Đo chính xác mức vật liệu rắn - Các phương pháp phổ biến và khó khăn

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

Chất rắn thường chỉ có thể cung cấp các bề mặt không đều cho các thiết bị đo và được tải hoặc lắng không đều trong các container nơi chúng được lưu trữ. Việc tìm một bề mặt ngang để phản xạ tín hiệu là một thách thức nhất định đối với vật liệu rắn.
Thiết bị không tiếp xúc được sử dụng để đo lường 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 về chi phí thấp, và chúng ta có sự hiểu biết rất rõ ràng về các mẫu hành vi của chúng. Tuy nhiên, đôi khi nó có thể dẫn đến việc sử dụng sai, gây ra kết quả không nhất quán. Điều tương tự cũng xảy ra với thiết bị radar.
Rắn thường khó sắp xếp thành một bề mặt đều và ngang. Tình huống phổ biến hơn là các chất rắn được vận chuyển đến bể nước hoặc silo thông qua băng chuyền, đổ chất rắn vào một vị trí, tạo thành một hình nón do "góc nghỉ" của chất rắn. Khi góc này bị vượt quá, sẽ có sự lắng đọng hàng loạt hoặc tách rời. Nếu thiết bị không tiếp xúc đang giám sát đỉnh của hình nón, sự tách rời này sẽ gây ra thay đổi đột ngột trong mức vật liệu. Thông thường, khi thiết bị được bố trí gần khu vực giao hàng, việc đo mức vật liệu thực tế trở nên khó khăn, và bất kỳ sự tách rời nào cũng sẽ gây ra thay đổi đột ngột trong mức vật liệu một lần nữa.
Khó khăn trong việc đo lường trạng thái rắn
Vấn đề là sự phản xạ của các bề mặt nghiêng. Các thiết bị siêu âm, radar sóng dẫn (GWR), và laser phụ thuộc vào sự phản xạ tín hiệu trên bề mặt của vật liệu được kiểm tra. Bề mặt chất lỏng là đồng đều và cung cấp một bề mặt phản xạ tốt cho sự phản xạ tín hiệu. Độ đồng nhất, kích thước hạt, và tất nhiên, góc nghỉ của các chất rắn thay đổi. Góc nghỉ là góc mà tại đó một chất rắn tự nhiên lắng xuống khi được vận chuyển với tốc độ dòng chảy đều đặn và nhất quán. Mỗi chất rắn có một góc nghỉ độc đáo. Điều này có thể được sử dụng trong ứng dụng đo lường các điểm vật liệu.
Cảm biến thiết bị đo không tiếp xúc có thể được lắp đặt ở góc nghiêng để xác định khi nón rắn đạt đến điểm kiểm soát, chẳng hạn như báo động mức cao. Đo mức liên tục không dễ dàng. Thiếu một bề mặt đồng đều sẽ ngăn cản sự phản xạ nhất quán quay trở lại bộ phát, và kích thước hạt thay đổi sẽ tạo ra hiệu ứng tán xạ, cả hai điều này có thể dẫn đến tín hiệu không đáng tin cậy. Laser là thiết bị đáng tin cậy hơn cho việc 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 laser trên bồn chứa thiết bị là không thực tế, nó có thể được lắp đặt trên vai của thiết bị. Ví dụ, trong ứng dụng đổ bùn lên xe tải, việc lắp đặt thiết bị theo dõi 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 trọng không đều trong các container 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 và silo ngũ cốc thường xảy ra. Đặc điểm này cần được xem xét khi thiết kế hệ thống. Ngoài nhiên liệu, oxy và nguồn gây cháy cần thiết cho việc đốt cháy nhiên liệu, bụi cần phải được phân tán và giới hạn trong các container kín để trở nên dễ cháy. Sự phân tán có thể can thiệp vào hoạt động của thiết bị đo mức vật liệu không tiếp xúc.
Nên thiết kế các vỏ bọc thiết bị phù hợp trong hệ thống để cung cấp sự bảo vệ thích hợp. Khi một chất rắn "tụ thành cục" và tách ra khỏi phần còn lại của vật liệu điền đầy trong silo để tạo thành một đối tượng riêng biệt, hiện tượng giãn nở chất rắn xảy ra, chẳng hạn như chất rắn đống lên một bên của silo. Điều này có thể dẫn đến không thể tiếp xúc với mức độ hoặc mức độ không thể tiếp xúc với vật liệu. Một biện pháp khắc phục phổ biến là sử dụng rung động hoặc khí để "lỏng hóa" chất rắn nhằm đảm bảo phân bố đều. Do nhiều lý do khác nhau, tải trọng không 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 động cơ học, có thể giúp giảm nhẹ vấn đề này.
Thiết bị đo lường tiếp xúc được sử dụng cho ứng dụng này là duy nhất cho phép đo trạng thái rắn. Các thiết bị này phụ thuộc vào tiếp xúc trực tiếp hoặc trọng lượng với vật liệu. Kích thước, mật độ, hàm lượng độ ẩm và trọng lượng của chất rắn thay đổi. Những đặc điểm này có thể được sử dụng để phát hiện hoặc suy luận mức độ vật liệu. Thiết bị phát hiện mức độ vật liệu dạng điểm phổ biến là cảm biến rung loại lò xo hoặc nĩa điều chỉnh. Phương pháp đo lường phổ biến khác là sử dụng hệ thống trọng lượng và dây cáp. Thiết bị là cơ khí và bao gồm cảm biến dây trượt có thể theo dõi cơ chế cơ học để di chuyển xuống đất. Cảm biến biến dạng được sử dụng để sửa đổi các container hoặc silo hiện có để chỉ ra tải trọng chất rắn bên trong container.