Füllstandskontrolle in industriellen Automatisierungssystemen
Viele Automatisierungssysteme erfordern eine Füllstandmessung. Und es gibt viele Branchen, in denen Füllstandmessungen erforderlich sind. Heutzutage gibt es viele Füllstandsensoren, mit denen Sie viele physikalische Größen messen können, die sich auf die Menge eines bestimmten Materials im Tank beziehen.
Funktionierten die ersten Level-1-Sensoren nur mit Flüssigkeiten, gibt es dank des Fortschritts mittlerweile Sensoren für Schüttgüter. Mit Füllstandsmessern und Füllstandsschaltern können Sie den Füllstand kontinuierlich überwachen und kontrollieren, ob das Material den vorgegebenen Füllstand erreicht. In diesem Artikel konzentrieren wir uns auf die Arten moderner Füllstandmessgeräte.
Füllstandsensoren können heute sowohl mit Flüssigkeiten als auch mit Schüttgütern und sogar mit Gasen arbeiten und das Material kann sich sowohl im Behälter als auch in der Rohrleitung befinden. Sensoren werden in kontaktbehaftete und berührungslose Sensoren unterteilt und können je nach Installationsmethode entweder für den Einbau in den Körper einer Rohrleitung oder eines Behälters mit dem gemessenen Material oder über dem gemessenen Material ausgelegt sein.
Die Sensoren der ersten Ebene arbeiteten nach dem einfachen Prinzip eines Schwimmers und verwendeten eine Methode zum Schließen von Kontakten mit Material. Jetzt wurden die Sensoren verbessert, sie enthalten in ihrem Design Schaltkreise, die eine Reihe zusätzlicher Funktionen bieten, wie z. B. Messung von Volumen, Durchfluss, Signalisierung bei Erreichen des Grenzwerts usw. Die Messergebnisse können verarbeitet und gespeichert werden.
Ganz gleich, ob in der Industrie flüssige, viskose, gasförmige, frei fließende, klebrige oder pastöse Materialien verarbeitet werden, es gibt immer den richtigen Füllstandsensor für die richtige Umgebung. Wasser, Lösung, Alkali, Säure, Öl, Öl, Kraft- und Schmierstoffe, Kunststoffgranulat – der Anwendungsbereich ist sehr breit und Sensoren, die auf unterschiedlichen physikalischen Prinzipien basieren, ermöglichen es Ihnen, für bestimmte Bedingungen und für nahezu jede Aufgabe den geeigneten Sensor auszuwählen.
Die Sensorhardware besteht aus zwei Teilen: dem Sensor selbst und dem Datenvisualisierungstool. Berührende und berührungslose Sensoren, ständiger Wandel und Grenzverfolgung – das Spektrum der Sensorfunktionen ist heute recht vielfältig.
Welchen Sensortyp Sie wählen, hängt von den Besonderheiten des industriellen Prozesses und der Umgebung ab, in der der Sensor betrieben wird. Mit Visualisierungstools kann der Messprozess Diagramme erstellen, um Informationen auf Produktebene zu analysieren, was die Automatisierung erheblich erleichtert.
Füllstandmessgeräte werden zur kontinuierlichen Überwachung des Füllstands von Schüttgütern oder Flüssigkeiten in natürlichen und künstlichen Stauseen eingesetzt. Sie messen den Füllstand mit einer Auflösung von wenigen Millisekunden bis mehreren zehn Sekunden.
Sie dienen zur Füllstandüberwachung von wässrigen Lösungen, Säuren, Basen, Alkoholen usw. sowie von Schüttgütern.Sie sind kontaktbehaftet und berührungslos und nach physikalischen Prinzipien völlig unterschiedlich. Schauen wir uns jeden Typ genauer an.
Mikrowellen-Radar-Füllstandmessgeräte
Sie dienen der kontinuierlichen Überwachung des Füllstandes und sind universell einsetzbar. Die Arbeit nutzt das Phänomen der Reflexion einer elektromagnetischen Welle an der Grenzfläche zwischen zwei Medien. Die Frequenz der Wellen liegt zwischen 6 und 95 GHz, und je höher sie ist, desto niedriger ist sie die Dielektrizitätskonstante Bei gemessenem Material, zum Beispiel bei Erdölprodukten, sollte die Frequenz der Wellen maximal sein. Die Dielektrizitätskonstante sollte jedoch nicht höher als 1,6 sein.
Da der Sensor wie ein Radar funktioniert, hat er keine Angst vor Störungen und die hohe Frequenz der Wellen minimiert den parasitären Einfluss von Druck und Temperatur im Schiff. Radarsensoren mit solch hohen Betriebsfrequenzen sind immun gegen Staub, Dampf und Schaum.
Je nach Art und Größe der Sensorantenne kann die Genauigkeit des Geräts variieren. Je größer und breiter die Antenne ist, desto stärker und genauer ist das Signal. Je höher die Reichweite, desto besser ist die Auflösung. Die Genauigkeit von Mikrowellenradarsensoren liegt bei 1 mm, sie können bei Temperaturen bis zu +250 °C arbeiten und den Füllstand bis zu 50 m messen.
Radar-Füllstandmessgeräte werden in vielen Branchen eingesetzt, in denen mit Schüttgütern umgegangen wird: im Baugewerbe, in der Holzverarbeitung, in der chemischen Industrie, in der Lebensmittelindustrie, bei der Herstellung von Kunststoffen, Glas und Keramik. Sie sind auch zur Messung des Füllstands von Flüssigkeiten einsetzbar.
Akustische Messgeräte
Es werden akustische Wellen verwendet, die, wenn sie von der beobachteten Substanz reflektiert werden, empfangen und verarbeitet werden.Die Software filtert das gewünschte Signal, indem sie Störechos erkennt.
Das Signal wird mit einem kräftigen Impuls übertragen, sodass Verluste und Dämpfung minimal sind. Abhängig von der Temperatur wird das Signal kompensiert und die Genauigkeit bleibt hoch, innerhalb eines Viertelprozents. Der Sensor wird vertikal oder schräg montiert. Der Höhenunterschied kann bis zu 60 Meter betragen. Betriebstemperatur bis +150 ºС. Explosionsgeschützt.
Akustische Manometer werden in vielen Branchen eingesetzt, von Automatisierungssystemen für Kranverladungen und Systemen zur Überwachung des Abwasserpegels in Klärgruben bis hin zur Schokoladenherstellung.
Ultraschall-Füllstandmessgeräte
Von der Grenzfläche zwischen den beiden Medien reflektierte Ultraschallschwingungen werden empfangen und das Zeitintervall zwischen dem Senden und Empfangen des Signals gemessen. Die Diskretion beträgt einige Sekunden, was auf die endliche Schallgeschwindigkeit in Luft zurückzuführen ist. Der maximale Messpegel erreicht 25 Meter.
Mit der Software können Sie den Sensor so vorkonfigurieren, dass er sich während der Zeit abschaltet, in der sich ein Mechanismus darunter bewegt, beispielsweise ein Rührblatt. Es ist möglich, den Sensor über einen Computer zu steuern. Vertikal über dem Material oder schräg montiert. Genauigkeit innerhalb eines Viertelprozents. Betriebstemperatur bis +90 ºС. Explosionsgeschützt.
Ultraschall-Füllstandmessgeräte werden zur Überwachung des Füllstands von Schüttgütern in vielen Bereichen eingesetzt, von Zementwerken bis hin zur Chemie- und Lebensmittelindustrie.
Hydrostatische Füllstandsmessgeräte
Messen Sie den Flüssigkeitsdruck am Boden des Behälters. Die Verformung des empfindlichen Elements wird in ein elektrisches Signal umgewandelt. Bei der Differenzdruckmessung ist eine Verbindung zur Atmosphäre notwendig.Geeignet für die Arbeit mit Wasser und anderen nicht aggressiven Flüssigkeiten, für Pasten usw. Es kann sowohl in offenen als auch geschlossenen Räumen, in Becken, Brunnen usw. eingesetzt werden.
Die Höhe des Drucks hängt von der Dichte der Flüssigkeit und ihrem Volumen im Tank sowie von der Höhe der Flüssigkeitssäule ab. Der Füllstandsmesser kann tauchfähig oder normal sein – entweder wird ein Kapillarrohr für den Kontakt mit der Atmosphäre entfernt oder der Sender wird direkt in den Boden des Tanks geschnitten.
Bei der Installation ist es notwendig, eine falsche Fixierung des Drucks des Flüssigkeitsstroms beim Pumpen in den Tank auszuschließen. Genauigkeit innerhalb eines Viertelprozents. Betriebstemperatur bis +125 ºС.
Hydrostatische Füllstandsmesser werden häufig in der chemischen Industrie in Tanks, im Wohnungs- und Kommunalwesen in Brunnen, in der Lebensmittelindustrie zur Ausrüstung von Behältern mit flüssigen Produkten, in der Metallurgie, in der Pharmaindustrie, in der Erdölindustrie usw. eingesetzt.
Kapazitive Füllstandmessgeräte
Die Sensorsonde und die leitfähige Tankwand bilden eine Einheit Kondensatorplatten… Anstelle einer leitfähigen Wand kann ein spezielles Rohr zur Befestigung an der Sondensonde oder einer zweiten separaten geerdeten Sonde verwendet werden. Die Substanz zwischen den Platten dient als Dielektrikum des Kondensators – Luft oder Material, dessen Füllstand überwacht wird.
Offensichtlich ändert sich die elektrische Kapazität des Kondensators allmählich, wenn der Tank gefüllt ist. Bei leerem Tank hat die elektrische Kapazität einen bestimmten Wert und ändert sich im Zuge der Luftverdrängung. Durch die Erhöhung des Produktgehalts im Tank ändert sich die Kapazität des vom Sensor und Tank gebildeten Kondensators.
Die Sensorelektronik wandelt die Kapazitätsänderung in eine Füllstandsänderung um.Wenn die Form des Tanks ungewöhnlich ist, wird eine zweite Sonde verwendet, da die Platten des gebildeten Kondensators vertikal angeordnet sein müssen. Der maximale Pegel erreicht 30 Meter. Die Genauigkeit beträgt nicht weniger als ein Drittel Prozent. Betriebstemperatur bis zu +800 ºС, je nach Modell. Die Verzögerungszeit ist einstellbar.
Kapazitive Füllstandssensoren werden hauptsächlich zur Überwachung des Füllstands von Flüssigkeiten in vielen Bereichen eingesetzt, in denen es notwendig ist, einen bestimmten Füllstand des Produkts aufrechtzuerhalten: bei der Herstellung von Getränken, Haushaltschemikalien, in Wasserproduktionsanlagen, in der Landwirtschaft usw. .
Magnetische Füllstandsmessgeräte
Am Treiber befindet sich ein Permanentmagnet-Schwimmer. Im Inneren des Treibers sind magnetisch empfindliche Schalter verbaut. Durch die sequentielle Betätigung der Schalter beim Befüllen oder Entleeren des Tanks verändert sich der Strom in einzelnen Teilen.
Das Prinzip ist so einfach, dass diese Füllstandmessgeräte keiner Justierung bedürfen und daher günstig und beliebt sind. Einschränkungen werden nur durch die Dichte der Flüssigkeit eingeführt. Betriebstemperatur bis +120 ºС. Die Verschiebungsgrenze liegt bei 6 Metern.
Das magnetische Manometer ist in vielen Branchen eine kostengünstige Lösung zur Füllstandsmessung von Flüssigkeiten.
Mikrowellenreflexmeter
Anders als bei Radarmessgeräten breitet sich die Welle hier nicht im Freien aus, sondern entlang der Sonde des Geräts, die ein Seil oder ein Stock sein kann. Der Wellenimpuls wird an der Grenzfläche zwischen zwei Medien mit unterschiedlichen Dielektrizitätskonstanten reflektiert und kehrt zurück. Die Zeit zwischen dem Zeitpunkt der Übertragung und dem Zeitpunkt des Empfangs wird von der Elektronik festgelegt und in einen Pegelwert umgewandelt.
Der Einsatz eines Hohlleiters vermeidet die parasitäre Wirkung von Staub, Schaum, Sieden sowie den Einfluss der Umgebungstemperatur. Die Dielektrizitätskonstante des Messmediums darf nicht kleiner als 1,3e sein.
Reflektor-Füllstandmessgeräte können dort eingesetzt werden, wo Radar aufgrund des Strahlungsmusters nicht funktionieren kann, beispielsweise in engen, hohen Tanks. Messgrenze 30 Meter. Betriebstemperatur bis +200 ºС. Genauigkeit innerhalb von 5 mm.
Mit Reflex-Mikrowellen-Füllstandtransmittern lässt sich der Füllstand von nichtleitenden und leitfähigen Flüssigkeiten und Feststoffen kontinuierlich überwachen sowie deren Masse und Volumen messen. Anwendbar in vielen Branchen.
Bypass-Füllstandtransmitter
An der Seite des Behälters befindet sich eine Messsäule. Die Flüssigkeit füllt das Rohr und ihr Füllstand wird gemessen. Das Prinzip der Schiffskommunikation. Auf der Oberfläche der Flüssigkeit im Rohr schwimmt ein Magnet, und in der Nähe des Rohrs schwimmt ein magnetostriktiver Sensor, der den Abstand zum Magneten in ein Stromsignal umwandelt.
In der Röhre sind verschiedenfarbige Anzeigeplättchen angebracht, die unter dem Einfluss des Magnetfeldes des Magneten ihre Position verändern. Da die Flüssigkeit nicht mit der Außenumgebung in Kontakt kommt, sind Bypass-Transmitter in der Lebensmittel- und Pharmaindustrie einsetzbar. Begrenzung der Messebene auf 3,5 Meter. Genauigkeit innerhalb von 0,5 mm. Betriebstemperatur bis +250 ºС.
Bypass-Messgeräte kommen überall dort zum Einsatz, wo eine visuelle Kontrolle des Flüssigkeitsstands erforderlich ist: in der Wärmekraftindustrie, in der chemischen Industrie, im Wohnbereich, in der Elektrizitätswirtschaft, in der Lebensmittelindustrie sowie in der Öl- und Gasindustrie.
Magnetostriktive Füllstandtransmitter
Die flexible oder starre Führung enthält einen Schwimmer mit eingebautem Magneten. Entlang des Leiters befindet sich ein Wellenleiter, um den herum durch Stromimpulse durch die Spule ein radiales Magnetfeld angeregt wird. Wenn dieses Magnetfeld mit dem Magnetfeld des Permanentmagneten des Schwimmers kollidiert, erfährt der magnetostriktive Wellenleiter eine hochdynamische plastische Verformung.
Durch diese Verformung breitet sich die Ultraschallwelle entlang des Wellenleiters aus und wird an einem Ende von einem elektronischen Wandler fixiert. Der Vergleich zwischen dem Zeitpunkt des Auslöseimpulses und dem Zeitpunkt des Auftretens des Verformungsimpulses bestimmt die Lage des Schwimmers. Die Messhöhengrenze erreicht 15 Meter. Genauigkeit innerhalb von 1 mm. Betriebstemperatur bis +200 ºС.
Magnetostriktive Manometer werden in der chemischen Industrie zur Füllstandsüberwachung schäumender Flüssigkeiten, in der Lebensmittelindustrie und in der Metallurgie zur Füllstandsüberwachung flüssiger Lebensmittel und Kraftstoffe eingesetzt.
Viele Füllstandsanzeigen
Eine Last wird an einem auf einer Trommel aufgewickelten Kabel oder Band befestigt. Durch die Montage des Sensors am Tankdeckel ist es möglich, die Belastung im Tank zu reduzieren. Der Elektromotor dreht die Trommel und die Last senkt sich am Kabel herab. Wenn das Gewicht die Oberfläche des zu messenden Materials berührt, wird die Spannung im Seil gelöst und dies signalisiert den Füllstand des Materials. Das Seil windet sich erneut um die Trommel und hebt die Last wieder nach oben.
Die Elektronik berechnet den Füllstand anhand der Anzahl der Trommelumdrehungen. Zur Detektion von Stoffen mit einer Dichte von 20 kg pro m3 eignet sich ein solcher Sensor. Begrenzung des Messpegels auf 40 Meter.Genauigkeit von 1 bis 10 cm, je nach Modifikation. Das Messintervall wird vom Benutzer eingestellt und kann zwischen 6 Minuten und 100 Stunden liegen. Betriebstemperatur bis +250 ºС.
Multi-Chargen-Messgeräte werden in verschiedenen Branchen zur Füllstandskontrolle von Schüttgütern in automatisierten Anlagen eingesetzt.