Přesné měření hladiny pevného materiálu - běžné metody a obtíže

Granulární pevná látka je sbírkou částic, jako je sníh, písek, rýže nebo uhlí. I když je forma granulárních pevných látek snadno vysvětlitelná, jejich chování je složité a odlišné od kapaliny a plynu. Přesné měření množství pevných látek v nádržích nebo silozích je klíčové pro řízení produkce a skladování při přenosu.
Typ senzoru
Měření hladiny pevného materiálu, stejně jako měření hladiny kapaliny, se dělí na dvě kategorie: bezkontaktní a kontaktní. V těchto kategoriích lze zařízení dále rozdělit na měření bodové hladiny a spojité hladiny. Tento článek představuje principy těchto přístrojů a některé aplikace.
Měření hladiny pevného materiálu není tak čisté a přesné jako měření hladiny kapaliny. Hmotnostní vlastnosti kapalin lze převést na hladinu pomocí statického tlakového zařízení; pevné látky mohou zažít významné změny i v rámci stejné série. Kapaliny mají také schopnost samoúrovňování a mohou poskytovat rovnoměrnou plochu pro měřicí přístroje bez míchání nebo jiného rušivého vlivu. To je jedna z výzev, které stojí před měřením hladiny pevného materiálu.

Pevné látky obecně mohou nabízet měřicím přístrojům pouze nerovné povrchy a jsou nerovnoměrně naloženy nebo uspořádány v nádobách, ve kterých jsou uloženy. Nalezení rovinného povrchu pro odraz signálů představuje určitou výzvu pro pevné materiály.
Nekontaktní zařízení používané pro měření pevných látek, podobně jako nekontaktní zařízení používané pro měření hladiny kapaliny, je nejčastějším zařízením, včetně ultrazvuku, radaru a laseru. Ultrazvuková zařízení mají výhodu nižších nákladů a my máme velmi jasnou představu o jejich chování. Bohužel, někdy to může vést ke špatnému použití, což může způsobit nekonzistentní výsledky. To samé platí pro radarové zařízení.
Pevné látky se obecně těžko uspořádají do rovnoměrné a vodorovné plochy. Běžnější scénář je, že pevné látky jsou dopraveny do vodní nádrže nebo sila přes pásový dopravník, který vysype pevné látky na určené místo, tím vytvářejíc kužel určený "úhlem odpočinku" pevné látky. Když je tento úhel překročen, dochází ke hromadnému sesuvu nebo oddělení. Pokud není bezkontaktní zařízení namířeno na vrchol kužele, toto oddělení způsobí náhlou změnu úrovně materiálu. Obvykle, když je zařízení umístěno blízko oblasti dopravy, je těžké měřit skutečnou úroveň materiálu a jakékoliv oddělení způsobí opět náhlou změnu úrovně materiálu.
Potíže s měřením pevných látek
Problém je odraz z nakloněných povrchů. Ultrazvukové, radarové zařízení s vedenými vlnami (GWR) a laserové přístroje spoléhají na odraz signálu na povrchu testovaného materiálu. Povrch kapaliny je rovnoměrný a poskytuje dobrý odrazový povrch pro odraz signálu. Konzistence, velikost částic a samozřejmě úhel počivky pevných látek se liší. Úhel počivky je úhel, pod kterým se pevná látka přirozeně usadí při přepravě konstantním a stabilním průtokem. Každá pevná látka má jedinečný úhel počivky. Tento faktor lze použít při aplikaci měření materiálových bodů.
Cítící prvek bezkontaktní měřicího přístroje lze nainstalovat ve směru klidu, aby bylo možné určit, kdy dosáhne pevný kužel kontrolního bodu, jako je například poplach pro vysokou úroveň. Měření kontinuální úrovně není snadné. Nedostatek rovnoměrné povrchy zabrání vrácení soudržného odrazu zpět k přijímači a různá velikost částic způsobí difuzní efekty, což může vést ke spolehlivosti signálů. Laser je spolehlivějším zařízením pro měření materiálových bodů a je přesnější při určování přítomnosti pevných látek v kontrolních bodech.

Pokud není praktické nainstalovat laser na nádobaře zařízení, lze jej nainstalovat na rameni zařízení. Například při aplikaci nakládání blát na nákladní vozy není praktické instalovat měřicí přístroje na nákladních vozích kvůli obsluze a přenosu materiálu.
Prach, pevné rozšíření a nerovnoměrné zátěže v nádržích mohou ovlivňovat vybavení bezkontaktního typu. Prosím, pamatujte si, že prach může hořet. Před zavedením bezpečnostních postupů často docházelo k výbuchům uhlíkového prachu a skladů obilí. Tato vlastnost musí být brána v úvahu při navrhování systému. Kromě paliva, kyslíku a zapalovacího bodu potřebného pro spalování je nutné, aby byl prach rozptýlen a uzavřen v uzavřených nádobách, aby se stal hořlavým. Rozptyl může rušit fungování vybavení pro měření hladiny materiálu bez kontaktu.
Doplňkové obaly zařízení by měly být v systému navrženy tak, aby poskytovaly přiměřenou ochranu. Když se pevná látka "shromáždí" a oddělí se od zbytku vyplňovacího materiálu v bunkách na tvar samostatného objektu, dojde k rozšíření pevné látky, jako je například hromada pevné látky na jedné straně bunky. To může vést k tomu, že se nemůže dotknout úrovně nebo úroveň nemůže přijít do styku s materiálem. Běžným řešením je použití vibrací nebo vzduchu k "fluidizaci" pevné látky, aby se zajistila rovnoměrná distribuce. Z různých důvodů může dojít k nerovnoměrnému naložení. V některých případech může pomoci zkušenost personálu pro návrh a provoz systému kombinovaná s mechanickým mícháním k zmírnění tohoto problému.
Měřicí zařízení použité pro tuto aplikaci je unikátní pro měření v pevném stavu. Tyto přístroje závisí na přímém kontaktu nebo tíhlosti s materiálem. Velikost, hustota, obsah vlhkosti a váha pevných látek se liší. Tyto vlastnosti lze použít k detekci nebo odhadu úrovně látky. Běžným zařízením pro detekci úrovně látky je vibrující pružina nebo senzor typu ladící vidlice. Další běžnou metodou měření je použití systémů váhy a lana. Přístroj je mechanický a zahrnuje posuvný senzor, který může sledovat mechanický mechanismus při pohybu dolů až na dno. Deformometry se používají k úpravě stávajících nádob či siloz pro indikaci zatížení pevné hmoty uvnitř nádoby.