz i 80 GHz są szeroko stosowane zarówno do cieczy, jak i ciał stałych luzem.

Nie-Kontakt

Antena normalnie nie musi być zanurzona w płynie.

Nie wymaga się średniego gazu

Fale elektromagnetyczne nie wymagają powietrza do rozmnażania, co pozwala na zastosowanie w odpowiednich warunkach podciśnienia i złożonej przestrzeni gazowej.

Szeroki zakres zastosowań

Dostępne są rozwiązania dla małych zbiorników, dużych zbiorników, silosów, zbiorników wodnych i monitoringu poziomu rzeki.

Na wydajność radaru nadal mogą wpływać właściwości dielektryczne, pianka, nagromadzenie anteny, geometria statku i warunki montażu. Dlatego też niedokładne jest stwierdzenie, że podłoże procesowe nie ma wpływu na radar.

3. Jak działa pomiar poziomu ultradźwiękowego?

ultradźwiękowy czujnik poziomu przekazuje impulsy dźwiękowe w kierunku powierzchni cieczy i mierzy czas potrzebny do powrotu echa. Odległość jest obliczana od czasu rozmnażania i prędkości dźwięku.

W przeciwieństwie do radaru, USG jest falą mechaniczną i wymaga gazu lub innego medium, przez który się rozprzestrzenia. Prędkość dźwięku zmienia się wraz ze składem temperatury i gazu, dlatego przemysłowe nadajniki ultradźwiękowe często wykorzystują kompensację temperatury.

4. Jak działa pomiar poziomu hydrostatycznego?

Pomiar hydrostatyczny opiera się na ciśnieniu wytwarzanym przez płynną kolumnę. W przypadku otwartego naczynia ciśnienie statyczne zależy od gęstości cieczy, ciężkości i wysokości cieczy.

P = ρgh

gdzie:

• P= ciśnienie hydrostatyczne;

• ρ= gęstość cieczy;

• g= przyspieszenie grawitacyjne;

• h= wysokość cieczy.

Jeżeli gęstość jest znana i wystarczająco stabilna, zmierzone ciśnienie można przeliczyć na poziom.

Transmiter poziomu podwodnego

Zainstalowany w pobliżu dna studni, zbiornika, zbiornika lub umywalki.

Zamontowany przekaźnik ciśnienia

Zainstalowane na dnie lub boku zbiornika w celu obliczenia poziomu ciśnienia statycznego.

Gęstość cieczy jest jednym z najważniejszych czynników wpływających na dokładność poziomu hydrostatycznego. Lepkość nie pojawia się bezpośrednio w równaniu hydrostatycznym, chociaż wysoce lepkie, krystalizujące lub sedyment- formujące nośniki mogą wpływać na odpowiedź portu ciśnieniowego lub przepony.

5. Jak działa pomiar poziomu zdolności?

Czujnik pojemnościowy wykrywa zmiany pojemnościowe spowodowane zmianami w środowisku dielektrycznym wokół sondy. Sonda i ściana statku, elektroda odniesienia lub struktura koncentryczna tworzą pojemność pomiarową.

Wspólne konstrukcje obejmują:

• sonda jednopręgowa z metalicznym naczyniem jako elektroda odniesienia;

• sonda koncentryczna;

• sonda kablowa;

• Sonda izolowana lub pokryta PTFE;

• Izolowane układy płynów przewodzących.

Na pomiar zdolności mogą mieć wpływ zmiany właściwości dielektrycznych, nagromadzenie, krystalizacja oraz zmiany w składzie produktu.

6. Jak działa magnetyczny czujnik poziomu pływaka?

Płyta magnetyczna porusza się w górę i w dół z cieczą zgodnie z płynem. Magnes wewnątrz platformy współdziała z przełącznikiem trzcinowym, magnetostryktywnym elementem czujnika lub zewnętrznym wskaźnikiem magnetycznym.

Przełącznik poziomu pływania

Używa zmiennoprzecinkowego i trzcinowego przełącznika do wykrywania punktów wysokiego lub niskiego poziomu.

Nadajnik poziomu magnetostrictive

Mierzy pozycję pływania w sposób ciągły dla pomiaru poziomu wysokiej rozdzielczości.

Magnetyczny parametr poziomu

Wykorzystuje sprzężenie magnetyczne między pływakiem wewnętrznym a zewnętrznym wskaźnikiem dla lokalnego poziomu widzenia.

Ważne:Czujnik poziomu pływania magnetycznego nie jest wyłącznie technologią niekontaktową. Samo pływanie jest zwykle zanurzone w płynie, chociaż magnetyczny element detekcji może być izolowany od płynu procesowego.

Gęstość cieczy wpływa na głębokość zanurzenia pływaka i dlatego należy ją włączyć do procesu selekcji.

7. Szybkie porównanie technologii poziomu cieczy

8. Jak należy wybrać czujnik poziomu cieczy?

Przed wyborem należy potwierdzić następujące informacje:

Średni

Nazwa ciekła
Gęstość
Właściwości dielektryczne
Korektywność
Lepkość

Wymóg pomiaru

Poziom ciągły lub punktowy
Maksymalny zakres
Dokładność
Prędkość odpowiedzi
Wymagania dotyczące alarmu

Warunki procesu

Temperatura
Ciśnienie
Odkurzacz
Vapor
Pianka

Wymagania dotyczące układu

4- 20 mA
HART
RS485 / Modbus
Zasilanie
Wymóg dotyczący obszaru niebezpiecznego

9. Wspólne scenariusze zastosowania

10. Jakie sygnały wyjściowe są powszechne?

• 4- 20 mA:szeroko stosowane do PLC, DCS i tradycyjnego nabycia analogowego;

• 4- 20 mA + HART:dodaje konfigurację cyfrową i diagnostykę do pętli analogowej;

• RS485 / Modbus RTU:nadaje się do systemów RTU, cyfrowego nabycia i wielofunkcyjnych;

• Przekaz:powszechnie używane do alarmów poziomu punktowego i zamków;

• 0–5 V / 0–10 V:stosowane w wybranych systemach kontroli poziomu wyposażenia;

• Komunikat IoT:dane poziomu mogą być przesyłane przez bramę do SCADA lub platform w chmurze.

11. Błędy w doborze czujników wspólnego poziomu

Patrząc tylko na dokładność

Dokładność laboratoryjna nie reprezentuje automatycznie działania w terenie.

Zakładając, że nie-kontakt jest zawsze najlepszy

Systemy hydrostatyczne lub pływające mogą być prostsze i bardziej ekonomiczne dla studni, zbiorników wodnych lub maszyn kompaktowych.

Ignorowanie średnich właściwości

Gęstość, właściwości dielektryczne, piana, korozja i lepkość mogą zmienić właściwy wybór technologii.

Porównanie tylko ceny zakupu

Należy również poddać ocenie instalację, konserwację, ryzyko przestojów i żywotność.

FAQ: Czujniki poziomu cieczy

P1: Jaka jest różnica między czujnikiem poziomu a miernikiem poziomu?

A: Terminy są często stosowane zamiennie. "Czujnik" podkreśla element czujnika, podczas gdy "miernik poziomu" często odnosi się do kompletnego przyrządu pomiarowego, w tym przetwarzania sygnału i wyjścia.

P2: Który poziom technologii ma najwyższą dokładność?

O: Nie ma uniwersalnej odpowiedzi. Dokładność zależy od modelu, zakresu, medium, instalacji i warunków procesu.

P3: Radar czy ultradźwiękowy zbiornik wodny?

O: Ultrasonic jest często ekonomiczne dla krótkiego zasięgu, atmosferyczne, stosunkowo stabilne zbiorniki wodne. Radar może być preferowany w przypadku gdy wymagana jest para, złożone wewnętrzne lub wyższa stabilność.

P4: Co jest powszechnie stosowane do głębokiego poziomu wody?

O: Nadajnik hydrostatyczny podwodny jest powszechnym rozwiązaniem, chociaż radar niekontaktowy może być również oceniony w zależności od geometrii głowicy odwiertu.

P5: Czy medium wpływa na pomiar pojemnościowy?

A: Tak. Pomiar Capacitance zależy bezpośrednio od warunków dielektrycznych, więc skład produktu i nagromadzenie może wpływać na wynik.

P6: Jaki jest główny wpływ na pomiar poziomu hydrostatycznego?

A: Gęstość cieczy jest czynnikiem kluczowym. Zmiany gęstości zmieniają ciśnienie odpowiadające temu samemu poziomowi fizycznemu.

P7: Czy czujnik pływania magnetycznego nie ma kontaktu?

A: Normalnie nie. Pływak ma bezpośredni kontakt z cieczą, chociaż element czujnika magnetycznego może być odizolowany od procesu.

P8: Jaka technologia powinna być stosowana w przypadku obecności pianki?

A: Odpowiedź zależy od grubości pianki, zawartości cieczy i właściwości dielektrycznych. Piana może mieć wpływ zarówno na pomiar radarowy, jak i ultradźwiękowy, dlatego należy dokładnie ocenić ciężką pianę.

P9: Czy czujnik poziomu może podłączyć się bezpośrednio do sterownika PLC?

A: Tak, pod warunkiem, że PLC obsługuje odpowiednie 4- 20 mA, napięcie, RS485 / Modbus lub dyskretne wejście.

P10: Jakie informacje METRAVON potrzebuje do wyboru czujników poziomu?

O: Proszę podać wysokość podłoża, zbiornika lub basenu, minimalny i maksymalny poziom, temperaturę, ciśnienie, gęstość, właściwości dielektryczne, warunki pianki lub pary, położenie montażu, połączenie procesowe, zasilanie, interfejs wyjściowy oraz wymagania dotyczące obszaru niebezpiecznego.

Wniosek

Nie ma jednej technologii wyczuwania poziomów, która byłaby idealna do każdego zastosowania.Radar, ultradźwiękowe, hydrostatyczne, pojemnościowe i magnetyczneopierają się na różnych zasadach fizycznych i dlatego oferują różne mocne i ograniczenia.

Radar jest dobrze przystosowany do wielu wymagających zastosowań bez kontaktu; ultradźwiękowe jest często ekonomiczne dla stabilnych zbiorników atmosferycznych i basenów; pomiar hydrostatyczny jest szeroko stosowany w odwiertach i zastosowaniach zanurzonych; przydatne są systemy kondensacyjne, w których można wiarygodnie zmierzyć zmiany dielektryczne; i urządzeń pływających pozostają praktyczne dla wielu zastosowań punktowych i ciągłego poziomu.

METRAVON zaleca potwierdzenie średnich właściwości, zakresu, temperatury, ciśnienia, geometrii zbiornika i systemu sterowania przed wyborem zasady pomiaru i konfiguracji przyrządów.