การวัดระดับของสารของแข็งอย่างแม่นยำ - วิธีการทั่วไปและอุปสรรค

ของแข็งเม็ดเป็นกลุ่มของอนุภาค เช่น หิมะ ทราย ข้าวสาร หรือถ่านหิน แม้ว่ารูปแบบของของแข็งเม็ดจะอธิบายได้ง่าย แต่พฤติกรรมของมันซับซ้อนและแตกต่างจากของเหลวและก๊าซ การวัดปริมาณของแข็งอย่างแม่นยำในถังหรือไซโลเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการจัดการผลิตภัณฑ์และการควบคุมการโอนย้ายในคลังสินค้า
ประเภทเซ็นเซอร์
การวัดระดับของของแข็งก็มีการแบ่งประเภทของอุปกรณ์วัดเช่นเดียวกับการวัดระดับของเหลว คือแบ่งเป็น两类: แบบไม่สัมผัสและแบบสัมผัส ในแต่ละประเภทนี้ อุปกรณ์สามารถแบ่งย่อยได้เป็นการตรวจสอบระดับจุดและระดับต่อเนื่อง บทความนี้จะแนะนำหลักการทำงานของอุปกรณ์เหล่านี้และตัวอย่างการใช้งานบางประการ
การวัดระดับของของแข็งไม่สะอาดและแม่นยำเท่ากับการวัดระดับของเหลว ลักษณะน้ำหนักของของเหลวสามารถแปลงเป็นน้ำหนักของระดับของเหลวด้วยอุปกรณ์ความดันสถิต แต่ของแข็งอาจเกิดการเปลี่ยนแปลงอย่างมากในระหว่างกระบวนการเดียวกัน นอกจากนี้ ของเหลวยังมีคุณสมบัติของการปรับระดับเอง และสามารถให้พื้นผิวที่สม่ำเสมอสำหรับอุปกรณ์วัดโดยไม่ต้องผสมหรือมีการรบกวนใดๆ ซึ่งเป็นหนึ่งในความท้าทายที่การวัดระดับของของแข็งต้องเผชิญ

ของแข็งโดยทั่วไปสามารถให้เพียงพื้นผิวที่ไม่เรียบเท่ากันแก่อุปกรณ์วัด และมักจะถูกเก็บหรือจัดวางอย่างไม่สม่ำเสมอในภาชนะที่ใช้เก็บรักษา การหาพื้นผิวที่ราบเรียบเพื่อสะท้อนสัญญาณจึงเป็นความท้าทายสำหรับวัสดุของแข็ง
อุปกรณ์แบบไม่ติดต่อที่ใช้วัดของแข็ง เปรียบได้กับอุปกรณ์แบบไม่ติดต่อที่ใช้วัดระดับของเหลว ซึ่งเป็นอุปกรณ์ที่พบได้ทั่วไป เช่น อัลตราโซนิก เรดาร์ และเลเซอร์ อุปกรณ์อัลตราโซนิกมีข้อดีคือราคาถูก และเรามีความเข้าใจที่ชัดเจนเกี่ยวกับพฤติกรรมของมัน แต่อย่างไรก็ตาม บางครั้งอาจนำไปสู่การใช้งานที่ไม่เหมาะสม ส่งผลให้ผลลัพธ์ไม่คงที่ เรดาร์ก็เช่นเดียวกัน
ของแข็งโดยทั่วไปมักจะยากต่อการจัดเรียงให้อยู่บนพื้นผิวที่สม่ำเสมอและราบเรียบ สถานการณ์ที่พบได้บ่อยกว่าคือ การลำเลียงของแข็งไปยังถังน้ำหรือไซโลผ่านสายพานลำเลียง ซึ่งเทของแข็งลงในตำแหน่งหนึ่ง สร้างเป็นรูปทรงกรวยที่กำหนดโดย "มุมพัก" ของของแข็ง เมื่อมุมนี้ถูกเกินขีดจำกัด จะเกิดการทรุดตัวหรือหลุดลอก หากอุปกรณ์แบบไม่สัมผัสกำลังตรวจสอบยอดของกรวย การหลุดลอกนี้จะทำให้ระดับของวัสดุมีการเปลี่ยนแปลงอย่างกะทันหัน โดยปกติแล้ว เมื่ออุปกรณ์ถูกติดตั้งใกล้บริเวณการลำเลียง จะยากต่อการวัดระดับของวัสดุจริง และการหลุดลอกใด ๆ จะทำให้ระดับของวัสดุเปลี่ยนแปลงอย่างกะทันหันอีกครั้ง
ความท้าทายของการวัดของแข็ง
ปัญหาคือการสะท้อนของพื้นผิวที่เอียง อุปกรณ์อัลตราโซนิก เรดาร์คลื่นนำ (GWR) และเลเซอร์ ต่างก็อาศัยการสะท้อนสัญญาณบนพื้นผิวของวัสดุที่ถูกทดสอบ พื้นผิวของของเหลวเป็นไปอย่างสม่ำเสมอและให้พื้นผิวที่ดีสำหรับการสะท้อนสัญญาณ ความสม่ำเสมอ ขนาดอนุภาค และแน่นอน องศาของการหยุดพักของของแข็งจะแตกต่างกัน องศาของการหยุดพักคือมุมที่ซึ่งของแข็งตั้งอยู่ตามธรรมชาติเมื่อถูกขนส่งด้วยอัตราการไหลที่สม่ำเสมอและคงที่ แต่ละของแข็งมีมุมการหยุดพักที่ไม่เหมือนกัน ซึ่งสามารถใช้ในแอปพลิเคชันของการวัดจุดของวัสดุได้
เซนเซอร์ของอุปกรณ์วัดแบบไม่สัมผัสสามารถติดตั้งได้ที่มุมความชันเพื่อกำหนดเมื่อกรวยของแข็งถึงจุดควบคุม เช่น สัญญาณเตือนระดับสูง การวัดระดับอย่างต่อเนื่องไม่ง่าย เนื่องจากขาดพื้นผิวที่สม่ำเสมอจะทำให้การสะท้อนกลับไปยังตัวรับสัญญาณไม่ชัดเจน และขนาดอนุภาคที่แตกต่างกันจะสร้างผลการกระจาย ซึ่งทั้งสองอย่างนี้อาจทำให้สัญญาณไม่น่าเชื่อถือได้ เลเซอร์เป็นอุปกรณ์ที่น่าเชื่อถือมากขึ้นสำหรับการวัดจุดของวัสดุและแม่นยำกว่าในการกำหนดการมีอยู่ของของแข็งที่จุดควบคุม

หากไม่สามารถติดตั้งเลเซอร์บนภาชนะของอุปกรณ์ได้จริง ก็สามารถติดตั้งไว้ที่ไหล่ของอุปกรณ์ได้ ตัวอย่างเช่น ในแอปพลิเคชันของการบรรทุกโคลนลงรถบรรทุก การติดตั้งอุปกรณ์ตรวจสอบระดับของเหลวบนรถบรรทุกไม่ใช่เรื่องที่เหมาะสมเนื่องจากอุปกรณ์จัดการและลำเลียงวัสดุ
ฝุ่น ความขยายตัวของของแข็ง และการบรรทุกน้ำหนักไม่สมดุลในภาชนะสามารถส่งผลกระทบต่ออุปกรณ์แบบไม่สัมผัสได้ กรุณาจดจำไว้ว่าฝุ่นสามารถลุกโชนได้ ก่อนที่จะมีการใช้ขั้นตอนความปลอดภัย การระเบิดของฝุ่นถ่านหินและโกดังเก็บเมล็ดพืชมักเกิดขึ้น คุณลักษณะนี้ต้องได้รับการพิจารณาเมื่อออกแบบระบบ นอกจากเชื้อเพลิง อ๊อกซิเจน และประกายไฟที่จำเป็นสำหรับการเผาไหม้แล้ว ฝุ่นยังต้องกระจายและถูกกักขังในภาชนะปิดเพื่อให้เกิดการเผาไหม้ได้ การกระจายอาจรบกวนการทำงานของอุปกรณ์วัดระดับวัสดุแบบไม่สัมผัส
ควรออกแบบกล่องเครื่องมือที่เหมาะสมในระบบเพื่อให้ได้การป้องกันที่เหมาะสม หากของแข็ง "รวมตัวเป็นก้อน" และแยกออกจากวัสดุอื่น ๆ ในไซโลเพื่อสร้างเป็นวัตถุแยกออกมา การขยายตัวของของแข็งจะเกิดขึ้น เช่น ของแข็งกองอยู่ด้านใดด้านหนึ่งของไซโล ซึ่งอาจทำให้ไม่สามารถสัมผัสกับระดับหรือระดับไม่สามารถสัมผัสกับวัสดุได้ มาตรการแก้ไขทั่วไปคือใช้แรงสั่นสะเทือนหรืออากาศเพื่อ "ทำให้ของแข็งกลายเป็นของเหลว" เพื่อให้มั่นใจว่ามีการกระจายที่สม่ำเสมอ เนื่องจากสาเหตุต่าง ๆ การโหลดที่ไม่สม่ำเสมออาจเกิดขึ้น ในบางกรณี ประสบการณ์ของบุคลากรในการออกแบบและดำเนินงานระบบ ร่วมกับการกวนแบบกลไก สามารถช่วยบรรเทาปัญหานี้ได้
เครื่องมือวัดแบบสัมผัสที่ใช้สำหรับแอปพลิเคชันนี้เป็นเอกลักษณ์ของการวัดแบบสถานะของแข็ง เครื่องมือนี้ขึ้นอยู่กับการสัมผัสโดยตรงหรือน้ำหนักกับวัสดุ ขนาด ความหนาแน่น ปริมาณความชื้น และน้ำหนักของของแข็งสามารถเปลี่ยนแปลงได้ คุณสมบัติเหล่านี้สามารถใช้เพื่อตรวจจับหรืออนุมานระดับของวัสดุได้ เครื่องตรวจจับระดับวัสดุชนิดจุดทั่วไปคือเซนเซอร์แบบพวงมาลัยสั่นหรือแบบฟอร์กปรับเสียง อีกวิธีการวัดทั่วไปคือการใช้ระบบสายและน้ำหนัก เครื่องมือนี้เป็นกลไกและรวมถึงเซนเซอร์สายเลื่อนที่สามารถติดตามกลไกกลไกเพื่อเคลื่อนลงสู่พื้นได้ เซนเซอร์แรงดึงใช้ในการแก้ไขถังหรือไซโลที่มีอยู่เพื่อบอกน้ำหนักของของแข็งภายในถัง