การวัดระดับวัสดุแข็งอย่างแม่นยำ - วิธีการและปัญหาทั่วไป

ของแข็งที่เป็นเม็ดคือการรวมตัวกันของอนุภาค เช่น หิมะ ทราย ข้าว หรือถ่านหิน แม้ว่ารูปแบบของของแข็งที่เป็นเม็ดจะอธิบายได้ง่าย แต่พฤติกรรมของพวกมันก็ซับซ้อนและแตกต่างจากของเหลวและก๊าซ การวัดปริมาณของแข็งในถังหรือไซโลอย่างแม่นยำเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการจัดการผลิตภัณฑ์และการควบคุมและขนย้ายการจัดการคลังสินค้า
ประเภทเซนเซอร์
เช่นเดียวกับการวัดระดับของเหลว อุปกรณ์ตรวจวัดระดับวัสดุแข็งยังแบ่งออกเป็นสองประเภท: แบบไม่สัมผัสและแบบสัมผัส ในหมวดหมู่เหล่านี้ อุปกรณ์สามารถแบ่งย่อยเพิ่มเติมเป็นระดับจุดและการตรวจสอบระดับอย่างต่อเนื่อง บทความนี้จะแนะนำหลักการเบื้องหลังอุปกรณ์เหล่านี้และแอปพลิเคชันบางตัว
การวัดระดับของแข็งไม่สะอาดและแม่นยำเท่ากับการวัดระดับของเหลว คุณลักษณะน้ำหนักของของเหลวสามารถแปลงเป็นน้ำหนักระดับของเหลวได้โดยใช้อุปกรณ์แรงดันคงที่ ของแข็งสามารถเกิดการเปลี่ยนแปลงที่สำคัญได้ภายในชุดเดียวกัน ของเหลวยังมีคุณสมบัติในการปรับระดับได้เองและสามารถให้พื้นผิวที่สม่ำเสมอสำหรับอุปกรณ์ตรวจวัดโดยไม่ต้องผสมหรือรบกวนอื่น ๆ นี่เป็นหนึ่งในความท้าทายที่ต้องเผชิญกับการวัดระดับวัสดุที่เป็นของแข็ง

โดยทั่วไปของแข็งสามารถจัดเตรียมพื้นผิวที่ไม่เรียบให้กับอุปกรณ์ตรวจวัดได้เท่านั้น และจะมีการบรรทุกหรือจับตัวกันอย่างไม่สม่ำเสมอในภาชนะที่จัดเก็บไว้ การค้นหาพื้นผิวแนวนอนเพื่อสะท้อนสัญญาณถือเป็นความท้าทายสำหรับวัสดุที่เป็นของแข็ง
อุปกรณ์แบบไม่สัมผัสที่ใช้ในการวัดโซลิดสเตต คล้ายกับอุปกรณ์แบบไม่สัมผัสที่ใช้ในการวัดระดับของเหลว เป็นอุปกรณ์ที่พบบ่อยที่สุด รวมถึงอัลตราซาวนด์ เรดาร์ และเลเซอร์ อุปกรณ์อัลตราโซนิคมีข้อดีคือมีต้นทุนต่ำ และเรามีความเข้าใจรูปแบบพฤติกรรมของอุปกรณ์เหล่านี้อย่างชัดเจน น่าเสียดายที่บางครั้งอาจนำไปสู่การใช้งานในทางที่ผิด ส่งผลให้ผลลัพธ์ไม่สอดคล้องกัน เช่นเดียวกับอุปกรณ์เรดาร์
โดยทั่วไปแล้วของแข็งจะตกตะกอนได้ยากในพื้นผิวที่สม่ำเสมอและเป็นแนวนอน สถานการณ์ทั่วไปคือ ของแข็งจะถูกขนส่งไปยังถังเก็บน้ำหรือไซโลผ่านสายพานลำเลียง ซึ่งจะเทของแข็งลงในตำแหน่ง โดยก่อตัวเป็นกรวยที่กำหนดโดย "มุมพัก" ของของแข็ง เมื่อเกินมุม จะเกิดการทรุดตัวของมวลหรือการหลุดออก หากอุปกรณ์ที่ไม่สัมผัสกำลังตรวจสอบด้านบนของกรวย การหลุดออกนี้จะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงระดับวัสดุอย่างกะทันหัน โดยปกติ เมื่อมีการจัดวางอุปกรณ์ใกล้กับพื้นที่จัดส่ง การวัดระดับวัสดุจริงจะทำได้ยาก และการหลุดออกจะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงระดับวัสดุอย่างกะทันหันอีกครั้ง
ความยากของการวัดโซลิดสเตต
ปัญหาคือการสะท้อนของพื้นผิวเอียง อัลตราโซนิก เรดาร์คลื่นนำทาง (GWR) และอุปกรณ์เลเซอร์อาศัยการสะท้อนของสัญญาณบนพื้นผิวของวัสดุที่ทดสอบ พื้นผิวของเหลวมีความสม่ำเสมอและให้พื้นผิวสะท้อนแสงที่ดีสำหรับการสะท้อนสัญญาณ ความสม่ำเสมอ ขนาดอนุภาค และแน่นอนว่ามุมของของแข็งจะแตกต่างกันไป มุมของการพักตัวคือมุมที่ของแข็งจะตกตะกอนตามธรรมชาติเมื่อขนส่งด้วยอัตราการไหลที่สม่ำเสมอและสม่ำเสมอ ของแข็งแต่ละชนิดมีมุมพักที่เป็นเอกลักษณ์ สามารถใช้ในการประยุกต์ใช้จุดวัดวัสดุได้
สามารถติดตั้งเซ็นเซอร์อุปกรณ์ตรวจวัดแบบไม่สัมผัสที่มุมนิ่งเพื่อพิจารณาว่าเมื่อใดที่กรวยทึบถึงจุดควบคุม เช่น สัญญาณเตือนระดับสูง การวัดระดับอย่างต่อเนื่องไม่ใช่เรื่องง่าย การขาดพื้นผิวที่สม่ำเสมอจะป้องกันไม่ให้การสะท้อนที่สอดคล้องกันกลับไปยังตัวส่งสัญญาณ และขนาดอนุภาคที่แตกต่างกันจะทำให้เกิดเอฟเฟกต์การกระเจิง ซึ่งทั้งสองอย่างนี้สามารถนำไปสู่สัญญาณที่ไม่น่าเชื่อถือ เลเซอร์เป็นอุปกรณ์ที่เชื่อถือได้มากกว่าสำหรับการวัดจุดวัสดุ และมีความแม่นยำมากกว่าในการระบุการมีอยู่ของของแข็งที่จุดควบคุม

หากไม่สะดวกที่จะติดตั้งเลเซอร์บนคอนเทนเนอร์ของอุปกรณ์ ก็สามารถติดตั้งเลเซอร์ไว้ที่ไหล่ของอุปกรณ์ได้ ตัวอย่างเช่น ในการใช้งานการบรรทุกตะกอนลงบนรถบรรทุก การติดตั้งอุปกรณ์ตรวจสอบระดับของเหลวบนรถบรรทุกนั้นไม่เหมาะสมในทางปฏิบัติ เนื่องจากอุปกรณ์ขนถ่ายวัสดุและการลำเลียง
ฝุ่น การขยายตัวของของแข็ง และน้ำหนักที่ไม่สม่ำเสมอในคอนเทนเนอร์ล้วนส่งผลต่ออุปกรณ์ที่ไม่สัมผัสกัน โปรดจำไว้ว่าฝุ่นสามารถเผาไหม้ได้ ก่อนที่จะใช้ขั้นตอนด้านความปลอดภัย มักเกิดการระเบิดของฝุ่นถ่านหินและไซโลเมล็ดพืช ต้องพิจารณาคุณลักษณะนี้เมื่อออกแบบระบบ นอกจากเชื้อเพลิง ออกซิเจน และการจุดระเบิดที่จำเป็นสำหรับการเผาไหม้เชื้อเพลิงแล้ว ฝุ่นยังต้องถูกกระจายและกักขังไว้ในภาชนะปิดเพื่อที่จะติดไฟได้ การกระจายตัวอาจรบกวนการทำงานของอุปกรณ์ระดับวัสดุที่ไม่สัมผัส
กล่องอุปกรณ์ที่เหมาะสมควรได้รับการออกแบบในระบบเพื่อให้การป้องกันที่เหมาะสม เมื่อของแข็ง "จับตัวเป็นก้อน" และแยกออกจากส่วนที่เหลือของวัสดุอุดในไซโลเพื่อสร้างเป็นวัตถุแยกกัน การขยายตัวของของแข็งจะเกิดขึ้น เช่น ของแข็งกองซ้อนกันอยู่ที่ด้านหนึ่งของไซโล ซึ่งอาจส่งผลให้ไม่สามารถสัมผัสกับระดับหรือระดับไม่สามารถสัมผัสกับวัสดุได้ มาตรการแก้ไขทั่วไปคือการใช้การสั่นสะเทือนหรืออากาศเพื่อ "ทำให้ของเหลว" ของแข็งเพื่อให้แน่ใจว่ามีการกระจายตัวที่สม่ำเสมอ เนื่องจากสาเหตุหลายประการ การโหลดไม่สม่ำเสมออาจเกิดขึ้นได้ ในบางกรณี ประสบการณ์ของบุคลากรด้านการออกแบบระบบและการปฏิบัติงาน รวมกับความปั่นป่วนทางกล สามารถช่วยบรรเทาปัญหานี้ได้
อุปกรณ์วัดหน้าสัมผัสที่ใช้สำหรับแอปพลิเคชันนี้มีลักษณะเฉพาะสำหรับการวัดโซลิดสเตต อุปกรณ์เหล่านี้ขึ้นอยู่กับการสัมผัสโดยตรงหรือน้ำหนักกับวัสดุ ขนาด ความหนาแน่น ปริมาณความชื้น และน้ำหนักของของแข็งจะแตกต่างกันไป คุณสมบัติเหล่านี้สามารถใช้เพื่อตรวจจับหรืออนุมานระดับวัสดุได้ อุปกรณ์ตรวจจับระดับวัสดุจุดร่วมคือสปริงสั่นหรือเซ็นเซอร์ประเภทส้อมเสียง วิธีการวัดทั่วไปอีกวิธีหนึ่งคือการใช้ระบบตุ้มน้ำหนักและสายเคเบิล อุปกรณ์เป็นแบบกลไกและมีเซ็นเซอร์เส้นเลื่อนที่สามารถติดตามกลไกทางกลไกเพื่อเลื่อนลงไปที่พื้น สเตรนเกจใช้ในการปรับเปลี่ยนคอนเทนเนอร์หรือไซโลที่มีอยู่เพื่อระบุปริมาณของแข็งภายในคอนเทนเนอร์