Misura precisa del livello dei materiali solidi - Metodi comuni e difficoltà

Un solido granulare è una collezione di particelle, come la neve, la sabbia, il riso o il carbone. Sebbene la forma dei solidi granulari sia facile da spiegare, il loro comportamento è complesso e diverso da quello dei liquidi e dei gas. Misurare con precisione la quantità di solidi nei serbatoi o nei silos è fondamentale per la gestione dei prodotti e del controllo e trasferimento della gestione magazzino.
Tipo di sensore
Come per la misura del livello dei liquidi, l'attrezzatura per la misura del livello dei materiali solidi è anch'essa divisa in due categorie: non a contatto e a contatto. In queste categorie, l'attrezzatura può essere ulteriormente suddivisa in monitoraggio a livello puntiforme e a livello continuo. Questo articolo introduce i principi dietro questi dispositivi e alcune applicazioni.
La misurazione del livello dei solidi non è altrettanto pulita e precisa rispetto alla misurazione del livello dei liquidi. Le caratteristiche di peso dei liquidi possono essere convertite in peso del livello liquido utilizzando un dispositivo a pressione statica; i solidi possono subire variazioni significative all'interno dello stesso lotto. I liquidi hanno inoltre proprietà di auto-livellamento e possono fornire una superficie uniforme per i dispositivi di misura senza mescolamento o altre interferenze. Questo è uno dei sfide affrontate dalla misurazione del livello dei materiali solidi.

I solidi possono generalmente fornire solo superfici irregolari ai dispositivi di misura e sono caricati o depositati in modo disomogeneo nei contenitori in cui vengono immagazzinati. Trovare una superficie orizzontale per riflettere i segnali rappresenta una certa sfida per i materiali solidi.
L'attrezzatura non a contatto utilizzata per la misura a stato solido, simile all'attrezzatura non a contatto usata per la misura del livello di liquidi, è l'attrezzatura più comune, inclusi ultrasuoni, radar e laser. I dispositivi ad ultrasuoni hanno il vantaggio di un costo basso, e noi abbiamo una comprensione molto chiara dei loro modelli di comportamento. Purtroppo, a volte può portare ad un uso improprio, causando risultati incoerenti. Lo stesso vale per l'attrezzatura radar.
I solidi in genere sono difficili da sistemare su una superficie uniforme e orizzontale. Un scenario più comune è che i solidi vengano trasportati in una cisterna o silo attraverso un conveyor, che scarica i solidi in una posizione, formando un cono determinato dall'"angolo di riposo" del solido. Quando l'angolo viene superato, si verifica un insediamento di massa o un distacco. Se il dispositivo non a contatto sta monitorando la sommità del cono, questo distacco causerà un cambiamento improvviso nel livello del materiale. Di solito, quando l'attrezzatura è disposta vicino all'area di consegna, è difficile misurare il livello effettivo del materiale, e qualsiasi distacco causerà nuovamente un cambiamento improvviso nel livello del materiale.
Le Difficoltà della Misura dei Solidi
Il problema è la riflessione di superfici inclinate. Dispositivi ad ultrasuoni, radar aonda guidata (GWR) e laser si basano sulla riflessione del segnale sulla superficie del materiale testato. La superficie del liquido è uniforme e fornisce una buona superficie riflettente per la riflessione del segnale. La consistenza, la dimensione delle particelle e, ovviamente, l'angolo di riposo dei solidi variano. L'angolo di riposo è l'angolo con cui un solido si deposita naturalmente quando viene trasportato a un flusso uniforme e costante. Ogni solido ha un angolo di riposo unico. Questo può essere utilizzato nell'applicazione della misurazione dei punti materiali.
Un sensore di un dispositivo di misura a contatto può essere installato ad un angolo di riposo per determinare quando il cono solido raggiunge il punto di controllo, come ad esempio un allarme di livello alto. La misura continua del livello non è facile. La mancanza di una superficie uniforme impedirà che la riflessione coerente ritorni al trasmettitore, e la variabile dimensione delle particelle produrrà effetti di scattering, entrambi i quali possono portare a segnali non affidabili. Il laser è un dispositivo più affidabile per misurare i punti del materiale ed è più preciso nel determinare la presenza di solidi nei punti di controllo.

Se non è praticabile installare il laser sul contenitore dell'apparecchio, può essere installato sulla spalla dell'apparecchio. Ad esempio, nell'applicazione di caricamento di fanghi sui camion, non è praticabile installare dispositivi di monitoraggio del livello dei liquidi sui camion a causa dell'attrezzatura per il maneggio e il trasporto dei materiali.
La polvere, l'espansione solida e i carichi non uniformi nei contenitori possono tutti influenzare l'attrezzatura a contatto indiretto. Si prega di ricordare che la polvere può bruciare. Prima dell'introduzione di procedure di sicurezza, esplosioni di polvere di carbone e silos di cereali accadevano spesso. Questa caratteristica deve essere presa in considerazione durante la progettazione del sistema. Oltre al combustibile, all'ossigeno e all'accensione richiesti per la combustione del combustibile, la polvere deve essere dispersa e confinata in contenitori chiusi per diventare infiammabile. La dispersione potrebbe interferire con il funzionamento dell'attrezzatura per il livello dei materiali a contatto indiretto.
Le appropriate custodie dell'attrezzatura dovrebbero essere progettate nel sistema per fornire una protezione adeguata. Quando un solido "si raggruma" e si separa dal resto del materiale di riempimento nella silos per formare un oggetto separato, si verifica un espansione del solido, come il solido ammucchiato su un lato della silos. Questo potrebbe risultare nell'impossibilità di entrare in contatto con il livello o del livello di non poter entrare in contatto con il materiale. Un rimedio comune è l'utilizzo di vibrazione o aria per "fluidificare" il solido per garantire una distribuzione uniforme. A causa di vari motivi, può verificarsi un carico non uniforme. In alcuni casi, l'esperienza del personale di progettazione e operativo del sistema, combinata con l'aggressione meccanica, può aiutare ad alleviare questo problema.
Il dispositivo di misura a contatto utilizzato per questa applicazione è unico per la misura a stato solido. Questi dispositivi dipendono dal contatto diretto o dal peso con il materiale. La dimensione, la densità, il contenuto di umidità e il peso dei solidi variano. Queste caratteristiche possono essere utilizzate per rilevare o inferire i livelli del materiale. Il dispositivo di rilevamento del livello del materiale a punto comune è un sensore a molla vibrante o a forchetta armonica. Un altro metodo di misura comune è l'uso di sistemi a peso e cavo. Il dispositivo è meccanico e include un sensore a linea scorrevole che può seguire il meccanismo meccanico per muoversi verso il basso fino al suolo. Gli strumenti di misura dello sforzo vengono utilizzati per modificare i contenitori o i silos esistenti per indicare il carico solido all'interno del contenitore.