- Pinnankorkeusanturit - yhteenveto
- Teknologiayhteenveto
Teknologiayhteenveto - pinnankorkeusanturit
Impedanssispektroskopia
Ainejäämät ja vaahtoaminen vaikeuttavat usein pinnankorkeuden luotettavaa tunnistusta. Impedanssispektroskopiassa mitataan sähkö- ja magneettikenttien voimakkuuksia useilla taajuuksilla alueella 50…200 MHz. Kullekin aineelle muodostetaan ainutlaatuisen sormenjälkiprofiili tämän korkeataajuuksisen spektriskannauksen aikana. Jokaisella mittaustaajuudella tehdään kolme mittausta:
- Sähkömagneettisen kentän vaimennus
- Sähkökentän konduktanssi (virranjohtokyky)
- Magneettikentän permittiivisyys (partikkelien polarointikyky)
Kun ainetta on paikalla, nämä mittaukset täsmäävät profiilin kanssa. Jos ainetta ei ole paikalla tai jäljellä on vain ainejäämiä, mittaustulokset eivät täsmää profiilin kanssa. Kun mitattu profiili osuu vihreälle kytkentäalueelle, anturin lähtö vaihtaa tilaansa.
Ei ainetta: Yllä oleva kuva esittää tilannetta, jossa anturin pää ei ole mitattavan aineen peitossa. Tilanteessa on matala vaimennus, matala konduktiivisuus ja matala permittiivisyys. Sormenjäkiprofiili on kytkentäalueen ulkopuolella.
Aine paikalla: Tämä seuraava kuvaa näyttää profiilin silloin, anturin pää on aineen peitossa. Vaimennus, konduktiivisuus ja permittiivisyys ovat kaikki korkealla ja mitattu profiili osuu kytkentäalueelle. Lähtö vaihtaa tilaansa.
Ainejäämiä paikalla: Kun anturin pää on ainejäämien peitossa, konduktiivisuus ja permittiivisyys ovat korkealla, koska mittausalueella on jälkiä mitattavasta aineesta. Vaimennus on kuitenkin matalalla, koska aineen määrä on pieni. Profiili osuu kytkentäalueen ulkopuolelle ja lähtö ei vaihda tilaansa.
Muilla aineilla on erilaiset profiilit. IO-Linkin avulla voidaan määritellä aineen prosessiarvot, joita voidaan käyttää aineiden erottamiseen toisistaan, esim. öljy / vesi, täysmaito / 2% maitoliuos.
Ominaisuudet:
- Ainejäämien ja vaahdon eliminointi.
- Upotettava tiivis PEEK-anturi täyttää 3A-vaatimukset.
- Ruostumaton teräskotelo varmistaa kestävyyden.
Kaikki versiot ovat ohjelmoitavissa, mutta tehdasasetuksia on saatavana vesipohjaisille aineille, öljypohjaisille / jauhemaisille aineille ja korkeita sokeripitoisuuksia sisältäville aineille.
Mikroaaltotutka (gwr)
GWR-toimintaperiaatessa käytetään nanosekuntialueella (mikroaaltoalueella) olevia sähkömagneettisia pulsseja. Anturipää lähettää pulsseja ja ne vaeltavat pitkin metallista mittapuikkoa (johdin). Aallon osuessa mitattavaan aineeseen se heijastuu takaisin ja johdetaan mittapuikon avulla takaisin anturipäähän. Lähetetyn ja vastaanotetun pulssin välinen aikaero (kulkuaika) on suoraan verrannollinen etäisyyteen.
Tutkapulssin kunnollista kytkemistä varten tarvitaan kooltaan vähintään 150 mm² tai halkaisijaltaan 150 mm oleva metallinen kytkentälevy. Jos säiliössä on metallikansi, se voi toimia kytkentäkevynä.
Yllä olevassa kuvassa on metallikannella varustettu säiliö. Erillistä kytkentälevyä ei tarvita, koska kansi toimii kytkentälevynä.
Muovisäiliöissä tarvitaan metallinen kytkentälevy. Kuvassa on laippa, jonka halkaisija on vähintään 150 mm.
Avoimissa säiliöissä tarvitaan myös kytkentälevy. Tämä saadaan aikaan helposti pulttaamalla laippa kulmarautaan.
Öljypohjaisilla aineilla nestepinta ei heijasta pulsseja yhtä hyvin kuin vedellä. Signaalin vahvistamiseksi tulee tällöin käyttää tarvikkeena saatavaa koaksiaaliputkea.
Koaksiaaliputkea käytettäessä yllä kuvattu kytkentälevy ei ole välttämätön. Tämä helpottaa asennusta. Kiintoaineiden, emulsioiden y.m.s. ansiosta mittapuikon ja koaksiaaliputken välille syntyvä siltaus voi aiheuttaa virheellisiä pinnankorkeusarvoja. Koaksiaaliputkea voidaan käyttää myös vesipohjaisilla aineilla ja se voidaan katkaista sopivan mittaiseksi.
Ominaisuudet:
- 3A:n hyväksymä hygieninen (COP = Clean-Out-of-Place) rakenne.
- Painealue 40 bar asti joillakin malleilla
- Ruostumaton teräsrakenne
- Immuuni pölylle, sumulle ja höyrylle
Hydrostaattinen paine
Hydrostaattisella paineella tarkoitetaan pintaan sen yläpuolella olevan nestepatsaan aiheuttaman voiman suhdetta pinnan alaan, ja se riippuu säiliön korkeudesta, mutta ei sen muodosta tai tilavuudesta. Hydrostaattisen paineen yhtälö on:
Jos nesteen tiheys ja ominaispaino tunnetaan, nestepatsaan korkeus (pinnankorkeus) voidaan määritellä hydrostaattisen painemittauksen avulla.
Yleinen hydrostaattisen painemittauksen sovellus on nesteen pinnankorkeuden mittaus suljetussa säiliössä. Suojakaasukerrosta voidaan käyttää estämään nesteen hapettuminen, esim. CO2 olutsäiliön pinnalla. Tässä tapauksessa paine-ero voidaan määritellä käyttämällä apuna kahta paineanturia. Ylempänä oleva anturi mittaa kaasun paineen ja pohjalla oleva kaasun paineen ja nesteen aiheuttavan paineen summan. Pelkän nesteen aiheuttama paine (ja samalla nesteen pinnankorkeus) voidaan määritellä näiden kahden mittaustuloksen erotuksen avulla.
Kapasitiivinen rajapinnankorkeus (artikkelinumerot Kxxxxx)
Kapasitiiviset anturit tunnistavat minkä tahansa aineen kosketuksesta tai ilman kosketusta. Käyttäjä voi säätää ifm:n kapasitiivisten lähestymisantureiden herkkyyden siten, että ne tunnistavat nesteet tai kiintoaineet jopa ei-metallisten säiliöiden ja seinämien läpi.
Pinnankorkeuden tunnistuksen onnistumiseksi kapasitiivisilla antureilla varmista seuraavat seikat:
- Astian seinä ei ole metallia
- Astian seinämän paksuus on < 6-12 mm
- Anturin välittömässä läheisyydessä ei ole metallia
- Anturin tuntopinta on kiinni astian seinässä
- Anturi ja astia on maadoitettu samaan potentiaaliin
Kapasitiivinen jatkuva pinnankorkeuden mittaus (artikkelinumerot Lxxxxx)
ifm:n LK- ja LT-sarjojen jatkuvan mittauksen pinnankorkeusanturit koostuvat 16 itsenäisestä kapasitiivisesta anturista, jotka on pinottu yhteen ja multipleksoitu.
Jokainen kenno arvioi ympäristöään määritelläkseen, onko se aineen peitossa vai ei. Mikroprosessori arvioi kaikkien 16 kennon dataa pinnankorkeuden määrittelemiseksi.
LK- ja LT-sarjan antureissa on myös sisäänrakennettu ylitäyttösuojaus. Ylitäyttöä valvova algoritmi toimii itsenäisesti pinnankorkeusmittauksesta riippumatta. Jos lähdöt eivät toimi halutulla tavalla, ja pinta jatkaa nousuaan, ylitäyttösuojaus pakottaa lähdöt kytkemään.
LT-sarjan ominaisuuksiin kuuluu lisäksi myös erillinen lähtö aineen lämpötilalle.
Ultraääni
Ultraäänianturit määrittelevät pinnankorkeuden pinnasta heijastuvien ääniaaltojen avulla. Aineen pinta heijastaa ääniaallot ja etäisyys määritellään niiden kulkuajan perusteella.
Toisin kuin optoelektronisissa antureissa, aineen väri, läpinäkyvyys ja heijastuskyky eivät vaikuta ultraääniteknologiaan.
Ultraääniantureille on ominaista erinomainen immuniteetti kosteutta ja pölyä vastaan. Tuntopinta värähtelee suurella taajuudella ja karistaa ylimääräisen kosteuden ja pölyn ennen, kuin ne ehtivät vaikuttaa negatiivisesti suorituskykyyn. Äärimmäiset lämpötilat voivat kuitenkin vaikuttaa mittaustarkkuuteen, koska äänen nopeus muuttuu lämpötilan mukaan.
Optoelektroninen
Laseretäisyysanturi O1D ja hahmontunnistusanturi O3D käyttävät valon kulkuaikaan perustuvaa pmd-teknologiaa anturin ja aineen pinnan välisen etäisyyden mittaukseen. Kulkuajan mittaus valvoo aikaa, joka fotonilta menee liikkumiseen anturista pinnalle ja takaisin. Signaalia prosessoidaan sitten vastaanotinelementissä.
Tämä teknologia ei sovellu kirkkaiden nesteiden pinnankorkeuden mittaamiseen. Sitä voidaan käyttää vain sameilla nesteillä ja kiintoaineilla.
Tutka
Laitteen toiminta perustuu FMCW-metodiin (FMCW = Frequency Modulated Continuous Wave). Aineeseen lähetetään GHz-alueella olevia sähkömagneettisia pulsseja jatkuvasti vaihtelevalla taajuudella alueella 77...81 GHz. Koska lähetin muuttaa jatkuvasti lähetetyn signaalin taajuutta, lähetetyn ja heijastuneen signaalin välille syntyy taajuusero. Heijastuneen signaalin taajuus vähennetään tuohon aikaan lähetetyn signaalin taajuudesta, jolloin saadaan matalataajuuksinen signaali, joka on verrannollinen lähettimen ja mitattavan pinnan väliseen etäisyyteen. Tätä signaalia käsitellään edelleen nopean, luotettavan ja erittäin tarkan pinnankorkeusmittauksen saavuttamiseksi.
Mitä etua on 80 GHz teknologiasta?
Antennin koko ja taajuus ovat kaksi päätekijää, jotka määräävät tutka-anturin mittausalueen resoluution ja tarkkuuden. Periaatteessa:
- Mitä pienempi antenni, sitä suurempi tutkan säteilykulma
- Mitä suurempi taajuus, sitä pienempi aallonpituus
Kuva: Korkeataajuuksinen 80 GHZ teknologia mahdollistaa vastaavasti pienen säteilykulman pienellä antennikoolla.
Enemmän signaalia, vähemmän häiriöitä
Voimakkaan signaalin tarkka fokusointi kapean avautumiskulman kautta mahdollistaa matalan johtokyvyn omaavien aineiden tunnistamisen, sillä tarkka fokusointi lisää anturin vastaanottamien heijastusten määrää. Tarkka fokusointi estää myös sekoittimien ja pesusuuttimien tunnistamisen, joka saattaisi aiheuttaa signaaliin häiriöitä.
Suuri resoluutio ja tarkka pinnankorkeuden mittaus koko säiliön korkeudelta
Sellaisissa sovelluksissa kuten esim. teollisuuden pinnankorkeuksien tunnistuksessa mittaustarkkuus (jopa millimetrin tarkkuus) on tärkeysjärjestyksessä etusijalla. Mittausten tarkkuus ja mittausalueen resoluutio (ts. miten pienet pinnankorkeuden muutokset pystytään havaitsemaan) riippuvat lähetystaajuuksista. Taajuusalueella 71-81 GHz käytettävissä olevan laajan kaistaleveyden ansiosta mittaustuloksista saadaan hyvin tarkkoja. 80 GHz tutka-anturi voi saavuttaa 24 GHz tutkaan verrattuna 20-kertaisen alueresoluution ja tarkkuuden. Suuri resoluutio auttaa myös erottamaan nestepinnan mistä tahansa ei-toivotuista heijastuksista säiliön pohjalla. Tämä mahdollistaa pinnankorkeuden tarkan mittaamisen säiliön koko korkeudelta ja sokean alueen minimoimisen säiliön pohjalla. Ja koska suuri resoluutio pienentää minimimittausetäisyyttä, se auttaa mittaamaan nestekorkeutta aina säiliön huipulle asti silloin, kun säilö on täynnä.