- Oversigt over niveausensorer
- Oversigt over teknologien
Oversigt over teknologien - niveausensorer
Impedansspektroskopi
Aflejringer og skum gør ofte pålidelig niveaudetektion vanskelig. Impedansspektroskopiteknologien måler den elektriske og magnetiske feltstyrke ved flere forskellige frekvenser i et område mellem 50…200 MHz. Hvert medie skaber en unik signaturprofil på tværs af dette højfrekvensspektrumområde. Ved hvert punkt foretages der tre målinger:
- Svækkelse (dæmpning) af det elektromagnetiske felt
- Ledeevne for det elektriske felt (evnen til at lede elektrisk strøm)
- Permittivitet (evnen til at polarisere partikler) for det magnetiske felt
Når mediet er til stede, matcher disse målinger profilen. Hvis mediet ikke er til stede eller der kun er rester til stede, matcher målingerne ikke. Når den målte profil kommer ind i den grønne skiftezone, skifter udgangen for sensoren status.
Intet medie til stede: Billedet ovenfor viser situationen, hvor et medie ikke dækker sensorspidsen. Der er lav dæmpning, lav ledeevne og lav permittivitet. Signaturprofilen ligger uden for skiftezonen.
Medie til stede: Det næste billede viser profilen, når mediet er til stede på spidsen. Dæmpning, ledeevne og permittivitet er alle høje, og den målte profil ligger inden for skiftezonen. Udgangen skifter status.
Aflejringer til stede: Når kun aflejringer dækker spidsen, er ledeevne og permittivitet høje, fordi der er rester af mediet til stede. Men dæmpningen er lav, fordi mængden af mediet er begrænset. Profilen ligger uden for skiftezonen, og udgangen skifter ikke tilstand.
Andre medier har forskellige profiler. Ved hjælp af IO-Link kan mediets procesværdier evalueres og anvendes til at skelne et materiale fra et andet, dvs. olie kontra vand, sødmælk kontra letmælk, etc.
Funktioner:
- Forhindring af ophobning af rester og skum.
- PEEK sensorspids med flad tætning overholder 3A krav.
- Rustfri stålkonstruktion for robusthed.
Alle versioner kan programmeres, men leveringstilstande fra fabrikken fås til vandbaserede medier, olie- / pulverbaserede medier og medier med et højt sukkerindhold.
Ført (guidedI radarbølge
Driftsprincippet for ført (guided) radarbølge anvender elektromagnetiske impulser i nanosekunder (mikrobølge). Sensorhovedet sender impulserne, og impulserne vandrer ned af sondestaven af metal (styr). Når bølgen rammer dette medie, reflekteres den tilbage, indsamles af sondestaven af metal, og føres til sensorhovedet. Tidsforskellen mellem sende- og modtageimpulsen (time-of-flight) er direkte proportional med afstandsmålingen.
For korrekt afkobling af radarimpulsen kræver det en grundplade af metal der er mindst 150 mm²eller 150 mm i diameter. Hvis tanken har et metallåg, kan det fungere som grundplade.
Billedet ovenfor viser en tank med et metallåg. Her kræves ikke en grundplade, fordi låget fungerer som grundplade.
I en tank med et plastlåg kræves der en grundplade af metal. Her vises en flange, som måler mindst 150 mm i diameter.
I en åben tank kræves der også en grundplade. En let måde at opnå dette på er fastgøre en flange vha. bolte til en metalvinkel.
I forbindelse med oliebaserede medier reflekterer den flydende overflade ikke radarimpulsen så godt som vand. For at intensivere og rumme signalet skal vi bruge et tilbehør til koaksialrør.
Når du bruger et koaksialrør, er det ikke nødvendigt med grundpladen som beskrevet ovenfor. Dette gør monteringen lettere. Men forbindelsen mellem sondestaven og koaksialrøret kan pga. faste stoffer, emulsioner, etc. forårsage fejlagtig niveauindikation. Koaksialrøret kan også anvendes med vandbaserede medier, og røret kan skæres i længer, så det passer til sondestaven.
Funktioner:
- 3A autoriseret Clean-Out-of-Place (COP) design for nogle modeller
- Trykkapacitet på op til 40 bar for visse modeller
- Rustfri stålmaterialer i konstruktionen
- Modstandsdygtig over for støv, tåge og damp
Hydrostatisk tryk
Hydrostatisk tryk er den kraft pr. areal, der påføres af en søjle af væske, og det er en funktion, der stammer fra beholderens højde, ikke beholderens overordnede form eller omfang. Ligningen for hydrostatisk tryk er:
Hvis massen og den specifikke tyngdekraft for væsken er kendt, kan væskens højde (eller niveau) bestemmes ved den hydrostatiske trykmåling.
En typisk hydrostatisk trykanvendelse måler væskeniveauet i en lukket tank. Et lag af inaktiv gas kan anvendes til at forhindre at væsken oxiderer, som f.eks. CO2 øverst i en øltank. I dette tilfælde kan differenstrykket beregnes vha. to tryksensorer. Den øverste måler gastrykket og den nederste måler gastrykket og trykket forårsaget af væsken. Udelukkende væsketrykket (og derfor væskeniveauet) er forskellen mellem de to målinger.
Kapacitivt grænseniveau (Kxxxxx artikelnumre)
Kapacitive sensorer detekterer materialer med berøring eller berøringsløst. Med ifm's kapacitive nærhedssensorer kan brugeren tilpasse sensorens følsomhed til at registrere væske eller faste stoffer selv gennem ikke-metalliske tanke.
For at opnå en tilfredsstillende niveaudetektering ved hjælp af kapacitive sensorer skal du kontrollere følgende:
- Beholdervæggen skal være ikke-metal
- Beholdervæggen er mindre end 6 – 12 mm tyk
- Der er ikke noget metal tæt ved sensoren
- Tastefladen placeres direkte på beholdervæggen
- Sensor og beholder er jordforbundet med samme potentiale
Kapacitivt kontinuerligt niveau (Lxxxxx artikelnumre)
ifm's LK og LT kontinuerlige niveausensorer består af 16 individuelle kapacitive sensorer, der er stablede og sammensatte.
Hver celle evaluerer sine omgivelser for at bestemme, om den er dækket af medie. Mikroprocessoren evaluerer alle 16 celler for at bestemme medieniveauet.
LK- og LT-familierne har indbygget overløbsbeskyttelse. Algoritmen, der overvåger overløbet er uafhængig fra den generelle niveaumåling. Hvis udgangene undlader at koble som ønsket og niveauet fortsætter med at stige, så tvinger overløbsbeskyttelsen udgangene til at koble.
Derudover har LT-serien en separat udgang til gennemsnitstemperaturen.
Ultrasonisk
Ultrasoniske sensorer er afhængige af at registrere lydbølger, som kastes tilbage fra overfladen for at måle niveauet. Mediets overflade kaster lydbølger tilbage og afstanden bestemmes via time-of-flight-måling.
Forskelligt fra fotoelektriske sensorer, så påvirker mediets farve, gennemsigtighed og refleksionsevne ikke ultrasonisk teknologi.
Ultrasoniske sensorer har en høj grad af immunitet over for fugt og støv. Følerfladen vibrerer ved en meget høj frekvens og fjerner overskydende fugt og støv, inden disse stoffer kan påvirke ydeevnen negativt. Ekstreme temperaturer kan dog påvirke nøjagtigheden, da lydhastigheden varierer med temperaturen.
Fotoelektrisk
O1D laserafstandssensoren og O3D vision-sensoren brugerPMD time-of-flight teknologi til at måle afstanden til mediets overflade. Time-of-flight princippet overvåger den tid det tager for et lysfoton at komme til overfladen og tilbage. Signalet forarbejdes så af et modtagerelement.
Denne teknologi er ikke egnet til måling af niveauet for klare væsker. Den kan kun anvendes til uigennemsigtige væsker og faste materialer.
Radar
Enheden fungerer i overensstemmelse med FMCW-metoden (FMCW = Frequency Modulated Continuous Wave (Frekvensmoduleret kontinuerlig bølge)). Der sendes elektromagnetiske impulser i GHz-området til mediet ved en konstant skiftende frekvens mellem 77 og 81 GHz. Da senderen kontinuerligt skifter frekvensen for det overførte signal, er der en frekvensforskel mellem det overførte signal og det reflekterede signal. Frekvensen for det reflekterede signal trækkes fra frekvensen for det signal, der overføres på det pågældende tidspunkt, og medfører et lavfrekvenssignal, der er proportionalt med afstanden til niveauet. Dette signal behandles yderligere for at opnå hurtige, sikre og yderst præcise niveaumålinger.
Hvad er fordelen ved 80 GHz?
Antennestørrelse og frekvens er de to hovedfaktorer, der er afgørende for afstandsbestemmelsen og -præcisionen for en radarsensor. I princippet:
- Jo mindre antenne, jo større er radarens åbningsvinkel
- Jo højere frekvens, jo lavere bølgelængde
Figuren viser: 80 GHz højfrekvensteknologien giver mulighed for en relativ lille åbningsvinkel, når man bruger en lille antennestørrelse.
Jo bedre signal, jo mindre interferens
Højere fokusering af det kraftige signal gennem den lille åbningsvinkel skaber mulighed for detektering af lavt dielektrisk medie, da den høje fokus øger reflektionen til sensoren. Den høje fokusering forhindrer også detekteringen af røreværker og vandstrålerensere, der kan medføre signalinterferens.
Høj opløsning og præcis niveaumåling af hele tankvægten
Til anvendelser som f.eks. industriel niveauregistrering er områdenøjagtighed (ned til millimeter) yderst vigtigt. Målingernes nøjagtighed og afstandsbestemmelsen (dvs. hvor præcist ændringer i niveauet detekteres) afhænger af de udsendte frekvenser. Den store båndbredde, der findes i 77 til 81 GHz båndet, gør områdemålinger meget præcise. En 80 GHz radarsensor kan opnå 20 gange bedre ydeevne inden for afstandsbestemmelse og nøjagtighed sammenlignet med en 24 GHz radar. Den høje opløsning hjælper også med at adskille væskeniveauet fra eventuelle uønskede reflektioner i bunden af tanken. Dette gør det muligt for sensoren at måle væskeniveauet præcist over hele tankhøjden, og derved minimere det blinde område i bunden af tanken. Og eftersom høj opløsning forbedrer den mindste målbare afstand, hjælper den med at måle væskeniveauet helt op til tankens top, når tanken er fuld.