Rodzaje przyrządów do pomiaru poziomu: zasady, cechy i przewodnik wyboru

Miernictwo poziomów jest szeroko stosowane w procesach chemicznych, oczyszczaniu wody, produkcji żywności i napojów, przemyśle farmaceutycznym, zarządzaniu wodą w sektorze rolnym, górnictwie, systemach magazynowania oraz automatyzacji przemysłowej. W zależności od medium, konstrukcji zbiornika, temperatury, ciśnienia oraz warunków instalacyjnych, wymagane są różne technologie pomiarowe.

Do powszechnie stosowanych technologii należą pomiar poziomu metodą hydrostatyczną, ultradźwiękową, metodą pływową, radarową, metodą admittancejności RF oraz metodą pojemnościową. Żadna z tych technologii nie jest odpowiednia dla wszystkich zastosowań, dlatego wybór powinien uwzględniać warunki procesu, zakres pomiarowy, wymagania dotyczące instalacji, charakterystykę sygnału wyjściowego oraz wymagania dotyczące konserwacji.

1. Pomiar poziomu metodą hydrostatyczną

Pomiar poziomu metodą hydrostatyczną pozwala określić poziom cieczy na podstawie ciśnienia generowanego przez kolumnę cieczy.Gdy gęstość cieczy pozostaje względnie stabilna, zwiększenie wysokości cieczy prowadzi do odpowiadającego wzrostu ciśnienia hydrostatycznego.

Prosta zasada pomiaru

Nadaje się do ciągłego pomiaru poziomu cieczy.

Typowe zastosowania

Zbiorniki wodne, zbiorniki, studnie i przemysłowe systemy magazynowe.

Stabilność procesu

Piana, turbulencje oparów i powierzchni nie wpływają bezpośrednio na pomiar ciśnienia.

Integracja systemu

Modele przemysłowe mogą zapewniać wyjścia 4-20mA lub RS485.

Miernictwo hydrostatyczne zależy od gęstości cieczy. Jeśli gęstość ulega istotnej zmianie w wyniku zmian temperatury, stężenia lub składu procesu, Obliczony poziom może również ulec przesunięciu. Dla zamkniętych zbiorników pod ciśnieniem może być wymagana kompensacja ciśnienia w fazie gazowej lub pomiar różnicowego ciśnienia.

– pomiar poziomu metodą ultradźwiękową.

Przenosniki poziomu ultradźwiękowych są zazwyczaj urządzeniami bezkontaktowymi. Czujnik emituje impuls ultradźwiękowy w kierunku powierzchni ciekłości lub ciała stałego i mierzy czas podróży sygnału odzwierciedlonego. Mierzoną odległość przekształca się następnie w poziom zgodnie z odniesioną wysokością instalacji.

Mierzenie bezkontaktowe

Sensor zazwyczaj nie utrzymuje bezpośredniego kontaktu z medium procesowym.

Zastosowania w przypadku ciekłości oraz niektórych ciał stałych

Dostosowane do zbiorników, basenów, systemów oczyszczania ścieków, kanałów otwartych oraz do niektórych rodzajów ciał stałych w stanie masowym.

Relatywnie prosta instalacja

Dobroodny do zastosowań pod ciśnieniem atmosferycznym w warunkach stabilnych atmosferycznych.

Integracja z systemami automatyzacji

Możliwa jest podłączenie do PLC-ów, RTU-ów, rejestratorów danych oraz systemów zdalnego monitorowania.

Ze względu na to, że sygnały ultradźwiękowe podróżują przez przestrzeń gazową powyżej procesu, Zmiany temperatury, para, piana, silny przepływ powietrza, kurz, turbulencja powierzchniowa oraz wewnętrzne przeszkody mogą wpływać na stabilność pomiarów.

3. Pomiar poziomu za pomocą płytki pływającej

Przyrządy pomiarowe oparte na poziomie cieczy wykorzystują siłę pływową do wykrywania zmian poziomu cieczy. W miarę podnoszenia się lub spadania cieczy, pływak przesuwa się w odpowiednim kierunku, a jego pozycja jest przekształcana w sygnał poziomu za pośrednictwem sprzężenia magnetycznego. przłącz mechaniczny, przełączniki prętowe lub inne metody wykrywania.

Przynęt mechaniczny bezpośredni

Często stosowany w konwencjonalnych zastosowaniach do pomiaru poziomu cieczy

Nie zależy od stałej dielektrycznej

Właściwy do wielu typowych cieczy

Pomiar punktowy lub ciągły

Możliwość zastosowania w przełącznikach poziomu lub ciągłym wskazaniu poziomu

Ponieważ element pływający ma bezpośredni kontakt z środowiskiem, występują takie czynniki jak lepkość, korozja oraz obecność ciał stałych, Należy wziąć pod uwagę krystalizację, formacje osadów oraz dostępny przestrzenny obszar do przemieszczania się. Środki o wysokiej lepkości lub skłonne do zakłócania mogą ograniczać ruch pływaków.

– 4. Mierzenie poziomu za pomocą radaru;

– nadajniki poziomu radarowego wykorzystują fale elektromagnetyczne o wysokiej częstotliwości do pomiaru poziomu bez styku. Antena emituje sygnał radarowy w kierunku powierzchni procesu, a odzwierciedlony sygnał jest analizowany w celu obliczenia rzeczywistej wysokości cieczy lub ciała stałego.

Mierzenie bezkontaktowe

Dostępne zarówno dla cieczy, jak i dla mas ciał stałych.

– odpowiedne dla bardziej wymagających warunków.

– zazwyczaj mniej wrażliwe niż pomiar ultradźwiękowy na zmiany temperatury, ciśnienia oraz ciśnienia par.

– nie zawiera mechanicznych części ruchomych.

– odpowiednie do długotrwałych, ciągłych pomiarów.

– szeroki zakres zastosowań.

– stosowany w zbiornikach, siloach, procesach oczyszczania wody, procesach chemicznych oraz w zastosowaniach górniczych.

Reflexja radarowa nadal zależy od stałej dielektrycznej oraz położenia instalacji. geometria zbiornika oraz niepożądane echa W przypadku mediów o niskiej dielektryczności lub kontejnerów złożonych może być konieczna staranne doborzenie częstotliwości radarowej, projektowania anteny oraz jej lokalizacji montażowej.

5. Mierzenie poziomu admittance RF

Urządzenia do pomiaru poziomu admittance RF wykrywają zmiany w właściwościach elektrycznych między sondą a kontejnerem. Zawodowo wykorzystuje się sondę kontaktową; może być stosowana w przypadku ciekłości, suspensji, proszków oraz materiałów granulowanych.

– obsługa wielu typów mediów;

– odpowiednia do ciekłości, suspensji, proszków i granulatów;

– wykrywanie poziomu w punktach.

Często stosowane do alarmów wysokiego i niskiego poziomu.

– stosowane dla niektórych mediów powłokowych.

– przy odpowiednim projektowaniu może odpierać określone warunki powstawania lub gromadzenia się powłok.

– pomiar admittancejności RF może być wpływany przez właściwości elektryczne medium. Powłoka sondy oraz geometria jej montażu. Urządzenia, charakteryzujące się znacznymi zmianami dielektrycznymi lub intensywnym gromadzeniem ładunku, powinny być kalibrowane i weryfikowane w rzeczywistych warunkach procesu.

– 6. Pomiar poziomu za pomocą kondensatora

Przyrządy napięciowe oparte na pojemności mierzą zmiany wartości pojemności, gdy materiał przenika do obszaru czujnika położonego między sondą a elektrodą odniesienia. Konstanta dielektryczna środowiska procesowego bezpośrednio wpływa na charakterystykę pojemnościową.

Ciekłe media oraz wybrane materiały stałe;

Dostępne dla różnych ciekłych mediów, proszków oraz materiałów granulowanych;

Kompaktowa konstrukcja;

Przydatne w przypadku małych naczyniów i instalacji o ograniczonej przestrzeni;

Możliwość pomiaru ciągłego lub punktowego;

Możliwość konfiguracji do ciągłego lub punktowego wykrywania poziomu.

Miary kapacytancyjne są wrażliwe na stałą dielektryczną oraz skład materiału. gromadzenie sondy, wilgotność oraz geometria instalacji Znaczne zmiany właściwości media mogą wymagać ponownego kalibrowania.

7.Porównanie technologii pomiarowych na poziomie ogólnym:

8. Jak wybrać technologię pomiarową do pomiaru poziomu:

– zbiorniki wodne, rezerwuarów i studnie;

– pomiar hydrostatyczny, ultradźwiękowy lub radarowy, w zależności od warunków instalacyjnych i procesowych;

– systemy odpadowych i oczyszczonych wód;

– należy uwzględnić pęda, muł, korozję oraz materiały pływające; w trudniejszych warunkach może być rozważony pomiar radarowy.

Przemysłowe zbiorniki magazynowe.

Pomiary ultradźwiękowe, radarowe lub hydrostatyczne mogą być stosowane dla zbiorników pracujących w normalnych warunkach atmosferycznych, podczas gdy w procesach charakteryzujących się wyższymi temperaturami lub ciśnieniami mogą być wymagane pomiary radarowe, radarowe na podstawie fal kierowanych lub różnicowe ciśnienie.

Silosy do transportu masowego ciał stałych.

Można wybrać radar, detekcję poziomu metodą ultradźwiękową, detekcję poziomu metodą admittancejności RF lub detekcję poziomu metodą pojemnościową w zależności od obecności pyłu, zasięgu oraz właściwości materiału.

Małe naczynia oraz detekcja poziomu w punktach

Dostępne są przełączniki pływowe, przełączniki pojemnościowe lub przełączniki poziomu oparte na admittancejności RF.

9. Informacje wymagane przy doborze urządzenia do pomiaru poziomu

– Pytania często zadawane;

– Q1: Jaką technologię pomiaru poziomu jest najodpowiedniejsza dla standardowego pomiaru poziomu wody?

A1: Można wykorzystać urządzenia hydrostatyczne, ultradźwiękowe oraz radarowe. Ostateczny wybór zależy od zakresu pomiarowego, warunków instalacyjnych oraz warunków procesowych.

Q2: Jaką jest główna różnica między pomiarami poziomu za pomocą urządzeń ultradźwiękowych a radarowych?

A2: Urządzenia ultradźwiękowe wykorzystują fale dźwiękowe, podczas gdy urządzenia radarowe wykorzystują fale elektromagnetyczne. Urządzenia radarowe są zazwyczaj mniej wrażliwe na zmiany temperatury, ciśnienia oraz stężenia par.

Q3: Czy pomiar poziomu cieczy pod wpływem gęstości cieczy ulega zmianie?

A3: Tak. Poziom hydrostatyczny jest obliczany na podstawie ciśnienia w kolumnie cieczy, dlatego istotne zmiany gęstości mogą wpływać na wynikowe wartości poziomu.

Q4: Czy urządzenia radarowe do pomiaru poziomu mogą mierzyć surowce w masie?

A4: Tak. Urządzenia radarowe do pomiaru poziomu są szeroko stosowane zarówno w przypadku cieczy, jak i surowców w masie w zbiornikach i siloach.

Q5: Dlaczego stała dielektryczna ma znaczenie dla pomiaru poziomu metodą kapacytwną?

A5: Pomiar kapacytancyjny zależy od zmian kapacytancji wywołanych przez medium procesowe, dlatego stała dielektryczna bezpośrednio wpływa na wynik pomiaru.

Q6: Jakie technologie należy wziąć pod uwagę w przypadku obecności piany?

A6: Wybór zależy od grubości pędy oraz warunków procesu. Pęda o większej grubości może osłabiać echa ultradźwiękowe, dlatego może być konieczne rozważenie zastosowania pomiaru radarowego lub kontaktowego.

Q7: Czy wszystkie przyrządy pomiarowe mogą być połączone z PLC?

A7: To zależy od konfiguracji wyjściowej. Przyrządy z wyjściami 4-20mA, RS485 Modbus lub relays mogą zazwyczaj być zintegrowane z PLC, RTU lub systemami zbierania danych.

– Podsumowanie

Przyrządy pomiarowe typu hydrostatycznego, ultradźwiękowego, pływającego, radarowego, opartego na admittancej RF oraz pojemnościowym wykorzystują różne zasady pomiarowe i nadają się do zastosowań w różnych warunkach procesowych. Miernictwo hydrostatyczne jest odpowiedne dla cieczy o stosunkowo stałej gęstości. Miernictwo ultradźwiękowe jest przydatne w wielu zastosowaniach z cieczami i wybranych ciał stałych bez styku. Przęty pływające stanowią bezpośrednie rozwiązanie mechaniczne dla zwykłych ciekłości; Radar jest odpowiedni dla bardziej wymagających warunków w kontekście czołgów i silo; Technologie admittance RF oraz technologie kapacytatywne są powszechnie stosowane w konkretnych zastosowaniach pomiarowych kontaktowych oraz w detekcji na poziomie punktowym.

Prawidłowy wybór powinien uwzględniać medium procesowe, zakres pomiarowy, temperaturę, ciśnienie, pianę, parę, pył, warunki instalacji, sygnał wyjściowy i wymagania dotyczące integracji systemu. METRAVON Produkty do pomiaru poziomu mogą być zintegrowane z PLC S, RTU,SCADA Systemy i przemysłowe platformy IoT do zbiorników cieczy, systemów uzdatniania wody, procesów przemysłowych i zastosowań masowo-stałych.