- Töltésszint-érzékelők áttekintése
- Technológiai áttekintés
Technológiai áttekintés - töltésszint-érzékelők
A töltésszint-érzékelő technológiák ismertetése
Impedancia-spektroszkópia
A lerakódások és a hab gyakran megnehezítik a biztonságos töltésszint-mérést. Az impedancia-spektroszkópia technológia az elektromos és mágneses mező erősségét méri 50 és 200 Mhz közti frekvenciatartományban. A közeg, a feltapadás vagy a hab eltérő elektromos tulajdonságai képezik a kiértékelés alapját. Minden ponton három mérésre kerül sor:
- Az elektromágneses mező gyengülése (csillapítás)
- Az elektromágneses mező konduktivitása (az anyag elektromos vezetőképessége)
- A mágneses mező permittivitása (részecskék polarizálásának képessége)
Ha a közeg jelen van, akkor ezek a mérések megegyeznek a profillal. Ha nincs jelen közeg vagy csak annak maradványai vannak jelen, akkor a mérések nem egyeznek. Ha a mért profil a zöld kapcsolási tartományban van, akkor az érzékelő kimenete megváltoztatja az állapotát.
Nincs jelen közeg: A fenti ábrán látható az a helyzet, amikor nem fedi közeg az érzékelő csúcsát. A csillapítás, konduktivitás és permittivitás alacsony. A szignatúra-profil a kapcsolási tartományon kívül van.
Közeg jelen van: A következő ábrán látható az a profil, ha jelen van közeg az érzékelő csúcsánál. A csillapítás, konduktivitás és permittivitás magas, és a mért profil a kapcsolási tartományon belül van. A kimenet megváltoztatja állapotát.
Maradványok vannak jelen: Ha csak lerakódások fedik az érzékelő csúcsát, a konduktivitás és permittivitás magas értéket ér el, mivel a közeg maradványai jelen vannak. A csillapítás ugyanakkor alacsony, mivel csak kevés közeg van jelen. A profil a kapcsolási tartományon kívül van, és a kimenet nem változtatja állapotát.
Más közegek más profillal bírnak. Az IO-Link segítségével a közeg folyamatértékei kiértékelhetők, és felhasználhatók az anyagok közti differenciálásra, pl. olaj és víz, teljesen zsíros tej és 2%-os zsírtartalmú tej stb. vonatkozásában.
Különlegességek:
- Lerakódások és hab elnyomása
- Az érzékelőcsúcs holttér-mentes tömítési koncepciója PEEK-ből teljesíti a 3A-követelményeket
- A nemesacél ház gondoskodik a robusztusságról
Az összes verzió programozható. vizes bázisú közegekhez, olajos bázisú / por alakú közegekhez és magas cukortartalmú közegekhez gyári előbeállítások érhetők el.
Irányított mikrohullám (GWR)
Az irányított mikrohullám elve (Guided Wave Radar) a nanoszekundum-tartományban levő elektromágneses impulzusokat használ. Az impulzusok az érzékelő fejétől indulnak ki, és az érzékelőrúd mentén haladnak. Amint a mikrohullám-impulzus eléri a közeget, visszaverődik róla, az érzékelőrúd összegyűjti , és visszavezeti az érzékelőfejhez. Az impulzus küldése és fogadása közti időtartam (Time-of-Flight) szolgál a megtett távolság közvetlen mérésére.
Szükség van egy legalább 150 mm² vagy 150 mm átmérőjű fémből készült csatoló lemez használatára a radarimpulzus megfelelő kicsatolásához. Ha a tartály fém fedéllel rendelkezik, akkor ez szolgálhat csatolólemezként.
A fenti ábrán egy fém fedeles tartály látható. Csatoló lemezre nincs szükség, mivel a fedél átveszi ezt a funkciót.
Műanyag fedelű tartályoknál szükség van fém csatoló lemezre. Az ábrán egy min. 150 mm átmérőjű karima látható.
Nyitott tartályoknál is szükség van csatoló lemezre. Ez egyszerűen megvalósítható, ha a karimát fém szögidomhoz rögzítjük.
Az olajos bázisú közegek felülete kevésbé jól veri vissza a radarimpulzust, mint a víz. A jel erősítéséhez és érzékeléséhez koaxiális cső használata szükséges.
A koaxiális cső használatánál a fent leírt csatoló lemez nem szükséges. Ez megkönnyíti a szerelést. A szondarúd és a koaxiális cső közti, szilárd anyagok, emulziók stb. okozta hídképződés miatt ugyanakkor a töltésszint hibásan kerülhet kijelzésre. A koaxiális cső vizes bázisú közegekben is használható, és a szonda hosszának megfelelően lerövidíthető.
Különlegességek:
- Egyes modellek a 3A szabvány szerint tanúsítással rendelkeznek Clean-out-of-Place (COP) alkalmazásokhoz.
- Egyes modellek akár 40 bar nyomásállósággal is rendelkeznek
- Nemesacél konstrukció
- Ellenáll pornak, ködnek és gőznek
Hidrosztatikus nyomás
A hidrosztatikus nyomás az az erő, melyet egy vízoszlop egy felületre gyakorol. Csak az edény magasságától függ, tehát nem függ az edény alakjától vagy térfogatától. A hidrosztatikus nyomás a következő képlettel számolható ki:
Ha ismert a folyadék sűrűsége és gravitációs gyorsulása, akkor a folyadék magassága (vagy a töltésszint) a hidrosztatikus nyomásmérés révén határozható meg.
Gyakori hidrosztatikus nyomás-alkalmazás a töltésszint mérése zárt tartályban. A folyadék oxidációjának megakadályozásához inertgáz-töltet használható, pl. CO2 egy sörtartályban. Ebben az esetben két nyomásérzékelővel meghatározható a nyomáskülönbség. A felső érzékelő méri a gáz nyomását, az alsó érzékelő pedig a gáz nyomását plusz a folyadék előidézte nyomást. A folyadék nyomása (és ezáltal a folyadék töltésszintje) a két mérés közti különbségből adódik.
Kapacitív határszint-érzékelés (Kxxxxx-cikkszámok)
A kapacitív érzékelők érintés vagy érintésmentesen érzékelnek tetszés szerinti anyagokat. A felhasználó az ifm kapacitív közelítéskapcsolók érzékenységét úgy állíthatja be, hogy a cseppfolyós vagy szilárd közegek nem fémes tartályfalakon keresztül is érzékelhetők legyenek.
A kapacitív érzékelőkkel való sikeres töltésszint-lekérdezésnél ügyeljen arra, hogy:
- a tartályfal ne fém legyen
- a tartályfal 6 - 12 mm-nél vékonyabb legyen
- ne legyen fém az érzékelő közvetlen környezetében
- az érzékelő aktív felülete közvetlenül a tartályfalon feküdjön
- az érzékelő és a tartályfal azonos pontenciálon legyen
Kapacitív folyamatos töltésszint-mérés (Lxxxxx-cikkszámok)
Az ifm LK és LT sorozatú folyamatos töltésszint-érzékelői 16 egymás fölött elrendezett kapacitív érzékelőelemből állnak.
Mindegyik érzékelőelem kiértékeli környezetét annak meghatározásához, hogy azt fedi-e közeg. A mikroprocesszor kiértékeli mind a 16 érzékelőelemet a töltésszint meghatározásához.
Az LK és LT sorozatok integrált túltöltés elleni védelemmel rendelkeznek. A túltöltés elleni védelemalgoritmusa az általános töltésszint-méréstől függetlenül dolgozik. Amennyiben a kimenetek nem a kívánt módon kapcsolnának, és a töltésszint tovább növekedik, a túltöltés elleni védelem kikényszeríti a kimenetek kapcsolását.
Az LT sorozat ezen kívül egy külön kimenettel is rendelkezik a közeghőmérséklethez.
Ultrahangos érzékelők
Az ultrahangos érzékelők a töltésszint méréséhez hanghullámokat érzékelnek, melyek a felületről verődnek vissza. A közeg felülete visszaveri a hanghullámokat, és a terjedési idő mérése alapján meghatározásra kerül a távolság-információ.
Az optikai érzékelőktől eltérően itt a közeg színe, átlátszósága és visszaverő képessége nem játszik szerepet az érzékelésnél.
Az ultrahangos érzékelők érzéketlenek a nedvességre és a porra. Az aktív felület nagyon magas frekvenciával rezeg, és csökkenti a por és nedvesség lerakódásait, mielőtt azok negatívan befolyásolnák a teljesítményt. Az extrém hőmérsékletek ugyanakkor befolyásolhatják a pontosságot, mivel a hang terjedési sebessége hőmérsékletfüggő.
Optikai szenzorok
Az O1D lézeres távolságérzékelő és az O3D Vision érzékelő a PMD Time-of-Flight technológiát használja a közeg felületétől való távolság meghatározására. A Time-of-Flight eljárás a fény terjedési idejét méri a felületig és vissza az érzékelőhöz. A jelet ezután egy vevőelem dolgozza fel.
Ez a technológia nem alkalmas átlátszó folyadékok töltésszint-mérésére. Kizárólag nem átlátszó folyadékokhoz és szilárd anyagokhoz használható.
Radaros érzékelők
A radaros érzékelők érintés nélkül érzékelik a közeg töltésszintjét. A 80 GHz-es érzékelők, amelyek a Frequency Modulated Continuous Wave (frekvenciamodulált folyamatos hullám, FMCV) módszer szerint működnek, 77 és 81 GHz közötti frekvenciájú, folyamatosan változó frekvenciájú elektromágneses impulzusokat küldenek a közeg felszínére. A változó frekvenciák frekvenciakülönbséget eredményeznek a kibocsátott és a visszavert jel között. A bejövő és a kimenő jel egy adott időpontban mért különbségéből az érzékelő ki tudja számítani a közeg felszínétől mért távolságot. A mérési technológia érzékeny, megbízható és rendkívül pontos töltésszint-mérést tesz lehetővé.
Mi az előnye a 80 GHz-es technológiának?
Az antenna mérete és a frekvencia az a két alapvető tényező, amely meghatározza a radaros érzékelő nyílásszögét, és ezáltal a radaros érzékelő hatótávolságát és pontosságát. Alapvetően a következők érvényesek:
- Minél kisebb az antenna mérete, annál nagyobb a nyílásszög ugyanazon frekvencia esetén.
- Minél magasabb a frekvencia, annál kisebb a nyílásszög azonos méretű antenna esetén.
A képen látható módon ez azt jelenti: A nagyfrekvenciás 80 GHz-es technológia viszonylag kis nyílásszöget tesz lehetővé egy ugyanilyen kis antennával.
Erősebb jel, kevesebb interferencia
A gyakorlatban a kisebb nyílásszög által létrehozott erős jelfókuszálás lehetővé teszi az alacsony dielektromos állandójú közegek érzékelését, mivel a nagy fókusz növeli a visszaverődést az érzékelő felé. A nagyfokú fókuszálással elkerülhető továbbá, hogy az olyan akadályok, mint a keverőművek vagy a szórógolyók érzékelésre kerüljenek és jelzavarokat okozzanak.
Nagy felbontású, pontos töltésszint-érzékelés a teljes tartálymagasságban
Az olyan alkalmazásokban mint az ipari töltésszint-mérés, a milliméteres pontosságú mérés rendkívül fontos. Az, hogy mennyire pontos a mérés, és milyen nagy a távolság felbontása (azaz: a töltésszint-változások érzékelésének pontossága) a kibocsátott frekvenciák sávszélességétől függ. Például egy 80 GHz-es radaros érzékelő, amely a 77-81 GHz-es frekvenciatartományban működik, 20-szor nagyobb pontosságot ér el, mint egy 24 GHz-es radaros érzékelő. Ezenkívül a nagy felbontás segít elkülöníteni a folyadékszintet a tartály alján lévő nem kívánt visszaverődésektől. Ez lehetővé teszi, hogy az érzékelő pontosan mérje a folyadékszintet a tartály teljes magasságában, és minimalizálja a tartály alján lévő holt zónát. Mivel a nagy felbontás a legkisebb mérhető távolságot is jelentősen csökkenti, az érzékelő a teljesen feltöltött tartály pontos töltésszintjét is érzékeli.