Přesné měření hladiny pevných látek – běžné metody a potíže

Granulovaná pevná látka je soubor částic, jako je sníh, písek, rýže nebo uhlí. Ačkoli forma zrnité pevné látky je snadno vysvětlitelná, jejich chování je složité a odlišné od kapalin a plynů. Přesné měření množství pevných látek v nádržích nebo silech je klíčové pro řízení produktu a řízení skladu a přepravu.
Typ snímače
Stejně jako měření hladiny kapalin se zařízení pro měření hladiny pevných látek také dělí do dvou kategorií: bezkontaktní a kontaktní. V těchto kategoriích lze zařízení dále rozdělit na bodové a kontinuální sledování úrovně. Tento článek představuje principy těchto zařízení a některých aplikací.
Měření hladiny pevných látek není tak čisté a přesné jako měření hladiny kapalin. Hmotnostní charakteristiky kapalin lze převést na hmotnost hladiny kapaliny pomocí zařízení se statickým tlakem; Pevné látky mohou v rámci stejné šarže doznat významných změn. Kapaliny mají také samonivelační vlastnosti a mohou poskytnout jednotný povrch pro měřicí zařízení bez míchání nebo jiného rušení. To je jedna z výzev, kterým čelí měření hladiny pevných látek.

Pevné látky mohou obecně poskytovat pouze nerovné povrchy měřicím zařízením a jsou nerovnoměrně zatíženy nebo usazeny v kontejnerech, ve kterých jsou skladovány. Najít vodorovný povrch, který by odrážel signály, představuje pro pevné materiály určitou výzvu.
Bezdotykové zařízení používané pro měření v pevné fázi, podobné bezkontaktnímu zařízení používanému pro měření hladiny kapalin, je nejběžnějším zařízením, včetně ultrazvuku, radaru a laseru. Ultrazvuková zařízení mají výhodu nízké ceny a my velmi jasně rozumíme vzorcům jejich chování. Bohužel to někdy může vést ke zneužití, což má za následek nekonzistentní výsledky. Totéž platí pro radarové zařízení.
Pevné látky se obecně obtížně usazují do jednotného a vodorovného povrchu. Častějším scénářem je, že pevné látky jsou přepravovány do vodní nádrže nebo sila prostřednictvím dopravníku, který nalévá pevné látky do polohy, tvořící kužel určený „úhlem klidu pevné látky“. Při překročení úhlu dochází k sedání hmoty nebo oddělení. Pokud bezkontaktní zařízení sleduje horní část kužele, toto oddělení způsobí náhlou změnu hladiny materiálu. Obvykle, když je zařízení uspořádáno v blízkosti oblasti dodávky, je obtížné měřit skutečnou úroveň materiálu a jakékoli oddělení způsobí opět náhlou změnu úrovně materiálu.
Obtíže měření pevných látek
Problémem je odraz nakloněných ploch. Ultrazvukové, řízené vlnové radary (GWR) a laserová zařízení spoléhají na odraz signálu na povrchu testovaného materiálu. Povrch kapaliny je jednotný a poskytuje dobrý odrazný povrch pro odraz signálu. Konzistence, velikost částic a samozřejmě sypný úhel pevných látek se liší. Sypný úhel je úhel, pod kterým se pevná látka přirozeně usadí, když je přepravována rovnoměrným a konzistentním průtokem. Každé těleso má jedinečný úhel klidu. Toho lze využít při aplikaci bodů měření materiálu.
Bezkontaktní snímač měřicího zařízení může být instalován pod úhlem klidu, aby bylo možné určit, kdy plný kužel dosáhne kontrolního bodu, jako je alarm vysoké hladiny. Průběžné měření hladiny není jednoduché. Nedostatek jednotného povrchu zabrání koherentnímu odrazu v návratu do vysílače a měnící se velikost částic způsobí rozptylové efekty, které mohou vést k nespolehlivému signálu. Laser je spolehlivější zařízení pro měření hmotných bodů a je přesnější při určování přítomnosti pevných látek v kontrolních bodech.

Pokud je nepraktické instalovat laser na kontejner zařízení, lze jej nainstalovat na rameno zařízení. Například při aplikaci nakládání kalů na nákladní automobily je nepraktické instalovat na nákladní automobily zařízení pro sledování hladiny kapaliny z důvodu manipulačního a dopravního zařízení.
Prach, pevná expanze a nerovnoměrné zatížení v kontejnerech, to vše může ovlivnit bezkontaktní zařízení. Pamatujte, že prach může hořet. Před zavedením bezpečnostních postupů docházelo často k výbuchům uhelného prachu a obilných sil. Tuto vlastnost je třeba vzít v úvahu při návrhu systému. Kromě paliva, kyslíku a vznícení, které jsou potřebné pro spalování paliva, musí být prach rozptýlen a uzavřen v uzavřených nádobách, aby se stal hořlavým. Rozptyl může rušit provoz bezkontaktního zařízení na úrovni materiálu.
V systému by měly být navrženy vhodné kryty zařízení, aby byla zajištěna vhodná ochrana. Když se pevná látka "shlukuje" a odděluje se od zbytku výplňového materiálu v sile, aby vytvořila samostatný objekt, dochází k pevné expanzi, jako je například pevná látka nahromaděná na jedné straně sila. To může mít za následek nemožnost kontaktu s hladinou nebo nemožnost kontaktu hladiny s materiálem. Běžným nápravným opatřením je použití vibrací nebo vzduchu k „fluidizaci“ pevné látky, aby se zajistilo rovnoměrné rozložení. Z různých důvodů může docházet k nerovnoměrnému zatížení. V některých případech mohou tento problém pomoci zmírnit zkušenosti pracovníků návrhu systému a obsluhy v kombinaci s mechanickým mícháním.
Kontaktní měřicí zařízení používané pro tuto aplikaci je jedinečné pro měření v pevné fázi. Tato zařízení jsou závislá na přímém kontaktu nebo hmotnosti s materiálem. Velikost, hustota, obsah vlhkosti a hmotnost pevných látek se liší. Tyto funkce lze použít k detekci nebo odvození úrovní materiálu. Společným zařízením pro detekci hladiny materiálu je vibrační pružina nebo snímač typu ladičky. Další běžnou metodou měření je použití závaží a kabelových systémů. Zařízení je mechanické a obsahuje snímač posuvné linie, který může následovat mechanický mechanismus a pohybovat se směrem dolů k zemi. Tenzometry se používají k úpravě stávajících kontejnerů nebo sil k indikaci pevného zatížení uvnitř kontejneru.