Точное измерение уровня сыпучих материалов — распространенные методы и трудности

Гранулированный твердый материал представляет собой коллекцию частиц, таких как снег, песок, рис или уголь. Несмотря на то, что форма гранулированных твердых веществ легко объяснима, их поведение сложное и отличается от жидкостей и газов. Точное измерение количества твердых веществ в баках или силосах критически важно для управления продукцией и контроля складских операций по перемещению.
Тип датчика
Как и при измерении уровня жидкости, оборудование для измерения уровня твердых материалов также делится на две категории: бесконтактное и контактное. В этих категориях оборудование может быть дополнительно подразделено на точечный уровень и непрерывный мониторинг уровня. В данной статье рассматриваются принципы работы этих устройств и некоторые применения.
Измерение уровня твердых веществ не такое чистое и точное, как измерение уровня жидкости. Весовые характеристики жидкостей можно преобразовать в вес уровня жидкости с использованием статического давления; Твердые вещества могут подвергаться значительным изменениям даже внутри одной партии. Жидкости также обладают свойством самовыравнивания и могут обеспечивать равномерную поверхность для измерительных устройств без перемешивания или других помех. Это одна из проблем, с которыми сталкивается измерение уровня твердых материалов.

Твердые вещества обычно могут предоставлять только неровные поверхности для измерительных устройств и неравномерно загружаться или оседать в емкостях, где они хранятся. Поиск горизонтальной поверхности для отражения сигналов представляет собой определенный вызов для твердых материалов.
Оборудование для измерения без контакта, используемое для твердого состояния, подобно оборудованию для измерения уровня жидкости без контакта, является самым распространенным, включая ультразвук, радар и лазер. Ультразвуковые устройства имеют преимущество низкой стоимости, и у нас есть четкое понимание их поведения. К сожалению, иногда это может привести к неправильному использованию, что вызывает несогласованные результаты. То же самое относится и к радарному оборудованию.
Твердые вещества, как правило, сложно уложить в равномерную и горизонтальную поверхность. Более распространенный сценарий — твердые материалы доставляются в резервуар или силос через конвейер, который выгружает их в определенную позицию, формируя конус, определяемый "углом упокоения" материала. Когда этот угол превышается, происходит массовое оседание или отрыв. Если бесконтактное устройство контролирует вершину конуса, этот отрыв вызовет внезапное изменение уровня материала. Обычно, когда оборудование размещено рядом с зоной доставки, трудно измерить реальный уровень материала, и любой отрыв снова вызовет резкое изменение уровня материала.
Сложности измерения твердых веществ
Проблема заключается в отражении наклоненных поверхностей. Ультразвуковые, радарные устройства с управляемыми волнами (GWR) и лазерные устройства зависят от отражения сигнала на поверхности проверяемого материала. Поверхность жидкости ровная и обеспечивает хорошую отражающую поверхность для отражения сигнала. Согласованность, размер частиц и, конечно, угол упокоения твердых веществ различаются. Угол упокоения — это угол, под которым твердое тело естественным образом оседает при транспортировке с равномерной и постоянной скоростью потока. Каждое твердое вещество имеет уникальный угол покоя. Это может быть использовано при применении измерения точек материала.
Датчик бесконтактного измерительного устройства может быть установлен под углом покоя для определения момента, когда твердый конус достигает контрольной точки, например, сигнала тревоги при высоком уровне. Непрерывное измерение уровня не так просто. Отсутствие ровной поверхности помешает когерентному отражению вернуться к передатчику, а различный размер частиц вызовет рассеивающие эффекты, что может привести к ненадежным сигналам. Лазер является более надежным устройством для измерения точек материала и более точным в определении наличия твердых веществ на контрольных точках.

Если установка лазера на контейнере устройства непрактична, его можно установить на борту устройства. Например, в случае загрузки осадка на грузовики установка датчиков уровня жидкости на грузовики непрактична из-за оборудования для обработки и транспортировки материалов.
Пыль, твердое расширение и неравномерные нагрузки в контейнерах могут влиять на бесконтактное оборудование. Пожалуйста, помните, что пыль может воспламеняться. До внедрения мер безопасности часто происходили взрывы угольной пыли и зерносilosов. Эта характеристика должна учитываться при проектировании системы. Помимо топлива, кислорода и источника зажигания, необходимых для горения топлива, пыль должна быть рассеяна и заключена в герметичные контейнеры, чтобы стать горючей. Рассеивание может мешать работе бесконтактного оборудования для измерения уровня материала.
В системе должны быть разработаны подходящие корпуса оборудования для обеспечения надлежащей защиты. Когда твердое вещество "сгруживается" и отделяется от остальной части наполнительного материала в силосе, образуя отдельный объект, происходит расширение твердого вещества, например, твердое накапливается на одной стороне силоса. Это может привести к невозможности контакта с уровнем или к тому, что уровень не сможет войти в контакт с материалом. Общая исправительная мера заключается в использовании вибрации или воздуха для "флюидизации" твердого вещества, чтобы обеспечить равномерное распределение. По различным причинам может возникнуть неравномерная загрузка. В некоторых случаях опыт персонала по проектированию и эксплуатации системы, в сочетании с механическим перемешиванием, может помочь уменьшить эту проблему.
Измерительное устройство с контактом, используемое для этого приложения, уникально для измерений в твердом состоянии. Эти устройства зависят от прямого контакта или веса с материалом. Размер, плотность, содержание влаги и вес твердых веществ различаются. Эти характеристики могут использоваться для обнаружения или вывода уровней материалов. Обычным устройством для обнаружения уровня материала является вибрирующая пружина или датчик типа стробоскопической вилки. Другим распространенным методом измерения является использование систем весов и кабелей. Устройство механическое и включает скользящий линейный датчик, который может следовать за механическим механизмом, перемещаясь вниз до основания. Датчики деформации используются для модификации существующих контейнеров или силосов, чтобы указывать нагрузку твердого вещества внутри контейнера.