V mnogih panogah se tekoči in razsuti materiali uporabljajo kot tehnološki mediji. V načinih linijske proizvodnje izdelkov, predvsem pa z avtomatskim krmiljenjem, je potrebno stalno spremljanje parametrov delovnih materialov. Najpogostejši način takšnega nadzora je merjenje nivoja, med katerim se spremlja stopnja napolnjenosti ene ali druge kapacitivne opreme.
Izvedba tehnologije
V tem primeru se nivo razume kot višina polnjenja tehnološke instalacije (rezervoar, rezervoar, rezervoar, bat) z delovnim medijem. Samo po sebi je poznavanje te vrednosti nujno za vodenje in nadzor proizvodnega procesa. Predvsem so takšne meritve nujne operacije v kemični, naftni in živilski industriji. Če na primer pozna nivo polnjenja rezervoarja za zbiranje prečiščenega olja, lahko upravljavec nastavi optimalne parametre za delovanje črpalne črpalkepostaje. In spet, številne industrije delujejo na avtomatizaciji, tako da lahko izhodne podatke obdelujejo krmilniki, ki tudi brez sodelovanja operaterja dajejo ukaze izvršilnim enotam ob upoštevanju prejetih informacij o ravni polnjenja nadzorovane naprave. Glede na specifično tehnološko operacijo in računovodske zahteve se lahko spreminjajo različne enote merjenja nivoja - na primer obstajajo metode s širokim merilnim območjem od 0,5 do 20 m, pa tudi specializirane laboratorijske kontrolne sheme, ki upoštevajo ozek razpon od 0 do 500 mm. Neposredno merjenje se izvaja s fizikalnimi, elektromagnetnimi in ultrazvočnimi napravami, nekatere med njimi beležijo tudi lastnosti medija – kemično sestavo, tlak, temperaturo itd.
Vizualni nadzor
Najenostavnejši način za rešitev problema, pri katerem je dovolj, da uporabite standardno merilno orodje. Uporabljajo se rulete, ravnila, ogledna stekla in druge naprave, ki jih je načeloma mogoče uporabiti v danih pogojih določenega proizvodnega okolja. Najbolj tehnološko sredstvo za merjenje nivoja te vrste je daljinski ali obvodni indikator. Vgradi se v stranski del rezervoarja s pomočjo navojnih, prirobničnih ali varjenih povezav. Postopek indikacije zagotavlja prozorna cev, ki se polni, ko se nivo tekočine v ciljnem rezervoarju dvigne. Sodobnejši bypass uporabljajo cilindrične plovce z magnetnimiindikacijski sistem. Toda tudi takšna zasnova velja za zastarelo zaradi znatnih omejitev v komunikacijskih zmogljivostih povezovanja s krmilno elektroniko in opremo za avtomatizacijo.
Metoda s plovcem
Tudi eden najpreprostejših tradicionalnih načinov za nadzor nivoja polnjenja tekočih medijev. Temelji na fiksiranju položaja plovca na sami površini servisirane tekočine. Krmiljenje poteka po različnih principih - mehanskem, magnetnem in magnetostriktivnom. Med premikanjem se spremeni narava povezave med plovcem in elementom, ki ga nadzoruje, na primer togo pritrjen vzvod. Kot pritrditve se spremeni, ko se plovec dvigne, kar fiksira merilni sistem. Običajno se ta vrsta merjenja nivoja pojavi v procesu pretvorbe istega kota v električni signal. Najpogosteje ne govorimo niti o upoštevanju posebnih indikacij, temveč o registraciji trenutka, ko je dosežena določena vrednost. Z drugimi besedami, ko plovec doseže nastavljeno višino, se aktivira nivojsko stikalo. V najpreprostejših tokokrogih se kontakti zaprejo, kar vodi do določenih tehnoloških dejanj - na primer ustavi se delovanje črpalke za tekočino.
Hidrostatične meritve tekočin
Ključni merilni faktor v tem nivojskem sistemu je hidrostatični tlak. To pomeni, da se uporablja manometer z ustreznimi lastnostmi in potopni senzor tlaka. Poleg tega je pomemben pogoj za nadzorločitev senzorja od delovnega medija s posebno membrano na eni strani, na drugi strani pa je treba preko kapilarnega dovoda iz polnila dovajati atmosferski tlak. V procesu merjenja s to vrsto nivoja se nadzoruje nadtlak, katerega indikator vpliva na značilnosti generiranja enotnega signala. Prav tako je na manometer priključena električna naprava s pretvornikom, ki je odgovorna za obveščanje o določenih spremembah, ki so se zgodile v nadzorovanem okolju. Kot alternativa tej metodi merjenja hidrostatičnega tlaka je mogoče nadzorovati tlak plina, ki se črpa v analog kapilarne cevi s strani tekočine, ki polni rezervoar. Ta model hidrostatičnega manometra se imenuje piezometrični.
Radarski merilniki nivoja
V nekaterih panogah se za merjenje višine polnjenja s procesnimi mediji uporablja univerzalni pristop. Za delo s tekočinami, plini in razsutimi materiali je optimalno primerna radarska oprema, katere delovanje temelji na analizi frekvenčno moduliranih nihanj. Izmeri se čas širjenja in vračanja nezadušenih nihanj iz posebnih anten v servisirano okolje. Valovni pasovi se lahko razlikujejo od enega do deset GHz. Same oddajno-sprejemne antene imajo lahko drugačno napravo in značilnosti sevanja. Za merjenje nivoja tekočin v kemični industriji se na primer uporabljajo palične antene.z območjem merjenja višine do 20 m. Za medije, katerih nadzor ima povečane zahteve glede natančnosti, se uporabljajo parabolične in planarne naprave. Običajno so to področja tehničnega računovodstva, kjer je pomembno, da se meritve popravijo do 1 mm.
Uporaba radioizotopskih tehnik
Glavna specializacija te vrste merilnikov nivoja je nadzor razsutih materialov in tekočih medijev v zaprtih rezervoarjih. Načelo delovanja radioizotopskega aparata temelji na absorpciji gama žarkov, ki prehajajo skozi plast ciljnega medija. Tehnično je postopek merjenja organiziran z uporabo vira sevanja in sprejemnika. Obe napravi sta obešeni ali nameščeni na nosilno konstrukcijo in ju krmili reverzibilni elektromotor, ki spreminja svojo višino glede na trenutni nivo polnjenja. Če je sistem za merjenje nivoja delovnega medija nad njegovo površino, bo sevanje sprejemnega signala močno, saj na njegovi poti ni ovir. Zato elektromotor iz krmilnika dobi signal za spuščanje opreme. Položaj merilne naprave bo nadzoroval signal v rezervoarju z neprekinjenim dovajanjem in obdelavo valovnih oblik.
Ultrazvočne metode nadzora
Načelo delovanja je v tem primeru v mnogih pogledih podobno radijskemu krmiljenju, pri katerem se oddaja radijski signal, stopnja zapolnjenosti proizvodnega območja pa je določena z značilnostmi njegovega odboja od merjenega medija.posode. Vendar pa ultrazvočna metoda uporablja posebne akustične instrumente za merjenje nivoja polnjenja. To pomeni, da se zvočni valovi širijo, delovanje opreme pa je podobno načelom lokacije. Indikatorji so fiksirani glede na čas prehoda nihanj razdalje od oddajnika do ločevalne linije medijev in nazaj do sprejemne naprave. Lokacija vmesnika je določena s strani zraka (plina) in ciljnega delovnega medija. Tako delujejo kombinirane visoko precizne naprave, v skupini ultrazvočnih merilnikov nivoja pa so naprave, ki lahko namensko nadzorujejo samo plin-zrak (nenapolnjen) ali samo delovno okolje.
Mikrovalovne metode
Ena izmed najbolj priljubljenih brezkontaktnih merilnih tehnologij, ki združuje tehnike in principe radarske elektromagnetne kontrole. Najbolj obetavna tehnika tega razreda lahko imenujemo usmerjeno elektromagnetno merjenje, pri katerem se koeficient odboja signala določi na podlagi mikrovalovnih impulzov, ki lahko prodrejo do dna rezervoarja, zaobidejo različne vrste neželenih nečistoč in delcev blata. Vrnjeni signal ali njegov del se meri glede popolnosti in značilnosti hitrosti. Ob upoštevanju časa njegovega prehoda se določi stopnja polnosti. Mikrovalovne metode za merjenje nivoja delovnih medijev se pogosto uporabljajo pri tehnoloških nalogah nadzora polnjenja zrnatih in praškastih materialov. V takih panogah se uporabljajo sondez enojnim obešanjem na kablih, medtem ko se v zvezi s tekočinami uporabljajo dvojne in palične nosilne konstrukcije. Na splošno se optimizacija orodja pri delu s trdnimi snovmi opravičuje zaradi fizikalnih in mehanskih lastnosti, ki so povezane s tehničnimi omejitvami pri organizaciji merilnih procesov.
Sklep
V zadnjih letih so tehnologije za razvoj merilnikov nivoja za spremljanje procesnih medijev šle skozi več temeljno pomembnih razvojnih stopenj, ki so spremenile principe tovrstnih meritev. Med najpomembnejšimi med njimi sta prehod na brezkontaktne metode merjenja in širitev zmogljivosti pri delu z agresivnimi tekočinami. Danes lahko ista brezkontaktna RF ali elektromagnetna metoda zagotovi natančen nadzor surove nafte, kisline, staljenega žvepla in tekočega amoniaka.
