Рівнеміри на виробництві

Вимірювання фактичного та граничного рівнів.

    Під час проектування сучасних підприємств з виробництва продуктів харчування та напоїв інженер-проектувальник повинен передбачати можливість збільшення обсягу продукції, що випускається, однорідної якості за рахунок ефективної автоматизації технологічних процесів.

Під ефективною автоматизацією розуміють вибір відповідних засобів вимірювання та контролю, що надають точну і достовірну інформацію про параметри процесу.

Це твердження може здатися очевидним, однак, надзвичайно широкий діапазон методів вимірювання і конструкцій приладів ставить перед інженером складне завдання вибору "ідеального" приладу.

В цій статті ми спробуємо полегшити проблему вибору.

Розглянемо переваги, недоліки та особливості застосування засобів вимірювання рівня, що найповніше відповідають вимогам харчової промисловості.

    - Дотримання санітарно-гігієнічних норм є однією з основних вимог, тому занурювана в середовище, що аналізується, частина датчика виготовляється з матеріалу, що легко очищається, і має гладку поверхню. Кількість "мертвих зон" у конструкції датчика має бути мінімальною, особливо в частинах, що стикаються з аналізованим середовищем.

    - Датчик має "витримувати" процедури "миття на місці" і "стерилізації на місці" при температурі до + 130°С з використанням розчинів мийних засобів.

    - Вимірювання часто проводять в умовах знижених температур, і датчик WIKA SA-11 має бути захищений від проникнення в його корпус вологи, що утворюється, наприклад, унаслідок конденсації.

    - В ідеальному випадку в датчику мають бути відсутні рухомі деталі, підшипники, шарніри тощо, що дасть змогу відмовитися від процедур технічного обслуговування, пов'язаних із заміною зношених деталей, або, принаймні, звести кількість таких процедур до мінімуму.

    Відсутність рухомих деталей значною мірою підвищує надійність і збільшує термін служби засобів вимірювання.

Аналізований продукт часто має вигляд густих і в'язких пастоподібних середовищ.

Тому для вимірювання рівня слід використовувати вимірювальні системи, на дію яких ефект "обволікання" ("забивання") датчика або діафрагми не впливає.

    Системи безперервного вимірювання рівня використовуються в тих випадках, коли необхідно забезпечити аналогові вихідні сигнали (зазвичай 4-20 мА), величина яких пропорційна рівню продукту в резервуарі.

    Аналогові сигнали зазвичай подаються на вхід системи індикації рівня або системи регулювання. Однак, деякі типи мікропроцесорних перетворювачів рівня після відповідного калібрування можуть використовуватися для визначення кількості, об'єму або ваги продукту.

Крім того, у таких датчиках передбачено пристрій автоматичної корекції, що дає змогу проводити вимірювання в разі зміни характеристик продукту.

 Кількісна оцінка вмісту резервуара в технічних одиницях виміру дає оператору значно більше інформації про технологічний процес, ніж індикація рівня заповнення у відсотках. Наприклад, у пивоварній промисловості важливо знати обсяг пива в танку, виражений у літрах.
   

В деяких мікропроцесорних перетворювачах використовується функціональна залежність висоти резервуара від об'єму. Перетворювач "запам'ятовує" до 30 "опорних пар значень" відповідності певного рівня певному об'єму, за якими будується крива лінеаризації. Зазвичай "опорні пари" визначаються розрахунковим або емпіричним шляхом.

    Емпіричний метод дає змогу отримати точніші результати і полягає в дозованому заповненні резервуара "порціями" продукту з автоматичним запам'ятовуванням значень рівнів, що відповідають кожній "порції". Таким чином, незалежно від конфігурації внутрішніх стінок резервуара, встановлюється сувора залежність рівня від об'єму.

    Досяжна точність системи, що вимірює вагу або об'єм вивантаженої з бункера речовини, залежить від рівномірності розподілу речовини щодо початкового рівня. У разі рідин застосування цього методу дає змогу визначити вагу або об'єм з дуже високою точністю. Однак для сипучих матеріалів ця система абсолютно непридатна через зміну щільності або кутів укосу, що змінюються.
Якщо один резервуар використовується для зберігання різних продуктів, то у зв'язку з тим, що різні продукти мають різні фізико-хімічні властивості, вимірювання рівня буде проводитися з помилками.

Розглянемо типовий приклад. Резервуар поперемінно заповнюється то яблучним, то апельсиновим соком.   

 
    При використанні гідростатичного рівнеміра WIKA LS-10 і заповненні резервуарів до однакового рівня показання приладу будуть різними. З метою компенсації над перетворювачем рівня (на певній висоті) встановлюється граничний вимикач. Щоразу, коли відбувається спрацьовування вимикача, забезпечується автоматична корекція вихідного сигналу перетворювача, таким чином, точна індикація рівня.

Датчики граничного рівня формують електричний сигнал у тому разі, коли встановлюється максимальний або мінімальний рівень.

    Зазвичай цей сигнал подають на вхід системи аварійної сигналізації, запірний клапан, програмовані контролери, комутувальні логічні схеми та типові пристрої звукової та світлової індикації. Широкий діапазон різних конструкцій і типів датчиків дає можливість вибрати оптимальний для будь-якої вимірювальної системи.

    Універсального рецепта не існує. Кожен метод має як переваги, так і недоліки. У даній статті розглядають методи вимірювання та сигналізації найбільш прийнятні для харчової промисловості.

    Мабуть, гідростатичні перетворювачі рівня WIKA LS-10, є найпростішими засобами вимірювання, тому їх найширше використовують в харчовій промисловості. Тензодатчик WIKA S-11 перетворює тиск, що чиниться рідиною на діафрагму, в електричний сигнал. В тому випадку, коли щільність рідини відома, сигнал забезпечує безпосередню індикацію рівня.

    Випускається велика кількість різних типів чутливих діафрагм, що встановлюються за допомогою пристроїв, які відповідають санітарно-гігієнічним нормам, характеризуються високою надійністю в роботі, не потребують технічного обслуговування. Можуть використовуватися в пастоподібних, в'язких, середовищах.

Прилади забезпечують стабільні вимірювання перемішування (в турбулентному середовищі), ідеальні під час вимірювання рівня продуктів з мінливими електричними параметрами.

    Застосування перетворювача перепаду тисків WIKA DPGT40 або другого датчика тиску і переоблікового пристрою, дає змогу проводити вимірювання рівня в ємностях високого тиску та резервуарах, що перебувають під вакуумом;

значення рівня вимірюється з високою точністю, можуть використовуватися тільки для вимірювання рівня рідини і не придатні для вимірювання рівня рідин, що мають температуру вище 100°С.

    Датчики (первинні - вимірювальні перетворювачі) часто піддаються впливу термоударів, наприклад, у тих випадках, коли після проведення процедури "миття на місці" резервуар заповнюється охолодженими рідинами. Тому важливе значення має характеристика температурного дрейфу датчика.

    В деяких датчиках, завдяки механічній конструкції та застосуванню схеми електронної компенсації температурний дрейф не перевищує 0,01% °С, у процесах із різкими коливаннями температури відбувається конденсація вологи в досить великих кількостях. Попадання вологи всередину датчика призведе до появи помилки вимірювання. Ця проблема легко вирішується шляхом герметизації конструкції датчика.
    Весь діапазон вимірювання перекривається при відхиленні діафрагми на 20 мікрон і легко забезпечується навіть у разі вимірювання рівня густих і в'язких середовищ (наприклад, соусів і паст).

    Під час вимірювання рівня рідини в резервуарах і танках, де через наявність парів тиск відрізняється від атмосферного, необхідно користуватися системами вимірювання перепаду тисків. У таких системах можуть передбачатися два датчики тиску і переобліковий пристрій або перетворювач перепаду тисків. Перетворювач "розраховує" рівень за різницею повного тиску (нижній датчик) і тиску газоподібного середовища, що міститься в резервуарі вище рівня продукту (верхній датчик).

    У засобах вимірювання застосовуються з'єднувачі, що відповідають санітарно-гігієнічним нормам і мають високу температурну стабільність. Передача сигналу від датчиків до перетворювача здійснюється за допомогою стандартного двожильного кабелю.

Вимірювання щільності та рівня у відкритому резервуарі з використанням двох рівнемірів.

    Як альтернативний варіант може застосовуватися первинний вимірювальний прилад різниці тисків WIKA, що забезпечує високу точність вимірювання в тих випадках, коли відношення тиску парів до тиску рідини дуже велике. Однак, у зв'язку з тим, що відповідність санітарно-гігієнічним нормам досягається за рахунок герметизації заповненого маслом корпусу вимірювального приладу, температурний дрейф різко зростає.
    Як з'єднувальні пристрої (що відповідають санітарно-гігієнічним нормам), чутливі пластини і перетворювач використовують капіляри, установлення і захист яких пов'язані з певними труднощами.