Đo chính xác mức độ vật liệu rắn - Phương pháp và khó khăn chung Việt Nam

Chất rắn dạng hạt là tập hợp các hạt, chẳng hạn như tuyết, cát, gạo hoặc than đá. Mặc dù dạng chất rắn dạng hạt rất dễ giải thích nhưng hành vi của chúng rất phức tạp và khác với chất lỏng và chất khí. Việc đo chính xác lượng chất rắn trong bể chứa hoặc silo là rất quan trọng để quản lý sản phẩm cũng như kiểm soát và chuyển giao quản lý kho hàng.
Loại cảm biến
Giống như đo mức chất lỏng, thiết bị đo mức chất rắn cũng được chia thành hai loại: không tiếp xúc và tiếp xúc. Trong các loại này, thiết bị có thể được chia nhỏ thành giám sát cấp độ điểm và giám sát cấp độ liên tục. Bài viết này giới thiệu các nguyên tắc đằng sau các thiết bị này và một số ứng dụng.
Đo mức chất rắn không rõ ràng và chính xác như đo mức chất lỏng. Đặc tính trọng lượng của chất lỏng có thể được chuyển đổi thành trọng lượng ở mức chất lỏng bằng thiết bị áp suất tĩnh; Chất rắn có thể trải qua những thay đổi đáng kể trong cùng một mẻ. Chất lỏng cũng có đặc tính tự san phẳng và có thể cung cấp bề mặt đồng nhất cho các thiết bị đo mà không bị trộn lẫn hoặc có sự can thiệp nào khác. Đây là một trong những thách thức mà việc đo mức vật liệu rắn phải đối mặt.

Chất rắn thường chỉ có thể tạo ra các bề mặt không bằng phẳng cho các thiết bị đo và được nạp hoặc lắng không đều trong các thùng chứa mà chúng được bảo quản. Việc tìm ra bề mặt nằm ngang để phản xạ tín hiệu đặt ra một thách thức nhất định đối với vật liệu rắn.
Thiết bị không tiếp xúc dùng để đo trạng thái rắn, tương tự như thiết bị không tiếp xúc dùng để đo mức chất lỏng, là thiết bị phổ biến nhất, bao gồm siêu âm, radar và laser. Thiết bị siêu âm có ưu điểm là chi phí thấp và chúng tôi hiểu rất rõ về mô hình hoạt động của chúng. Thật không may, đôi khi nó có thể dẫn đến việc sử dụng sai mục đích, dẫn đến kết quả không nhất quán. Điều tương tự cũng xảy ra với thiết bị radar.
Chất rắn thường khó lắng xuống thành một bề mặt đồng nhất và nằm ngang. Một tình huống phổ biến hơn là chất rắn được vận chuyển đến bể chứa nước hoặc silo thông qua một băng tải, băng tải này sẽ đổ chất rắn vào một vị trí, tạo thành hình nón được xác định bởi "góc nghỉ" của chất rắn. Khi góc vượt quá sẽ xảy ra hiện tượng lún hoặc tách khối. Nếu thiết bị không tiếp xúc đang giám sát đỉnh hình nón, sự tách rời này sẽ gây ra sự thay đổi đột ngột về mức vật liệu. Thông thường, khi thiết bị được bố trí gần khu vực giao nhận sẽ khó đo được mức vật liệu thực tế, bất kỳ sự rời rạc nào cũng sẽ gây ra sự thay đổi đột ngột về mức vật liệu.
Những khó khăn của phép đo trạng thái rắn
Vấn đề là sự phản chiếu của các bề mặt nghiêng. Các thiết bị siêu âm, sóng dẫn hướng (GWR) và laser dựa vào sự phản xạ tín hiệu trên bề mặt vật liệu được thử nghiệm. Bề mặt chất lỏng đồng đều và mang lại bề mặt phản xạ tốt để phản xạ tín hiệu. Độ đặc, kích thước hạt và tất nhiên là góc nghỉ của chất rắn khác nhau. Góc nghỉ là góc mà tại đó chất rắn lắng xuống một cách tự nhiên khi được vận chuyển với tốc độ dòng chảy đồng đều và nhất quán. Mỗi vật rắn có một góc đứng yên riêng. Điều này có thể được sử dụng trong ứng dụng đo điểm vật liệu.
Cảm biến của thiết bị đo không tiếp xúc có thể được lắp đặt ở góc đứng yên để xác định thời điểm hình nón đặc đạt đến điểm kiểm soát, chẳng hạn như báo động mức cao. Đo mức liên tục không phải là dễ dàng. Việc thiếu bề mặt đồng nhất sẽ ngăn cản sự phản xạ kết hợp quay trở lại máy phát và kích thước hạt khác nhau sẽ tạo ra hiệu ứng tán xạ, cả hai đều có thể dẫn đến tín hiệu không đáng tin cậy. Laser là thiết bị đáng tin cậy hơn để đo các điểm vật liệu và chính xác hơn trong việc xác định sự hiện diện của chất rắn tại các điểm kiểm soát.

Nếu việc lắp đặt tia laser trên hộp đựng thiết bị là không thực tế thì có thể lắp đặt nó trên vai của thiết bị. Ví dụ, trong ứng dụng nạp bùn lên xe tải, việc lắp đặt thiết bị giám sát mức chất lỏng trên xe tải là không thực tế do thiết bị xử lý và vận chuyển vật liệu.
Bụi, sự giãn nở rắn và tải không đều trong thùng chứa đều có thể ảnh hưởng đến thiết bị không tiếp xúc. Hãy nhớ rằng bụi có thể cháy. Trước khi thực hiện các quy trình an toàn, các vụ nổ bụi than, hầm chứa ngũ cốc thường xuyên xảy ra. Tính năng này phải được xem xét khi thiết kế hệ thống. Ngoài nhiên liệu, oxy và chất đánh lửa cần thiết cho quá trình đốt cháy nhiên liệu, bụi cần được phân tán và chứa trong các thùng chứa kín để có thể dễ cháy. Sự phân tán có thể cản trở hoạt động của thiết bị cấp vật liệu không tiếp xúc.
Vỏ thiết bị phù hợp phải được thiết kế trong hệ thống để mang lại sự bảo vệ thích hợp. Khi một chất rắn "kết tụ" và tách ra khỏi phần còn lại của vật liệu làm đầy trong silo để tạo thành một vật thể riêng biệt, sự giãn nở của chất rắn sẽ xảy ra, chẳng hạn như chất rắn xếp chồng lên nhau ở một bên của silo. Điều này có thể dẫn đến việc không thể tiếp xúc với cấp độ hoặc cấp độ không thể tiếp xúc với vật liệu. Một biện pháp khắc phục phổ biến là sử dụng rung động hoặc không khí để "làm lỏng" chất rắn nhằm đảm bảo sự phân bố đồng đều. Vì nhiều lý do khác nhau, tải không đồng đều có thể xảy ra. Trong một số trường hợp, kinh nghiệm của nhân viên thiết kế và vận hành hệ thống, kết hợp với khuấy trộn cơ học, có thể giúp giảm bớt vấn đề này.
Thiết bị đo tiếp xúc được sử dụng cho ứng dụng này là thiết bị duy nhất dành cho phép đo trạng thái rắn. Các thiết bị này phụ thuộc vào sự tiếp xúc trực tiếp hoặc trọng lượng với vật liệu. Kích thước, mật độ, độ ẩm và trọng lượng của chất rắn khác nhau. Những tính năng này có thể được sử dụng để phát hiện hoặc suy ra mức độ vật chất. Thiết bị phát hiện mức vật liệu điểm chung là cảm biến loại lò xo rung hoặc nĩa điều chỉnh. Một phương pháp đo phổ biến khác là sử dụng hệ thống trọng lượng và cáp. Thiết bị này là cơ khí và bao gồm một cảm biến đường trượt có thể tuân theo cơ chế cơ học để di chuyển xuống mặt đất. Máy đo biến dạng được sử dụng để sửa đổi các thùng chứa hoặc silo hiện có để chỉ ra tải trọng rắn bên trong thùng chứa.