- Огляд датчиків рівня
- Огляд технології
Огляд технології - датчики рівня
Імпедансна спектроскопія
Відкладення і піна часто ускладнюють надійне визначення рівня. Технологія імпедансної спектроскопії вимірює напруженість електричного та магнітного поля на декількох частотах в діапазоні 50...200 МГц. Кожен носій створює унікальний профіль сигнатури в цьому високочастотному спектрі. У кожній точці проводиться три вимірювання:
- Ослаблення (демпфування) електромагнітного поля
- Провідність електричного поля (здатність проводити електричний струм)
- Діелектрична проникність (здатність поляризувати частинки) магнітного поля
Коли середовище присутнє, ці вимірювання збігаються з профілем. За відсутності середовища або за наявності лише залишків вимірювання не збігаються. Коли вимірюваний профіль потрапляє в зелену зону перемикання, вихід датчика змінює стан.
Середовище відсутнє: На зображенні вище показана ситуація, коли середовище не покриває кінчик датчика. Є низьке загасання, низька провідність і низька діелектрична проникність. Профіль підпису знаходиться поза зоною перемикання.
Середовище присутнє: Це наступне зображення показує профіль, коли на наконечнику присутнє середовище. Загасання, провідність і діелектрична проникність високі, а виміряний профіль знаходиться в межах зони перемикання. На виході змінюється стан.
Присутній залишок: Коли тільки залишки покривають кінчик, провідність і діелектрична проникність є високими, оскільки присутні сліди середовища. Але загасання низьке, тому що кількість середовища невелика. Профіль знаходиться поза зоною перемикання і вихід не змінює стан.
Інші середовища мають інший профіль. Використовуючи IO-Link, можна оцінити середні значення процесу і використовувати їх для того, щоб відрізнити один матеріал від іншого, наприклад, масло від води, незбиране молоко від 2% молока і т.д.
Особливості:
- Пригнічення накопичення залишків і піни.
- Наконечник датчика з ущільненням PEEK відповідає вимогам 3A.
- Корпус з нержавіючої сталі для міцності.
Всі версії можна програмувати, але заводські налаштування за замовчуванням доступні для середовищ на водній основі, на масляній основі / порошкових середовищ і середовищ з високим вмістом цукру.
Радар спрямованої хвилі (gwr)
Принцип дії gwr використовує електромагнітні імпульси в наносекундному (мікрохвильовому) діапазоні. Головка датчика передає імпульси, а імпульси рухаються вниз по металевому зонду (направляючій). Коли хвиля потрапляє в середовище, вона відбивається назад, збирається металевим зондом і направляється до головки датчика. Різниця в часі між передачею та прийомом імпульсу (час прольоту) прямо пропорційна вимірюванню відстані.
Для належного розв’язування радіолокаційного імпульсу потрібна металева пускова пластина діаметром не менше 150 мм² або 150 мм. Якщо резервуар має металеву кришку, вона може виконувати роль пускової плити.
На зображенні вище показано резервуар з металевою кришкою. Пускова пластина не потрібна, оскільки кришка виконує функцію пускової пластини.
У резервуарі з пластиковою кришкою необхідна металева пускова пластина. Показаний фланець діаметром не менше 150 мм.
У відкритому резервуарі також необхідна пускова плита. Простий спосіб зробити це - прикрутити фланець до металевого кутника.
Для середовищ на масляній основі поверхня рідини не так добре відбиває радіолокаційний імпульс, як вода. Для посилення та локалізації сигналу необхідно використовувати коаксіальну трубку.
При використанні коаксіальної трубки пускова пластина, як описано вище, не потрібна. Це полегшує монтаж. Однак, перекриття між зондом і коаксіальною трубкою твердими речовинами, емульсіями і т.д. може призвести до помилкової індикації рівня. Коаксіальну трубку можна використовувати і з середовищами на водній основі, а трубку можна обрізати до потрібної довжини, щоб вона відповідала зонду.
Особливості:
- 3A авторизований дизайн Clean-Out-of-Place (COP) для деяких моделей
- Номінальний тиск до 40 бар для деяких моделей
- Конструкційні матеріали з нержавіючої сталі
- Стійкість до пилу, туману та пари
Гідростатичний тиск
Гідростатичний тиск - це сила на одиницю площі, що чиниться стовпом рідини, і він є функцією висоти контейнера, а не загальної форми або об'єму контейнера. Рівняння для гідростатичного тиску:
Якщо відома густина і питома вага рідини, висота (або рівень) рідини може бути визначена на основі вимірювання гідростатичного тиску.
Поширеним застосуванням гідростатичного тиску є вимірювання рівня рідини в закритому резервуарі. Для запобігання окисленню рідини може бути використана оболонка з інертного газу, наприклад, CO2 над цистерною з пивом. В цьому випадку перепад тиску може бути розрахований за допомогою двох датчиків тиску. Той, що зверху, вимірює тиск газу, а той, що знизу, вимірює тиск газу плюс тиск, зумовлений рідиною. Різниця між цими двома вимірами є лише тиском рідини (а отже, і рівнем рідини).
Рівень ємнісних точок (номери артикулів Kxxxxxx)
Ємнісні датчики виявляють будь-який матеріал при контакті або без контакту. За допомогою ємнісних датчиків наближення від ifm користувач може регулювати чутливість датчика для виявлення рідини або твердих речовин навіть через неметалеві резервуари.
Для успішного визначення рівня, використовуючи ємнісні датчики, необхідно переконатися:
- Стінка ємності неметалева
- Товщина стінки ємності менше 6 - 12 мм
- У безпосередній близькості від датчика немає металу
- Чутлива поверхня розміщується безпосередньо на стінці ємності
- Датчик і ємність заземлені з однаковим потенціалом
Ємнісний безперервний рівень (артикули Lxxxxxx)
Датчики безперервного рівня LK і LT від ifm складаються з 16 окремих ємнісних датчиків, які об'єднані в стек і мультиплексовані.
Кожен осередок оцінює своє оточення, щоб визначити, чи покритий він середовищем. Мікропроцесор оцінює всі 16 осередків для визначення рівня середовища.
Сімейства LK і LT мають вбудований захист від переповнення. Алгоритм, який контролює переповнення, не залежить від загального вимірювання рівня. Таким чином, якщо виходи не перемикаються як потрібно, а рівень продовжує зростати, захист від переповнення змушує виходи перемикатися.
Крім того, серія LT має окремий вихід для середньої температури.
Ультразвуковий
Ультразвукові датчики для вимірювання рівня ґрунтуються на виявленні звукових хвиль, що відбиваються від поверхні. Поверхня середовища відбиває звукові хвилі, а відстань визначається шляхом вимірювання часу прольоту.
На відміну від фотоелектричних датчиків, колір, прозорість і відбивна здатність середовища не впливають на ультразвукову технологію.
Ультразвукові датчики мають високий ступінь стійкості до вологи та пилу. Чутлива поверхня вібрує з дуже високою частотою і скидає зайву вологу і пил до того, як ці речовини зможуть негативно вплинути на продуктивність. Однак, екстремальні температури можуть вплинути на точність, оскільки швидкість звуку змінюється в залежності від температури.
Фотоелектричний
Лазерний датчик відстані O1D та датчик бачення O3D використовують технологію pmd часу прольоту для вимірювання відстані до поверхні середовища. Принцип часу прольоту відстежує час, необхідний для проходження фотоном світла шляху до поверхні і назад. Потім сигнал обробляється приймальним елементом.
Ця технологія не підходить для вимірювання рівня прозорих рідин. Вона може використовуватися тільки для непрозорих рідин і твердих речовин.
Радарний
Пристрій працює за методом FMCW (FMCW = Frequency Modulated Continuous Wave). Електромагнітні імпульси в діапазоні ГГц надсилаються в середовище з постійно змінюваною частотою між 77 і 81 ГГц. Оскільки передавач постійно змінює частоту переданого сигналу, існує різниця частот між переданим і відбитим сигналом. Частота відбитого сигналу віднімається від частоти переданого в цей момент сигналу, в результаті чого виходить сигнал низької частоти, пропорційний відстані до рівня. Цей сигнал додатково обробляється для отримання швидких, надійних і високоточних вимірювань рівня.
У чому перевага 80 ГГц?
Розмір антени і частота є двома основними факторами, які є визначальними для роздільної здатності і точності радарного датчика. В основному:
- Чим менша антена, тим більший кут розкриття радара
- Чим вища частота, тим менша довжина хвилі
На рисунку показано: Високочастотна технологія 80 ГГц забезпечує порівняно невеликий кут розкриття при невеликому розмірі антени.
Більше сигнал, менше перешкод
Більш високе фокусування сильного сигналу через малий кут розкриття дозволяє виявляти середовища з низькою діелектричністю, оскільки високий фокус збільшує відображення на датчик. Високе фокусування також запобігає виявленню мішалок і струменевих очищувачів, які можуть призвести до інтерференції сигналу.
Висока роздільна здатність і точне вимірювання рівня по всій висоті резервуара
Для таких застосувань, як промислове вимірювання рівня, точність діапазону (до міліметра) є ключовим пріоритетом. Точність вимірювань і роздільна здатність за діапазоном (тобто, наскільки точно виявляються зміни рівня) залежить від випромінюваних частот. Широка смуга пропускання, доступна в діапазоні від 77 до 81 ГГц, робить вимірювання діапазону дуже точними. Радарний датчик 80 ГГц може досягти в 20 разів кращої роздільної здатності за діапазоном та точністю порівняно з радаром 24 ГГц. Також, висока роздільна здатність допомагає відокремити рівень рідини від будь-яких небажаних відображень на дні бака. Це дозволяє датчику точно вимірювати рівень рідини по всій висоті резервуара, мінімізуючи мертву зону в нижній частині резервуара. А оскільки висока роздільна здатність покращує мінімальну вимірювану відстань, це допомагає вимірювати рівень рідини до самого верху бака, коли бак заповнений.