- Seviye sensörlerine genel bakış
- Teknolojiye genel bakış
Teknolojiye Genel Bakış - Seviye Sensörleri
İlgili Başlığa Gitmek için Tıklayın:
Empedans spektroskopisi
Tortular ve köpükler genelde seviyeyi güvenilir şekilde algılamayı zorlaştırır. Empedans spektroskopisi teknolojisi, 50…200 MHz aralığındaki çeşitli frekans değerlerinde elektrik alanı ve manyetik alan şiddetini ölçer. Her ortam, bu frekans spektrumu taraması boyunca benzersiz bir imza profili oluşturur. Her noktada üç ölçüm yapılır:
- Elektromanyetik alanın azalması (sönümlenme)
- Elektrik alanının iletkenliği (elektrik akımını iletme özelliği)
- Manyetik alanın geçirgenliği (partikülleri polarize etme özelliği)
Ortam mevcutsa, bu ölçümler profille uyumlu olur. Ortam mevcut değilse veya sadece kalıntı mevcutsa, ölçümler uyumlu olmaz. Ölçülen profil yeşil anahtarlama bölgesinde ise, sensörün çıkışı değişir.
Ortam mevcut değil: Yukarıdaki resimde, sensör ucunu kaplayan bir ortamın olmadığı durum gösterilmektedir. Düşük azalma, düşük iletkenlik ve düşük geçirgenlik mevcut. İmza profili, anahtarlama bölgesinin dışında.
Ortam mevcut: Buradaki yeni resimde, sensör ucunda ortam mevcutken profil gösterilmektedir. Azalma, iletkenlik ve geçirgenlik değerlerinin tümü yüksek ve ölçülen profil, anahtarlama bölgesinin içinde. Çıkış, durum değiştirir.
Kalıntı mevcut: Sensör ucunda sadece kalıntı varsa, ortam izleri mevcut olduğu için iletkenlik ve geçirgenlik yüksektir. Fakat madde miktarı az olduğu için azalma değeri düşüktür. Profil, anahtarlama bölgesinin dışındadır ve çıkış durum değiştirmez.
Diğer ortamlar farklı profillere sahiptir. IO-Link kullanılarak ortam proses değerleri değerlendirilebilir ve örn. yağ ile su, tam yağlı sütle % 2 yağlı süt gibi malzemeleri birbirinden ayırmak için kullanılabilir.
Özellikler:
- Kalıntı oluşumunu ve köpükleri engelleme.
- Sıva altı sızdırmazlık özelliğine sahip PEEK sensör ucu, 3A gerekliliklerini karşılar.
- Sağlamlık sağlayan paslanmaz çelik gövde.
Tüm versiyonlar programlanabilir, fakat teslimat durumu su bazlı ortamlar, yağ bazlı / toz ortamlar ve yüksek şeker içeren ortamlar için mevcuttur.
Kılavuzlu radar dalgası (gwr-guided wave radar)
Kılavuzlu radar dalgası (gwr) çalışma prensibinde, nanosaniye (mikrodalga) aralığındaki elektromanyetik darbeler kullanılır. Sensör kafası, darbeleri iletir ve darbeler metal sondadan (kılavuz) aşağıya iner. Dalga, ortama çarptığında geri yansıtılır, metal sonda tarafından toplanır ve sensör kafasına doğru yönlendirilir. Verilen ve alınan darbe arasındaki zaman farkı (ışık-uçuş-zamanı) ölçülen mesafe ile doğrudan orantılıdır.
Radar dalgasını düzgün bir şekilde ayırmak için, en az 150 mm²' lik veya 150 mm çapında bir bağlantı levhası gerekir. Tankın metal bir kapağı varsa, bu kapak bağlantı levhası olarak işlev görebilir.
Yukarıdaki resimde, metal kapaklı bir tank gösterilmektedir. Burada kapak, bağlantı levhası olarak davrandığı için bağlantı levhası gerekmez.
Plastik kapaklı bir tankta metal bir bağlantı levhası gerekir. Burada, çapı en az 150 mm olan bir flanş gösteriliyor.
Açık bir tankta da bağlantı levhasına ihtiyaç duyulur. Bunu gerçekleştirmenin kolay bir yolu, bir flanşı bir metal brakete vidalamaktır.
Yağ bazlı ortamlarda akışkan yüzeyi, radar darbesini su kadar iyi yansıtmaz. Sinyali yoğunlaştırmak ve kontrol etmek için bir koaksiyal boru aksesuar kullanmamız gerekir.
Koaksiyal boru kullanılırken, yukarıda açıklandığı gibi bağlantı levhası kullanmak gerekmez. Bu da montajı kolaylaştırır. Ancak sonda ile koaksiyal boru arasında katı maddeler, emülsiyonlar, vb. nedeniyle oluşan köprülenme durumu yanlış seviye değeri gösterilmesine neden olabilir. Koaksiyal boru, su bazlı ortamlarla da kullanılabilir ve sondaya uygun olması için boylamasına kesilebilir.
Özellikler:
- Bazı modeller için 3A onaylı kullanım yeri dışında temizlenen (COP) tasarım
- Bazı modeller için 40 bar' a kadar basınç oranı
- Konstrüksiyonda paslanmaz çelik malzemelerin kullanımı
- Toz, sis ve buhardan etkilenmez
Hidrostatik basınç
Hidrostatik basınç, bir sıvı sütunu tarafından alan başına uygulanan kuvvettir ve kabın genel şekli veya hacminin değil, yüksekliğinin bir fonksiyonudur. Hidrostatik basınç denklemi şu şekildedir:
Akışkanın yoğunluğu ve özgül ağırlığı biliniyorsa, akışkanın yüksekliği (veya seviye), hidrostatik basınç ölçümü aracılığıyla belirlenebilir.
Yaygın olarak kullanılan bir hidrostatik basınç uygulaması, kapalı bir tanktaki sıvının seviyesinin ölçülmesidir. Sıvının oksitlenmesini önlemek için, örneğin bir bira tankının üst kısmındaki CO2 gibi ince bir soy gaz tabakası kullanılabilir. Bu durumda basınç farkı, iki basınç sensörü kullanılarak hesaplanabilir. Üstteki basınç sensörü gaz basıncını ve alttaki basınç sensörü de gaz basıncı artı sıvıdan kaynaklanan basınç değerini ölçer. Sadece sıvının basıncı (ve bu nedenle sıvının seviyesi), iki ölçümün farkını oluşturur.
Kapasitif noktasal seviye (Kxxxxx ürün numaraları)
Kapasitif sensörler temaslı veya temassız şekilde her türlü malzemeyi algılar. Kullanıcı, ifm' nin kapasitif yaklaşım sensörleri ile metal olmayan tankların içinden bile sıvıları veya katı maddeleri algılamak için sensörün hassasiyetini ayarlayabilir.
Kapasitif sensörlerle başarılı bir seviye algılaması gerçekleştirmek için emin olmanız gerekenler:
- Kazan duvarı metal olmamalı
- Kazan duvarının kalınlığı 6 – 12 mm' den küçük olmalı
- Sensörün yakınında metal bulunmamalı
- Algılama yüzeyi doğrudan kazan duvarının üzerine yerleştirilmeli
- Hem sensör hem de kazan aynı potansiyelde topraklanmalı
Kapasitif sürekli seviye (Lxxxxx ürün numaraları)
ifm' nin LK ve LT sürekli seviye sensörleri, istiflenmiş ve çoklanmış 16 ayrı kapasitif sensörden oluşur.
Her hücre, ortamla kaplanıp kaplanmadığını belirlemek için çevresindeki bileşenleri denetler. Mikroişlemci, ortam seviyesini belirlemek için 16 hücrenin tümünü değerlendirir.
LK ve LT aileleri, yerleşik taşma emniyetine sahiptir. Taşma izleyen algoritma, genel seviye ölçümünden bağımsızdır. Bu şekilde, çıkış istenen şekilde anahtarlama yapamazsa ve seviye artmaya devam ederse, taşma emniyeti, çıkışları anahtarlama yapmaya zorlar.
Ayrıca LT serisinde, ortam sıcaklığı için ayrı bir çıkış sunulur.
Ultrasonik
Ultrasonik sensörler, seviyeyi ölçmek için yüzeyden yansıyan ses dalgalarının algılanması prensibini temel alır. Ortam yüzeyi, ses dalgalarını yansıtır ve mesafe, ışık-uçuş-zamanı ölçümü aracılığıyla belirlenir.
Fotoelektrik sensörlerden farklı olarak ortamın rengi, şeffaflığı ve yansıtıcılığı, ultrasonik teknolojiyi etkilemez.
Ultrasonik sensörler nem ve toza karşı yüksek düzeyde bağışıklığa sahiptir. Algılama yüzeyi, çok yüksek bir frekansla titreşir ve performansı olumsuz şekilde etkilemeden önce aşırı nem ve tozu atar. Ancak aşırı sıcaklık değerleri, ses hızı sıcaklıkla değiştiği için doğruluğu etkileyebilir.
Fotoelektrik
O1D lazerli mesafe sensörü ve O3D görüntü sensörü, ortam yüzeyine olan mesafeyi ölçmek içinpmd ışık-uçuş-zamanı teknolojisini kullanır. Işık-uçuş-zamanı prensibinde, bir ışık fotonunun yüzeye gidip geri döndüğü süre izlenir. Daha sonra, sinyal bir alıcı eleman tarafından işlenir.
Bu teknoloji, berrak sıvıların seviyesini ölçmek için uygun değildir. Sadece opak sıvılar ve katı maddeler için kullanılabilir.
Radar
Cihaz, FMCW yöntemine göre çalışır (FMCW = Frequency Modulated Continuous Wave (Frekans Modülasyonlu Sürekli Dalga)). GHz aralığındaki elektromanyetik palslar, maddeye 77 ile 81 GHz arasında sürekli değişen bir frekansta gönderilir. Verici, iletilen sinyalin frekansını sürekli olarak değiştirdiği için, iletilen ve yansıyan sinyal arasında bir frekans farkı vardır. Yansıtılan sinyalin frekansı, o anda iletilen sinyalin frekansından çıkarılarak, seviyeye olan mesafeyle oransal olarak düşük frekanslı bir sinyal elde edilir. Bu sinyal hızlı, güvenilir ve yüksek doğrulukta seviye ölçümleri elde etmek için ileri işlemeye tabi tutulur.
80 GHz' in avantajı nedir?
Anten boyutu ve frekansı, bir radar sensörünün mesafe çözünürlüğü ve doğruluğu için belirleyici olan iki ana faktördür. Temel olarak:
- Anten ne kadar küçük olursa, radar açılma açısı o kadar büyük olur
- Frekans ne kadar yüksek olursa, dalga boyu o kadar düşük olur
Şekil şunları göstermektedir: Yüksek frekanslı 80 GHz teknolojisi, küçük bir anten kullanarak nispeten küçük bir açılma açısı sağlar.
Daha fazla sinyal, daha az etkileşim
Küçük açılma açısı aracılığıyla güçlü sinyalin daha yüksek odaklanması düşük dielektrik maddenin algılanmasını, yüksek odaklama sensöre yansımayı artırır. Yüksek odaklama, sinyal etkileşimine yol açabilecek çalkalama düzeneklerinin ve jet temizleyicilerin algılanmasını da önler.
Tüm tank yüksekliği boyunca, yüksek çözünürlüklü ve doğru seviye ölçümü
Endüstriyel seviye algılama gibi uygulamalar için mesafenin doğruluğu (milimetre hassasiyetinde) önemli bir önceliktir. Ölçümlerin doğruluğu ve mesafe çözünürlüğü (yani seviyedeki kesin değişikliklerin ne kadar tespit edildiği) yayılan frekanslara bağlıdır. 77 ile 81 GHz aralığındaki geniş bant genişliği, aralık ölçümlerini çok hassas hâle getirir. 80 GHz radar sensörü, 24 GHz radara oranla, menzil çözünürlüğü ve doğrulukta 20 kat daha iyi performans sunabilir. Ayrıca yüksek çözünürlük, sıvı seviyesini tankın altındaki istenmeyen yansımalardan ayırmaya yardımcı olur. Bu, sensörün tankın altındaki kör alanları en aza indirerek, tüm tank yüksekliği boyunca sıvı seviyesini doğru bir şekilde ölçmesini sağlar. Ve yüksek çözünürlük minimum ölçülebilir mesafeyi iyileştirdiği için, tank dolduğunda tankın en üstüne kadar sıvı seviyesinin ölçülmesine yardımcı olur.