Dokładny pomiar poziomu materiału stałego - powszechne metody i trudności

Granularny materiał stały to zbiór cząstek, takich jak śnieg, piasek, ryż lub węgiel. Choć forma granularnych materiałów stałych jest łatwa do wyjaśnienia, ich zachowanie jest złożone i inne niż u cieczy i gazów. Dokładne mierzenie ilości sól w zbiornikach lub sypialniach jest kluczowe dla zarządzania produktem oraz kontroli i transferu magazynowego.
Typ czujnika
Podobnie jak w przypadku pomiaru poziomu cieczy, sprzęt do pomiaru poziomu materiałów stałych dzieli się również na dwie kategorie: bezkontaktowy i kontaktowy. W tych kategoriach sprzęt można dalej podzielić na pomiary punktowe i ciągłe. W artykule przedstawiono zasady działania tych urządzeń oraz niektóre ich zastosowania.
Pomiar poziomu materiałów stałych nie jest tak czysty i precyzyjny jak pomiar poziomu cieczy. Właściwości ciężaru cieczy mogą być przekształcane w wagę poziomu cieczy za pomocą urządzenia statycznego; materiały stałe mogą ulegać znaczącym zmianom w ramach tej samej partii. Ciecze mają także właściwości samorzutnego wyrównywania się i mogą zapewniać jednolitą powierzchnię dla urządzeń pomiarowych bez mieszania lub innych zakłóceń. Jest to jedna z wyzwań stojących przed pomiarami poziomu materiałów stałych.

Ciała stałe mogą ogólnie dostarczać tylko nierównych powierzchni do urządzeń pomiarowych i są nierównomiernie obciążone lub osiadają w pojemnikach, w których są przechowywane. Znalezienie poziomej powierzchni do odbijania sygnałów stanowi pewne wyzwanie dla materiałów stałych.
Urządzenia bezkontaktowe używane do pomiaru ciał stałych, podobnie jak urządzenia bezkontaktowe stosowane do pomiaru poziomu cieczy, są najczę najpopularniejszym sprzętem, w tym ultradźwięki, radar i laser. Urządzenia ultradźwiękowe mają przewagę niskich kosztów, a mamy bardzo klarowne zrozumienie ich wzorców działania. Niestety, czasami może to prowadzić do nieprawidłowego użycia, co powoduje niespójne wyniki. To samo dotyczy equipmentu radarowego.
Ciała stałe są ogólnie trudne do ustabilizowania na jednolitej i poziomej powierzchni. Bardziej typowym scenariuszem jest, że ciała stałe są transportowane do zbiornika wodnego lub silosu za pomocą konweniera, który wyrzuca ciała stałe w określone miejsce, tworząc stożek wyznaczony przez "kąt spoczynku" danego materiału. Gdy ten kąt jest przekroczony, następuje masowe osiadanie lub odrywanie się materiału. Jeśli urządzenie bezkontaktowe monitoruje górną część stożka, to odrywanie spowoduje nagłą zmianę poziomu materiału. Zazwyczaj, gdy sprzęt jest umieszczony blisko strefy dostawy, trudno jest zmierzyć rzeczywisty poziom materiału, a każde odrywanie spowoduje ponownie nagłą zmianę poziomu materiału.
Trudności pomiaru stanu ciał stałych
Problemem jest odbicie powierzchni nachylonych. Urządzenia ultradźwiękowe, radar fal przewodnich (GWR) oraz laser zależą od odbicia sygnału na powierzchni badanego materiału. Powierzchnia cieczy jest jednolita i zapewnia dobrą powierzchnię odbijną dla odbicia sygnału. Spójność, rozmiar cząstek oraz oczywiście kąt spoczynku ciał stałych mogą się różnić. Kąt spoczynku to kąt, pod jakim ciało stałe naturalnie osiadają przy przewożeniu w jednostajnej i spójnej szybkości przepływu. Każde stałe ma unikalny kąt spoczynku. Ten parametr może być wykorzystany w zastosowaniu do pomiaru punktów materiału.
Czujnik urządzenia do pomiaru bez kontaktowego może być zainstalowany pod kątem spoczynku, aby określić, kiedy stożek stałego materiału osiągnie punkt kontrolny, na przykład alarm wysokiego poziomu. Ciągły pomiar poziomu nie jest łatwy. Brak jednolitej powierzchni uniemożliwi zwrócenie spójnego odbicia do nadajnika, a zmieniający się rozmiar cząstek spowoduje efekty rozproszenia, co zarówno może prowadzić do niewiarygodnych sygnałów. Laser jest bardziej wiarygodnym urządzeniem do pomiaru punktów materiału i jest dokładniejszy w określaniu obecności ciał stałych w punktach kontrolnych.

Jeśli instalacja lasera na zbiorniku urządzenia jest nierealna, można go zainstalować na boku urządzenia. Na przykład, w aplikacji ładowania ścieków na ciężarówki, instalacja urządzeń monitorujących poziom cieczy na ciężarówkach jest nierealna z powodu equipmentu do obsługi i transportu materiałów.
Pył, stałe rozszerzanie się materiału oraz nierównomiernie rozmieszczone obciążenia w zbiornikach mogą wszystko wpływać na sprzęt bezkontaktowy. Pamiętaj, że pył może się zapalić. Przed wprowadzeniem procedur bezpieczeństwa często dochodziło do eksplozji pyłu węglowego i silosów zbożowych. Ta cecha musi być brana pod uwagę podczas projektowania systemu. Oprócz paliwa, tleniu i iskry potrzebnej do spalania paliwa, pył musi zostać rozproszony i zamknięty w zamkniętych zbiornikach, aby stał sięopalny. Rozpraszanie może interferować z działaniem sprzętu do pomiaru poziomu materiału bez kontaktu.
Odpowiednie obudowy urządzeń powinny być zaprojektowane w systemie, aby zapewnić odpowiednią ochronę. Gdy materiał stałocząsteczkowy „skleja się” i odłącza od reszty materiału wypełniającego silo, tworząc osobny obiekt, występuje rozszerzenie się materiału stałego, na przykład gdy materiał nagromadzi się po jednej stronie silo. Może to prowadzić do sytuacji, w której nie będzie kontaktu z poziomem lub poziom nie będzie mógł nawiązać kontaktu z materiałem. Powszechną metodą korygującą jest użycie wibracji lub powietrza do „fluidyzacji” materiału stałego, aby zapewnić jednolite rozłożenie. Z różnych powodów może wystąpić nierównomierna ładowka. W niektórych przypadkach doświadczenie personelu projektowego i operacyjnego systemu, łącznie z mechanicznym mieszaniem, może pomóc w złagodzeniu tego problemu.
Urządzenie pomiarowe kontaktowe używane w tej aplikacji jest unikalne dla pomiarów stanu stałego. Te urządzenia zależą od bezpośredniego kontaktu lub ciężaru z materiałem. Rozmiar, gęstość, zawartość wilgotności oraz waga materiałów stałych mogą się różnić. Te cechy mogą być wykorzystane do wykrywania lub wnioskowania o poziomach materiału. Popularnym urządzeniem do wykrywania poziomu materiału punktowego jest czujnik drgający sprężyny lub typu strojeniowy. Inną popularną metodą pomiaru jest użycie systemów wagi i liny. Urządzenie jest mechaniczne i obejmuje czujnik linii suwającej, który może śledzić mechanizm mechaniczny, aby poruszać się w dół do podłoża. Czujniki naprężenia są używane do modyfikacji istniejących naczyń lub sylów w celu wskazania obciążenia stałego wewnątrz naczynia.