- Сензори за ниво, преглед
- Преглед на технологиите
Преглед на технологиите – сензори за ниво
Импедансна спектроскопия
Отлаганията и пяната често затрудняват надеждното отчитане на нивото. Технологията на импедансната спектроскопия измерва силата на електрическото и магнитното поле при множество честоти в диапазона от 50 до 200 MHz. Всяка среда създава уникален характерен в този диапазон на високочестотния спектър. Във всяка точка се правят три измервания:
- Затихване (отслабване) на електромагнитното поле
- Проводимост на електрическото поле (способност за провеждане на електрически ток)
- Диелектрична проницаемост (способност за поляризиране на частици) на магнитното поле
Когато средата е налична, тези измервания съответстват на профила. При липса на среда или при наличие само на остатък, измерванията не съвпадат. Когато измереният профил попадне в зелената зона на превключване, изходът на сензора променя състоянието.
Липса на среда: Горното изображение показва ситуацията, в която няма среда, покриваща върха на сензора. Има слабо затихване, ниска проводимост и ниска проницаемост. Характерният профил е извън зоната на превключване.
Наличие на среда: Следващото изображение показва профила, когато на върха има среда. Затихването, проводимостта и диелектричната проницаемост са високи и измереният профил е в зоната на превключване. Изходът променя състоянието.
Наличие на остатък: Когато върхът на сензора е покрит само от остатъка, проводимостта и диелектричната проницаемост са високи, тъй като има следи от присъстващата среда. Но затихването е ниско, тъй като количеството на средата е малко. Профилът е извън зоната на превключване и изходът не променя състоянието.
Другите видове среда имат различни профили. Чрез IO-Link, технологичните стойности на средата могат да бъдат оценени и използвани за разграничаване на един материал от друг, т.е. масло от вода, пълномаслено мляко от 2% мляко и т.н.
Функции:
- Потискане на натрупването на остатък и пяна.
- Промиването на уплътнението на сензора от PEEK отговаря на изискванията на 3А.
- Корпус от неръждаема стомана за здравина.
Всички версии са програмируеми, но са налични фабрични настройки за среди на водна основа, на маслена основа/прахообразни среди и среди с високо съдържание на захар.
Радар с насочени радиовълни (gwr)
Принципът на работа на gwr използва електромагнитни импулси в наносекундния (микровълнов) диапазон. Сензорната глава предава импулсите и импулсите се движат надолу по металната сонда (водач). Когато вълната се срещне със средата, тя се отразява обратно, поема се от металната сонда и се насочва към сензорната глава. Разликата във времето между предадения и приетия импулс (време на разпространение) е право пропорционална на разстоянието.
За правилно отделяне на радиолокационния импулс е необходима метална възбуждаща планка с площ най-малко 150 mm²или диаметър 150 mm. Ако резервоарът има метален капак, той може да служи като отблъскваща планка.
На изображението по-горе е показан резервоар с метален капак. Не е необходима обучаваща планка, тъй като капакът извършва тази функция.
При резервоар с пластмасов капак е необходима метална възбуждаща планка. Показан е фланец с диаметър най-малко 150 mm.
При отворен резервоар също се изисква обучаваща планка. Един лесен начин да постигнете това е да закрепите фланец към метален ъгъл.
При среди на маслена основа повърхността на флуида не отразява радарния импулс толкова добре, колкото водата. За да се усили и канализира сигнала, трябва да се използва допълнителна коаксиална тръба.
Когато се използва коаксиална тръба, обучаваща планка, описана по-горе, не е необходима. Това улеснява монтажа. Свързването на сондата и коаксиалната тръба обаче поради твърди вещества, емулсии и др. може да доведе до фалшиви показания за нивото. Коаксиалната тръба може да се използва и при среди на водна основа и тръбата може да се отреже по дължина, за да съответства на сондата.
Функции:
- 3A оторизиран дизайн за почистване с демонтаж (COP) за някои модели
- Номинално налягане до 40 bar за някои модели
- Конструкция от неръждаема стомана
- Устойчив на прах, мъгла и пара
Хидростатично налягане
Хидростатичното налягане представлява силата на единица площ, упражнявана от колона течност, и е функция на височината на съда, а не от общата форма или обем на съда. Уравнението за хидростатично налягане е:
Ако плътността и специфичното тегло на течността са известни, височината (или нивото) на течността може да се определи чрез измерване на хидростатичното налягане.
Често приложение на принципа на хидростатичното налягане е измерването на нивото на течността в затворен резервоар. Може да се използва слой от инертен газ, за да се предотврати окисляването на течността, като например CO2 в горната част на резервоар с бира. В този случай диференциалното налягане може да бъде изчислено с помощта на два сензора за налягане. Този отгоре измерва налягането на газа, а този отдолу измерва налягането на газа плюс налягането, дължащо се на течността. Налягането само на течността (и следователно нивото на течността) е разликата между двете измервания.
Капацитивни сензори за ниво на напълване (каталожни номера Kxxxxx)
Капацитивните сензори откриват всякакъв материал със или без контакт. При капацитивните безконтактни сензори на ifm потребителят може да регулира чувствителността на сензора, за да открива течности или твърди вещества дори през неметални резервоари.
За успешно откриване на ниво на напълване с капацитивни сензори, уверете се, че:
- Стената на съда е неметална
- Дебелина на стената на съда е по-малка от 6–12 mm
- В непосредствена близост до сензора няма метал
- Сензорната повърхност е поставена директно върху стената на съда
- И сензорът, и съдът са замасени с еднакъв потенциал
Капацитивни сензори за непрекъснато ниво (каталожни номера Lxxxxx)
Сензорите за непрекъснато ниво на ifm’s LK и LT се състоят от 16 отделни капацитивни сензора, които са подредени един върху друг и мултиплексирани.
Всяка клетка оценява заобикалящата я среда, за да определи дали е покрита от средата. Микропроцесорът оценява всички 16 клетки, за да определи нивото на средата.
Фамилиите LK и LT имат вградена защита от преливане. Алгоритъмът, който следи преливането, е независим от измерването на общото ниво. По този начин, ако изходите не се превключат по желания начин и нивото продължава да се повишава, защитата от преливане принуждава изходите да превключват.
Освен това серията LT осигурява отделен изход за температура на средата.
Ултразвукови
За измерване на нивото ултразвуковите сензори разчитат на отчитане на звукови вълни, отразяващи се от повърхността. Повърхността на средата отразява звуковите вълни и разстоянието се определя чрез измерване на времето на разпространение.
За разлика от фотоелектричните сензори, цветът, прозрачността и отражателната способност на средата не влияят на ултразвуковата технология.
Ултразвуковите сензори имат висока степен на устойчивост срещу влага и прах. Сензорната повърхност вибрира с много висока честота и отделя излишната влага и прах, преди тези вещества да могат да повлияят отрицателно на работата. Екстремните температури обаче могат да повлияят на точността, тъй като скоростта на звука варира в зависимост от температурата.
Фотоелектрични
Лазерният сензор за разстояние O1D и визуалният сензор O3D използват pmd технология за време на разпространение за измерване на разстоянието до повърхността на средата. Принципът на време на разпространение следи времето, необходимо на един фотон светлина да отиде до повърхността и обратно. След това сигналът се обработва от приемника.
Тази технология не е подходяща за измерване на нивото на бистри течности. Тя може да се използва само за непрозрачни течности и твърди вещества.
Радар
Устройството работи по метода FMCW (FMCW = Frequency Modulated Continuous Wave (Непрекъснато излъчване с честотна модулация)). Към средата се изпращат електромагнитни импулси в гигахерцовия обхват с постоянно променяща се честота между 77 и 81 GHz. Понеже предавателят променя непрекъснато честотата на предавания сигнал, има честотна разлика между предавания и отразения сигнал. Честотата на отразения сигнал се изважда от честотата на предавания в момента сигнал, което дава като резултат нискочестотен сигнал, пропорционален на разстоянието до нивото. Този сигнал се обработва допълнително, за да се получат бързи и надеждни измервания на нивото с висока точност.
Какво е предимството на 80 GHz?
Размерът и честотата на антената са двата основни фактора, които са най-важни за разделителната способност и точността на радарния сензор. Принципно:
- Колкото по-малка е антената, толкова по-голям е ъгълът на обзор на радара
- Колкото по-висока е честотата, толкова по-малка е дължината на вълната
На фигурата се показва: Високочестотната 80 GHz технология осигурява сравнително малък ъгъл на обзор при използване на малък размер на антената.
По-силен сигнал, по-малко смущения
По-голямото фокусиране на силния сигнал чрез малкия ъгъл на обзора осигурява възможност за регистриране на среди с по-малка диелектрична проницаемост, понеже голямото фокусиране увеличава отражението към сензора. Фокусът е върху това,че се предотвратява засичането на бъркалки и струйни почистващи апарати, които биха внесли смущения в сигнала.
Голяма разделителна способност и точно измерване на нивото по цялата височина на резервоара
За приложения като промишлено измерване на ниво, точността на обхвата (до милиметър) е основен приоритет. Точността на измерванията и разделителната способност в обхвата (т.е. колко точно се регистрират измененията на нивото) зависят от излъчваните честоти. Наличната честотна лента в обхвата от 77 до 81 GHz прави измерванията в обхвата много точни. Радарният сензор с честота 80 GHz може да постигне 20 пъти по-добри характеристики по отношение на разделителната способност и точността на обхвата в сравнение с радара с честота 24 GHz. Също така високата разделителна способност помага да се раздели нивото на течността от евентуални нежелани отражения от дъното на резервоара. Това осигурява възможност сензорът да измерва точно нивото на течността по цялата височина на резервоара, като свежда до минимум сляпата зона при дъното на резервоара. И понеже високата разделителна способност подобрява минималното измеримо разстояние, тя помага за измерване на нивото на течността до горната част на резервоара, когато резервоарът е пълен.