Page 88 - Inżynieria & Utrzymanie Ruchu - Styczeń / luty 2020

e-wydanie
↗ Rys. 2. Czujnik radarowy bezkontaktowy
i czujniki akustyczne mogą mierzyć względ- nie dużą powierzchnię, jednak dokładność pomiaru zależy od odległości materiału
od czujnika.
co jest zaletą w przypadku dielektrycz- nych zastosowań (materiały nieprzewo- dzące prądu elektrycznego).
Niektóre sondy wykonane są z mate- riałów elastycznych, a inne ze sztywnych rurek. Sondy podatne są lepszym rozwią- zaniem w przypadku ciał stałych z uwagi na to, że gdy materiał zacznie się poru- szać podczas napełniania lub opróżniania zbiornika, siły pochodzące od materiału mogą zgiąć lub złamać sztywną sondę.
Siła ściskająca generowana jest na sku- tek zanurzenia sondy w głąb materiału, prowadząc do znacznych naprężeń ściska- jących podczas napełniania zbiornika lub rozładunku. Sonda może zostać wyrwana z obudowy czujnika lub, co gorsza, dobrze zamocowany czujnik może spowodować otwarcie się wieka zbiornika. Jednakże siła ta może zostać obliczona, co pozwoli
zapobiec takiej sytuacji. W zależności od materiału częste ruchy samego materiału blisko sondy nierzadko powodują jej zuży- cie cierne. Jednak w przypadku właści- wego zastosowania czujnik z falowodem może być rozwiązaniem bardzo dokład- nym, a przy tym uzasadnionym ekono- micznie.
Dielektryki i gęstość nasypowa
Radar bezkontaktowy i oprzyrządowa- nie ultradźwiękowe wykorzystuje zjawi- sko rozsyłania sygnału przez powietrze, aż sygnał dotrze do czoła materiału,
po czym mierzony jest czas odbicia fali (rys. 2). Dokładność pomiaru zależy
od siły i powtarzalności powracającego sygnału. Podstawową różnicą między czujnikiem ultradźwiękowym a radaro- wym jest zdolność do wytworzenia moc- nego sygnału. Przyrządy radarowe wyko- rzystują zjawisko względnej przenikalno- ści elektrycznej materiału, a przyrządy akustyczne – gęstości nasypowej.
W przypadku radaru bezkontakto- wego emitowany jest sygnał elektroma- gnetyczny. Gdy sygnał napotka mate-
riał o zmiennej przenikalności elektrycz- nej, część energii fali elektromagnetycznej jest odbijana. Tę granicę stanowi miejsce styku powietrza w zbiorniku ze znajdu- jącym się w nim materiałem, który może być zarówno ciekły, jak i stały. Im wyższa wartość przenikalności elektrycznej mate- riału, tym mocniejsze odbicie fali.
Kąt stożka powierzchni materiału sta- nowi problem przy pomiarach poziomu materiałów stałych. Jeżeli powierzchnia materiału jest płaska, sygnał odbijany
jest bezpośrednio do przyrządu pomiaro- wego, lecz jeżeli sygnał napotka zbocze, część sygnału może być odbita w stronę ścianki zbiornika i nie zostać wychwy- cona przez czujnik. Jednakże w więk- szości przypadków ilość sygnału odbija- nego w stronę czujnika jest wystarczająca, zapewniając możliwość odczytu poziomu, lecz w przypadku materiału o niskiej prze- nikalności elektrycznej i dużym kącie tar- cia odczyt może być utrudniony. Odpo- wiednie algorytmy w przyrządach oraz paraboliczne anteny mogą być pomocne przy prowadzeniu pomiarów materiałów stałych.
Pomiary akustyczne mają podobną charakterystykę, aczkolwiek są mię-
dzy nimi pewne różnice. Fala dźwiękowa
wysyłana przez przyrząd pokonuje drogę w powietrzu, zanim dotrze do czoła mate- riału w zbiorniku lub jego ścianek bocz- nych. Siła odbicia fali jest określona przez gęstość nasypową, czyli masę materiału
w określonej przestrzeni. Oznacza to, że jeśli powierzchnia materiału jest puszysta, absorbuje więcej energii fali dźwiękowej, a odbicie fali jest słabsze.
Techniki pomiaru ciał sypkich polegają głów- nie na pomiarze odległo- ści w kierunku pionowym w zbiorniku, a osprzęt pomiarowy znajduje się na wieku zbiornika i skie- rowany jest w dół.
Również w tym przypadku sytuacje,
w których stanowi to poważne wyzwanie, bywają bardzo rzadkie, ale warto pamię- tać o tym w przypadku niektórych proble- matycznych materiałów. Ponieważ szero- kość fali jest większa niż przy czujnikach radarowych, przyrząd może otrzymy-
wać informacje o średniej wysokości całej powierzchni, jaką mierzy.
W niektórych zbiornikach poziom informacji jest na tyle dokładny, że pozwala to na określenie poziomu zawar- tości zbiornika z dokładnością wynoszącą 5%, jednakże zbiorniki o bardzo dużych rozmiarach będą potrzebować kilku czuj- ników, by uzyskać podobną dokładność pomiaru.
Lydia Miller – Senior Marketing Engineer w zespole Rosemount Process Level
w firmie Emerson Process Management.
Online
Więcej artykułów na temat pomia- rów w produkcji znajdą Państwo na naszej stronie internetowej
w zakładce „Automatyka, Diagno- styka, Informatyka”: www.utrzymanieruchu.pl
e6
Źródło: Emerson Process Management