ИЗМЕРЕНИЕ УРОВНЯ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ

Определение уровня сыпучих твердых веществ или порошков в бункере/силосе может быть проблематичным по следующим причинам:

• Для измерения необходимо преобразовать уровень в объем и массу.
• Характеристики измеряемого материала также могут представлять проблему, например, материал может быть либо слишком тяжелым, либо очень легким по весу.
• Измеряемые твердые частицы могут быть либо в виде порошков мельчайшего размера, либо в виде крупногабаритных порошков с заостренными краями.
• Кроме того, некоторые материалы имеют тенденцию генерировать огромное количество пыли при заполнении и вытеснении.
• Иногда используемые материалы могут быть гигроскопичными по своей природе, что означает, что они имеют тенденцию легко поглощать влагу в воздухе. Затем эта влага смешивается с твердыми веществами, из-за чего они группируются внутри сосуда, что приводит к закупорке материала.
• В отличие от всех виртуальных жидкостей, объемные твердые частицы, содержащиеся в сосуде, не имеют плоской горизонтальной поверхности. Они обычно имеют угловую форму поверхности, известную как угол покоя, который может изменяться в зависимости от настроек заполнения и разгрузки.
• Кроме того, чем грубее обрабатываемый материал, тем больше вероятность того, что он скопится, соединится, оставит пустоты и будет складываться.

Методы Измерения Уровня

Ниже перечислены различные технологии, доступные для измерения уровня (или количества) сыпучих материалов, хранящихся в силосах  или бункерах.:

1. Вес и Кабельные Системы
2. Ультразвуковые Системы
3. Радиолокационные системы с управляемыми волнами
4. Радиолокационные системы Сквозного Воздуха
5. Лазерные детекторы
6. Тензодатчики
7. Тензометрические весовые системы

Среди вышеупомянутых технологий первые четыре работают путем определения расстояния между датчиком и поверхностью материала, в то время как такие методы, как тензодатчики и тензометрические весовые системы, работают путем вычисления массы материала путем определения силы, действующей на датчик.

Каждый из этих методов более чувствителен к своему конкретному применению, чем другие. Выбор неподходящего метода измерения может привести к потере времени, денег и рабочей силы. Следовательно, все факторы вышеперечисленных технологий должны быть тщательно рассмотрены перед внедрением.

Вес и кабельные системы

Эти системы обеспечивают очень экономичное и простое решение для измерения уровня сыпучих материалов. Этот метод измерения уровня обычно применяется в областях, где уровень материала меняется очень часто.

Они определяют уровень, переводя его в объемы и веса. Преобразование расстояния в объем требует предположения о соотношении между точкой на поверхности материала, где датчик измерения уровня будет производить свое измерение, и (учитывая угол покоя) теоретической высотой поверхности для того же объема материала, если бы поверхность была плоской и горизонтальной.

Эти системы обеспечивают чрезвычайно точные результаты для расстояний ниже 30 футов. Для более длинных расстояний и более высокой точности требуются другие методы, хотя и с увеличением стоимости. Эти датчики уровня в основном состоят из фиксированных компонентов и, следовательно, не требуют технического обслуживания и износа деталей.

Ультразвуковые Системы

Эти системы непрерывного определения уровня почти эквивалентны весовым и кабельным системам в технологии. Они также предлагают значительно улучшенные результаты и надежность благодаря последним достижениям в области технологий. Новейшие технологии и программное обеспечение привели к усовершенствованиям главным образом в области проектирования преобразователей и систем обработки сигналов, интегрированных в устройство. Однако существуют различные проблемы, которые могут повлиять на эффективность ультразвуковых зондирующих систем, таких как:

• Пыльная среда
• Колебания давления
• Сдвиг угла покоя
• Крупногабаритные частицы
• Препятствия внутри технологического сосуда
• Накопление материала на поверхности сосуда

Из этих факторов лишь немногие могут повлиять на отражение звуковых волн и привести к образованию ложных эхо-сигналов, которые могут замаскировать правильный сигнал уровня.

Радиолокационные системы с управляемыми волнами и Сквозные радиолокационные системы

Для измерения уровня сыпучих твердых тел и порошков могут быть использованы два типа радиолокационных систем: GWR, т. е. радиолокационные системы с управляемой волной, и TAR, т. е. радиолокационные системы сквозного воздуха.

В отличие от весовых и кабельных систем, системы GWR являются строго непрерывными. Их использование предпочтительно по сравнению с весовыми и кабельными системами только в тех случаях, когда речь идет о процессах, требующих повторных непрерывных измерений. Эти системы оказываются очень полезными в областях, которые когда-то считались неуправляемыми.

Сквозные радиолокационные системы считаются пионерами в области радиолокационного измерения уровня. Ранее эти системы использовались только для определения уровня жидкости и шлама, но в настоящее время они все чаще используются для сложных порошковых и сыпучих материалов. Энергия ГУДРОНА расходится, когда она устремляется вниз в сосуд, чтобы отразиться от поверхности твердых тел. Как и в случае с ультразвуковыми системами уровня, внутренние препятствия сосудов, изменение угла покоя, сгустки материала прилипание к стенкам сосуда и т. д. могут повлиять на отраженный сигнал уровня и создать отражения внутри сосуда.

Системы TAR доступны в двух основных типах: импульсный радар и FMCW, то есть частотно-модулированный непрерывный волновой радар. Чтобы получить лучшие результаты, эти системы должны быть правильно установлены и откалиброваны. Эти системы, как правило, потребляют больше энергии, чем системы GWR. По сравнению с системами TAR системы GWR предлагают следующие основные преимущества:

1. Системы GWR более точны, потому что радиолокационный импульс не рассеивается, отношение сигнал / шум отраженного импульса выше, и GWR должна учитывать только одно отражение сигнала.
2. Системы GWR гибки и просты в установке. Кроме того, они умеют легче работать с широким диапазоном сосудов и в стесненных местах.
3. Системы GWR обеспечивают быструю реакцию, которая полезна для быстрого заполнения и разгрузки требований.
4. Производительность систем GWR не сильно зависит от материальных покрытий и отложений.
5. В отличие от систем TAR, радиолокационные системы с управляемой волной хорошо работают с материалами, имеющими низкие диэлектрические константы
6. Кроме того, в случае больших расстояний системы GWR обеспечивают точное разрешение.
7. Системы GWR сравнительно дешевле, чем системы TAR.
8. В грязевых приложениях использование систем GWR обычно предпочтительнее систем TAR. Однако датчики TAR также могут быть использованы в пыльных условиях, хотя они не обеспечивают самоочищения.

Тем не менее, несколько недостатков, связанных с системами GWR:

• Они очень чувствительные приборы
• Они стоят дороже по сравнению с другими детекторами уровня.

Лазерные детекторы

Эти системы обнаружения уровня способны работать на больших расстояниях. Однако в этом случае система обнаружения потребует дополнительных затрат на покупку. Эти системы в основном используются в сложных приложениях, где другие системы измерения уровня не считаются пригодными для работы.

Тензодатчики

Эти устройства обычно расположены под опорным основанием сосуда для целей измерения. Их процент точности составляет около 0,2%. Они связаны с чрезвычайно высокими затратами на покупку, установку и калибровку. Они широко применяются в пищевой и фармацевтической промышленности. Они в основном используются внутренней отчетности приложений (где требуется измерение массы), а также для серьезных приложений, где другие системы не будут работать.

Эти системы могут быть спроектированы в соответствии с требованиями производителей.

Тензометрические Весовые Системы

Эти системы обнаружения уровня могут быть либо соединены, либо прикреплены болтами к основанию технологических сосудов. Они предлагают недорогое решение измерения с 1% до 5% точности веса. После правильной установки и калибровки эти устройства, как правило, обеспечивают почти стабильное обслуживание.