- Pregled senzora razine
- Pregled tehnologije
Pregled tehnologije – senzori razine
Spektroskopija impedancije
Talozima i pjenom često se otežava pouzdano otkrivanje razine. Tehnologijom spektroskopije impedancije mjeri se jačina električnog i magnetnog polja pri više frekvencija u rasponu od 50…200MHz. Svakim medijem stvara se jedinstveni karakteristični profil diljem ovog visokofrekventnog spektralnog dometa. U svakoj točki obavljaju se tri mjerenja:
- Prigušenje (amortizacija) elektromagnetskog polja
- Provođenje električnog polja (sposobnost provođenja električne struje)
- Permitivnost (sposobnost polarizacije čestica) magnetskog polja
Kada postoji medij, ova mjerenja podudaraju se s profilom. Kada nema medija ili ako postoje samo ostatci, ne podudaraju se mjerenja. Kada izmjereni profil pada u zelenu zonu prebacivanja, mijenja se stanje izlaza senzora.
Nema medija: Slikom poviše prikazuje se situacija u kojoj se medijem ne pokriva vršak senzora. Niske su razine za prigušenje, vodljivost i permitivnost. Karakteristični profil nalazi se izvan zone prebacivanja.
Postoji medij: Sljedećom slikom prikazuje se profil kada se medij nalazi na vršku. Prigušenje, vodljivost i permitivnost imaju visoku razinu, a izmjereni profil nalazi se unutar zone prebacivanja. Izlazom se mijenja stanje.
Postoje ostatci: Kada se samo ostatcima pokriva vršak, visoke su razine vodljivosti i permitivnosti jer postoje tragovi medija. No, razina prigušenja je niska zbog male količine medija. Profil se nalazi izvan zone prebacivanja, a izlazom se ne mijenja stanje.
Drugi mediji imaju drugačije profile. Uporabom sustava IO-Link mogu se procijeniti vrijednosti postupka medija i upotrijebiti za razlikovanje jednog materijala od drugog, tj. ulje i voda, punomasno mlijeko i 2-postotno mlijeko itd.
Značajke:
- Potiskivanje stvaranja ostataka i pjene.
- Vrškom senzora od ugradnog brtvljenja od materijala PEEK zadovoljavaju se zahtjevi 3A.
- Kućište od nehrđajućeg čelika radi pružanja čvrstoće.
Sve se inačice mogu programirati, no zadane tvorničke postavke dostupne su za medije na bazi vode, na bazi ulja/na bazi praška i medije s visokim udjelom šećera.
Navođeni valni radar (gwr)
Načelom rada za gwr upotrebljavaju se elektromagnetski impulsi u rasponu nanosekunde (mikroval). Glavom senzora prenose se impulsi i impulsi putuju kroz metalnu sondu (vodič). Kada valovi dosegnu mediji, oni se reflektiraju natrag, prikupljaju se metalnom sondom i vode natrag do glave senzora. Vremenska razlika između odašiljanja i primanja impulsa (mjerenje svjetlosnog impulsa) izravno je proporcionalna mjerenju udaljenosti.
Za ispravno razdvajanje impulsa radara, treba imati metalnu pokretačku ploču promjera barem 150mm²ili 150mm. Ako spremnik ima metalni poklopac, on može poslužiti kao pokretačka ploča.
Slikom poviše prikazuje se spremnik s metalnim poklopcem. Nema potrebe za pokretačkom pločom jer poklopac ima ulogu pokretačke ploče.
U spremniku s plastičnim poklopcem treba imati pokretačku ploču. Prikazuje se prirubnica promjera barem 150mm.
U otvorenom spremniku također treba imati pokretačku ploču. To jednostavno postižete zavijanjem prirubnice na metalni kut.
Za medije na bazi ulja, površinom tekućine ne reflektira se tako dobro impuls radara kao vodom. Za jačanje i obuhvaćanje signala, treba upotrijebiti dodatak koaksijalne cijevi.
Pri uporabi koaksijalne cijevi ne treba upotrebljavati gore navedenu pokretačku ploču. Time se olakšava postavljanje. Međutim, premošćivanjem između sonde i koaksijalne cijevi zbog krutih tvari, emulzija itd. može doći do lažnih indikacija razine. Koaksijalna cijev može se upotrebljavati i s medijima na bazi vode i cijev se može izrezati do dužine koja odgovora sondi.
Značajke:
- Odobreni čisti dizajn 3A izvan položaja (COP) za neke modele
- Tlak do 40bara za neke modele
- Strukturni materijali od nehrđajućeg čelika
- Otpornost na prašinu, maglu i paru
Hidrostatski tlak
Hidrostatski tlak sila je po području koja se obavlja stupcem tekućine i radi se o funkciji visine spremnika, a ne o cijelom obliku ili volumenu spremnika. Jednadžba hidrostatskog tlaka glasi:
Ako je poznata gustoća i specifično težište tekućine, visina (ili razina) tekućina određuje se mjerenjem hidrostatskog tlaka.
Česta primjena hidrostatskog tlaka je mjerenje razine tekućine u zatvorenom spremniku. Pokrivač inertnog plina može se upotrijebiti za sprječavanje oksidiranja tekućine, kao što je plin CO2 na vrhu spremnika piva. U ovom slučaju, diferencijalni tlak izračunava se uporabom dvaju tlačnih senzora. Senzorom na gornjoj strani mjeri se tlak plina, a senzorom na donjoj strani mjeri se tlak plina i tlak nastao zbog tekućine. Samo tlak tekućine (i stoga razina tekućine) razlika je u dvama mjerenjima.
Kapacitivna granična vrijednost razine (brojevi artikla Kxxxxx)
Kapacitivnim senzorima može se otkriti bilo koji materijal kontaktno ili beskontaktno. Korisnik može prilagoditi osjetljivost kapacitivnih senzora blizine poduzeća ifm za otkrivanje tekućina ili krutina u nemetalnim spremnicima.
Da biste uspješno otkrili razinu kapacitivnim senzorima, pobrinite se za sljedeće:
- Stijenka posude nije metalna
- Debljina stijenke posude manja je od 6 – 12mm
- Nema metala u neposrednoj blizini senzora
- Prednja osjetilna strana stavljena je izravno na stijenku posude
- I senzor i posuda uzemljeni su na istoj vrijednosti napona
Kapacitivno neprekidno praćenje razine (brojevi artikla Lxxxxx)
Senzori LK i LT za neprekidno praćenje razine poduzeća ifm sastoje se od 16 pojedinačnih kapacitivnih senzora posloženih i multipleksnih.
Svakom ćelijom procjenjuje se okruženje za određivanje pokrivenosti medijem. Mikroprocesorom procjenjuje se svih 16 ćelija za određivanje razine medija.
Obitelji LK i LT imaju ugrađenu zaštitu od prelijevanja. Algoritam kojim se prati preljev ne ovisi o općenitom praćenju razine. Na ovaj način ako se izlazi ne prebace na željeni način i razina nastavi rasti, zaštitom od preljeva prisiljavaju se izlazi na prebacivanje.
Nadalje, serijom LT omogućuje se zasebni izlaz za temperaturu medija.
Ultrazvučna
Ultrazvučni senzori oslanjaju se na otkrivanje zvučnih valova koji se reflektiraju od površine za mjerenje razine. Površinom medija odbijaju se zvučni valovi i informacija o udaljenosti određuje se mjerenjem svjetlosnog impulsa.
Za razliku od fotoelektričnih senzora, bojom medija, prozirnosti i reflektivnosti ne utječe se na ultrazvučnu tehnologiju.
Ultrazvučni senzori imaju veći stupanj otpornosti na vlagu i prašinu. Prednja osjetilna strana vibrira na veoma visokoj frekvenciji i njome se uklanja višak vlage i prašine prije nego što se njima ugrozi radni učinak. Međutim, temperaturnim ekstremima može se utjecati na točnost jer brzina zvuka varira s temperaturom.
Fotoelektrična
Laserskim senzorom O1D udaljenosti i vidnim senzorom O3D upotrebljava se tehnologija mjerenja svjetlosnog impulsa (PMD) za mjerenje udaljenosti do površine medija. Načelom mjerenja svjetlosnog impulsa prati se vrijeme potrebno fotonu svjetlosti da dođe do površine i natrag. Signal se zatim obrađuje elementom prijamnika.
Ova tehnologija nije prikladna za mjerenje razine čistih tekućina. Može se upotrebljavati samo za neprozirne tekućine i krute tvari.
Radar
Uređaj radi u skladu s metodom FMCW (FMCW = Frequency Modulated Continuous Wave što na hrvatskom znači frekvencijski modulirani kontinuirani val). Elektromagnetski impulsi u rasponu GHz šalju se mediju u frekvenciji koja se stalno mijenja između 77 i 81 GHz. Budući da odašiljač stalno mijenja frekvenciju signala koji se odašilje, postoji razlika frekvencije između signala koji se odašilje i onoga koji se reflektira. Frekvencija signala koji se reflektira oduzima se od frekvencije signala koji se odašilje u tom trenutku, što dovodi do signala niske frekvencije koji je proporcionalan udaljenosti do razine. Ovaj se signal dalje obrađuje kako bi se postigla brza, pouzdana i iznimno točna mjerenja razine.
Koja je prednost frekvencije od 80 GHz?
Veličina i frekvencija antene dva su glavna čimbenika, koji su odlučujući za razlučivost dometa i točnost radarskog senzora. Načelno:
- Što je manja antena to je veći kut otvaranja radara
- Što je viša frekvencija, niža je valna duljina
Na slici se prikazuje: Tehnologija visoke frekvencije od 80 GHz omogućuje relativno mali kut otvaranja pomoću male veličine antene.
Više signala, manje smetnji
Veće fokusiranje snažnog signala kroz mali kut otvaranja omogućuje otkrivanje medija s niskim dielektričnim djelovanjem jer visoki fokus povećava refleksiju na senzor. Visoko fokusiranje također sprječava otkrivanje miješalica i mlaznih čistača koja mogu dovesti do smetnji signala.
Visoka razlučivost i točno mjerenje razine cijele visine spremnika
Za primjene kao što su industrijsko mjerenje razine, točnost dometa (u milimetar) od ključne je važnosti. Točnost mjerenja i razlučivost dometa (tj. koliko se otkrivaju precizne promjene razine) ovisi o frekvencijama koje se odašilju. Široka pojasna širina dostupna u pojasu frekvencije od 77 do 81 GHz čini mjerenje dometa iznimno točnim. Radarski senzor od 80 GHz može postići 20 x bolju učinkovitost u razlučivosti dometa i točnosti u usporedbi s radarom od 24 GHz. Također, visoka razlučivost pomaže u odvajanju razine tekućine od bilo kojih neželjenih refleksija na dnu spremnika. Time se senzoru omogućuje da točno mjeri razinu tekućine po cijeloj visini spremnika, minimizirajući slijepu zonu na dnu spremnika. A s obzirom da visoka razlučivost poboljšava minimalnu udaljenost koja se može izmjeriti, pomaže izmjeriti razinu tekućine sve do samog vrha spremnika kada je on pun.