産業オートメーションシステムのレベル制御
多くの自動化システムではレベル測定が必要です。また、レベル測定が必要な業界は数多くあります。現在、タンク内の特定の物質の量に関連する多くの物理量を測定できるレベル センサーが数多くあります。
最初のレベル 1 センサーは液体でのみ機能しましたが、進歩のおかげで、現在ではバルク材料用のセンサーが存在します。レベルメーターとレベルスイッチを使用すると、レベルを継続的に監視し、素材が指定されたレベルに達したかどうかを制御できます。この記事では、最新のレベルメーターの種類に焦点を当てます。
現在、レベルセンサーは液体とバルク材料の両方、さらには気体でも動作することができ、材料はコンテナ内とパイプラインの両方に配置できます。センサには接触式と非接触式があり、設置方法に応じて、測定対象物が入ったパイプラインやコンテナの本体内に設置するか、測定対象物の上に設置するかを設計できます。
第 1 レベルのセンサーはフロートの単純な原理に基づいて動作し、物質との接触を閉じる方法を使用しました。現在、センサーは改良されており、体積、流量の測定、限界に達したときの信号送信など、多くの追加機能を提供する回路が設計に組み込まれています。測定結果は処理して保存できます。
業界が液体、粘性、気体、自由流動性、粘着性、ペースト状の材料を扱うかどうかにかかわらず、適切な環境には常に適切なレベル センサーが存在します。水、溶液、アルカリ、酸、油、オイル、燃料および潤滑剤、プラスチック顆粒など、応用範囲は非常に広く、さまざまな物理原理に基づいたセンサーにより、特定の条件やほぼすべての作業に適したセンサーを選択できます。
センサー ハードウェアは、センサー自体とデータ視覚化ツールの 2 つの部分で構成されます。接触センサーと非接触センサー、絶え間ない変化と国境追跡など、今日のセンサー機能は非常に豊富です。
選択するセンサーの種類は、産業プロセスの詳細とセンサーが動作する環境によって決まります。視覚化ツールを使用すると、測定プロセスでグラフを生成して製品レベルの情報を分析でき、自動化が大幅に促進されます。
レベルメーターは、天然および人工貯留層内のバルク物質または液体のレベルを継続的に監視するために使用されます。数ミリ秒から数十秒の分解能でレベルを測定します。
これらは、バルク材料だけでなく、水溶液、酸、塩基、アルコールなどのレベルを監視するために使用されます。それらは接触型と非接触型であり、物理的原理によれば完全に多様です。それぞれのタイプを詳しく見てみましょう。
マイクロ波レーダーレベルゲージ
これらはレベルの継続的な監視に使用され、普遍的です。この作品は、2つの媒体間の界面からの電磁波の反射現象を利用しています。電波の周波数は6～95GHzで、高ければ高いほど低くなります。 誘電率 石油製品などの測定対象物では、波の周波数は最大でなければなりません。ただし、誘電率は 1.6 を超えてはなりません。
センサーはレーダーのように機能するため、干渉を恐れることはなく、電波の高周波により、容器内の圧力や温度の寄生的な影響が最小限に抑えられます。このような高い動作周波数を持つレーダー センサーは、塵、蒸気、泡の影響を受けません。
センサーアンテナの種類やサイズによって、デバイスの精度が異なる場合があります。アンテナが大きくて幅が広いほど、信号はより強力で正確になり、範囲が広くなり、解像度が向上します。マイクロ波レーダーセンサーの精度は1mm以内で、最大+250℃の温度で動作し、最大50mのレベルを測定できます。
レーダーレベルメーターは、建設、木工、化学産業、食品産業、プラスチック、ガラス、セラミックの生産など、バルク材料を扱う多くの産業で使用されています。液体のレベル測定にも使用できます。
音響測定器
音響波が使用され、観測された物質によって反射されると受信されて処理されます。ソフトウェアはスプリアスエコーを検出することで目的の信号をフィルタリングします。
信号は強力なパルスで送信されるため、損失や減衰が最小限に抑えられます。温度に応じて信号は補正され、精度は 4 分の 1 パーセント以内で高いままになります。センサーは垂直または斜めに取り付けられます。変化のレベルは最大 60 メートルになります。動作温度は最大 +150 °С。防爆。
音響圧力計は、クレーン積み込み自動化システムや浄化槽の下水レベル監視システムからチョコレート製造まで、多くの業界で使用されています。
超音波レベル計
2 つの媒体間の界面から反射される超音波振動を受信し、信号が送信されてから受信されるまでの時間間隔を測定します。離散性は数秒ですが、これは空気中の音速が有限であるためです。最大測定レベルは25メートルに達します。
ソフトウェアを使用すると、撹拌ブレードなどの何らかの機構がセンサーの下を通過する間、センサーがオフになるように事前に設定できます。パソコンからセンサーを制御することが可能です。素材に対して垂直または斜めに取り付けます。精度は 4 分の 1 パーセント以内です。動作温度は最大 +90 °С。防爆。
超音波レベル計は、セメント工場から化学産業や食品産業に至るまで、多くの分野でバルク材料のレベルを監視するために使用されます。
静圧式レベルゲージ
容器の底の液体の圧力を測定します。感応要素の変形は電気信号に変換されます。差圧を測定する場合は大気への接続が必要です。水やその他の非攻撃性の液体、ペーストなどの作業に適しています。開いた部屋でも閉じた部屋でも、プールや井戸などでも使用できます。
圧力の大きさは、タンク内の液体の密度と体積、液柱の高さに依存します。レベルゲージは水中式または通常のものがあり、大気と接触させるために毛細管が取り外されるか、発信器がタンクの底に直接切り込まれます。
設置中、液体流がタンクにポンプで送り込まれる際の圧力が誤って固定されないようにする必要があります。精度は 4 分の 1 パーセント以内です。動作温度は最大 +125 °С。
静水圧レベル計は、タンク内の化学産業、井戸内の住宅および公共サービス、液体製品を入れた容器を備えた食品産業、冶金、製薬産業、石油産業などで広く使用されています。
静電容量式レベルメーター
センサープローブと導電性タンク壁は、 コンデンサプレート… 導電性壁の代わりに、特別なパイプを使用して、プローブ プローブまたは 2 番目の独立した接地プローブに取り付けることができます。プレート間の物質はコンデンサの誘電体、つまりレベルが監視される空気または物質として機能します。
当然のことですが、タンクが満水になるとコンデンサの電気容量は徐々に変化します。タンクが空の場合、電気容量は一定の値を持ち、空気が移動する過程で変化します。タンク内の製品が増加すると、センサーとタンクによって形成されるコンデンサーの静電容量が変化します。
センサー電子機器は、静電容量の変化をレベルの変化に変換します。タンクの形状が特殊な場合は、形成されたコンデンサのプレートを垂直に配置する必要があるため、2 番目のプローブが使用されます。最大レベルは30メートルに達します。精度は 3 分の 1 パーセント以上です。モデルに応じて、最大 +800 °С の動作温度。遅延時間は調整可能です。
静電容量式レベルセンサーは主に、飲料、家庭用化学薬品の製造、水製造プラント、農業など、製品の一定レベルを維持する必要がある多くの分野で液体のレベルを監視するために使用されます。
磁気レベルゲージ
ドライバーには永久磁石フロートが付いています。磁気感応スイッチはドライバ内部に取り付けられています。タンクに水を入れるまたは空にするときにスイッチを連続的に操作すると、個々の部品の電流が変化します。
原理がシンプルなため調整の必要がなく、安価で普及しています。制約は液体の密度によってのみ導入されます。動作温度は最大 +120 °С。移動制限は6メートルです。
磁気圧力計は、多くの業界における液位測定のためのコスト効率の高いソリューションです。
マイクロ波反射計
レーダー測定装置とは異なり、ここでは波は屋外ではなく、ロープや棒などの装置のプローブに沿って伝播します。波パルスは、誘電率の異なる 2 つの媒体間の界面で反射して戻ってきます。送信の瞬間と受信の瞬間の間の時間が電子機器によって固定され、レベル値に変換されます。
導波管を使用すると、塵、泡、沸騰などの寄生効果や周囲温度の影響が回避されます。測定媒体の誘電率は 1.3e 未満であってはなりません。
反射式レベルゲージは、狭い背の高いタンクなど、放射パターンのせいでレーダーが機能しない場所で使用できます。測定限界は30メートル。動作温度は最大 +200 °С。精度は5mm以内。
反射型マイクロ波レベルトランスミッタは、非導電性および導電性の液体および固体のレベルを継続的に監視したり、それらの質量と体積を測定したりするために使用できます。多くの業界で応用可能です。
バイパスレベル送信機
測定カラムは容器の側面にあります。液体がチューブを満たすので、そのレベルが測定されます。船舶通信の原理。チューブ内の液体の表面には磁石が浮かんでおり、チューブの近くには磁石までの距離を電流信号に変換する磁歪センサーが浮かんでいます。
チューブにはさまざまな色のインジケーター プレートがあり、磁石の磁場の影響で位置が変わります。液体が外部環境と接触しないという事実により、バイパストランスミッタは食品業界や製薬業界に適用できます。測定レベルは 3.5 メートルに制限されます。精度は0.5mm以内。動作温度は最大 +250 °С。
バイパス測定装置は、火力発電産業、化学産業、家庭部門、電力産業、食品産業、石油・ガス産業など、液面の視覚的な制御が必要な場合に適用できます。
磁歪式レベル発信器
フレキシブルまたはリジッドガイドには磁石を内蔵したフロートが含まれています。導波管は導体に沿って配置されており、その周囲にコイルを通る電流パルスによって放射状の磁場が励起されます。この磁場がフロートの永久磁石の磁場と衝突すると、磁歪導波管は高度に動的塑性変形を受けます。
この変形の結果、超音波は導波路に沿って伝播し、一端の電子トランスデューサによって固定されます。トリガーパルスの瞬間と変形パルスの発生時間の間の比較により、フロートの位置が決定されます。測定レベルの限界は 15 メートルに達します。精度は1mm以内。動作温度は最大 +200 °С。
磁歪圧力計は、化学産業では発泡液体のレベルを監視するために使用され、食品産業や冶金では液体の食料品や燃料のレベルを監視するために使用されます。
レベルゲージがたくさんある
ドラムに巻かれたケーブルやテープに負荷を取り付けます。タンクカバーにセンサーを設置することでタンク内の負荷を軽減することが可能となります。電気モーターがドラムを回転させ、負荷がケーブルに沿って下降します。重りが測定対象の材料の表面に触れると、ロープの張力が解放され、これが材料のレベルを知らせます。ロープが再びドラムに巻きつき、荷物を持ち上げます。
電子機器はドラムの回転数に基づいてレベルを計算します。このようなセンサーは、密度が 20 kg/m3 の物質の検出に適しています。測定レベルは40メートルに制限されます。修正に応じて、精度は 1 ～ 10 cm です。測定間隔はユーザーが設定し、6 分から 100 時間の範囲で設定できます。動作温度は最大 +250 °С。
マルチバッチメーターは、自動システムでバルク材料のレベルを制御するためにさまざまな業界で使用されています。