時間:2014-08-18 15:44:40來源:西克中國 陳秋明
在自動化生產(chǎn)過程中,液位檢測和監(jiān)控一直扮演著較為重要的角色,如食品飲料、日化品、醫(yī)藥、半導(dǎo)體等行業(yè)的生產(chǎn),各種機器的冷卻和潤滑等,液位的監(jiān)控直接影響著產(chǎn)品的質(zhì)量,甚至關(guān)系到生產(chǎn)過程是否能夠順利進(jìn)行。
同時隨著自動化程度的增加,為了保障產(chǎn)品質(zhì)量的一致性,生產(chǎn)過程直接由人工監(jiān)控和干預(yù)的時代亦已遠(yuǎn)去,傳感器的重要性亦越加明顯,并且越來越多地參與至程序系統(tǒng)的設(shè)計中,不再是簡單的機械式、粗略式的監(jiān)控;故其要求除了檢測的可靠性、穩(wěn)定性,同時要求安裝、調(diào)試簡單化、尺寸緊湊化、應(yīng)用多樣化等。
另外,由于液位檢測環(huán)境的復(fù)雜性和多變性,也為傳感器的應(yīng)用帶來了不同挑戰(zhàn)。例如:高粘度液體高度檢測、含雜質(zhì)的廢水液位監(jiān)控、帶泡沫的液位高度測量、高腐蝕性液體高度報警等等。目前,市場上針對不同的應(yīng)用,提供了多種有效的解決方案,但如何選擇合適、性價比高的傳感器一直是讓工程師們頭痛的問題。
常見的液位檢測方式:
為了選擇最佳的液位傳感器,我們不但需要了解被測液體的屬性和狀態(tài),同時,也要知道不同的檢測方式的優(yōu)點與局限性,從而才能選出最合適的傳感器。以下為目前市場上最常見的檢測技術(shù)。
● 激光測量:激光類傳感器基于光學(xué)檢測原理,通過物體表面反射光線至接收器進(jìn)行檢測,其光斑較小且集中,易于安裝、校準(zhǔn),靈活性好,可應(yīng)用于散料或液位的連續(xù)或者限位報警等;但其不適合應(yīng)用于透明液體(透明液體容易折射光線,導(dǎo)致光線無法反射至接收器),含泡沫或者蒸汽環(huán)境(無法穿透泡沫或者容易受到蒸汽干擾),波動性液體(容易造成誤動作),振動環(huán)境等。
● TDR(時域反射)/ 導(dǎo)波雷達(dá)/微波原理測量:其名稱在行業(yè)內(nèi)有多種不同的叫法,其具備了激光測量的好處,如:易于安裝、校準(zhǔn),靈活性好等,另外其更優(yōu)于激光檢測,如無需重復(fù)校準(zhǔn)和多功能輸出等,其適用于各種含泡沫的液位檢測,不受液體顏色影響,甚至可應(yīng)用于高粘性液體,受外部環(huán)境干擾相對小,但其測量高度一般小于6米。
● 超聲波測量:由于其原理為通過檢測超聲波發(fā)送與反射的時間差來計算液位高度,故容易受到超聲波傳播的能量損耗影響。其亦具備安裝容易、靈活性高等特點,通??砂惭b于高處進(jìn)行非接觸式測量。但當(dāng)使用于含蒸汽、粉層等環(huán)境時,檢測距離將會明顯縮短,不建議使用在吸波環(huán)境,如泡沫等。
● 音叉振動測量:音叉式測量僅為開關(guān)量輸出,不能用于連續(xù)性監(jiān)控液體高度。其原理為:當(dāng)液體或者散料填充兩個振動叉時,共振頻率改變時,依靠檢測頻率改變而發(fā)出開關(guān)信號。其可用于高粘度液體或者固體散料的高度監(jiān)控,主要為防溢報警、低液位報警等,不提供模擬量輸出,另外,多數(shù)情況下需要開孔安裝于容器側(cè)面。
● 光電折射式測量:該檢測方式通過傳感器內(nèi)部發(fā)出光源,光源通過透明樹脂全反射至傳感器接受器,但遇到液面時,部分光線將折射至液體,從而傳感器檢測全反射回來光量值的減少來監(jiān)控液面。該檢測方式便宜,安裝、調(diào)試簡單,但僅能應(yīng)用于透明液體,同時只輸出開關(guān)量信號。
● 靜壓式測量:該測量方式采用安裝于底部的壓力傳感器,通過檢測底部液體壓力,轉(zhuǎn)換計算出液位高度,其底部液體壓力參考值為與頂部連通的大氣壓或者已知氣壓。該檢測方式要求采用高精度、齊平式壓力傳感器,同時換算過程需要不斷進(jìn)行校準(zhǔn),其優(yōu)點為可檢測不受液位高度限制,但高度越高,傳感器精度要求越高,長時間使用或者更換液體時需要重復(fù)校準(zhǔn)。
● 電容式測量: 電容式測量主要通過檢測由于液面或者散料高度變化而導(dǎo)致的電容值變化來測量料位高度。其具有多種類型,有可輸出模擬量的電容式液位計,液位電容式接近開關(guān),電容式接近開關(guān)可以安裝于容器側(cè)面進(jìn)行非接觸檢測。當(dāng)選擇必須注意,電容傳感器容易受到不同的容器材質(zhì)和溶液屬性影響,如塑料容器和掛料情況容易影響模擬量輸出的電容傳感器。
● 浮球式檢測:該方式為最簡單、最古老的檢測方式,價格相對便宜。主要是通過浮球的上下升降來檢測液面的變化,其為機械式檢測,檢測精度容易受浮力影響,重復(fù)精度差,不同液體需要重新校準(zhǔn)。不適用于粘稠性或者含雜質(zhì)液體,容易造成浮球堵塞,同時,不符合食品衛(wèi)生行業(yè)的應(yīng)用要求。
如何選擇最佳的測量方式
當(dāng)我們了解了不同檢測方式的優(yōu)缺點以后,對于液位傳感器的選擇也逐漸有了清晰的概念。(具體可參考下圖表格)首先,在開始選擇之前,必須先清楚我們需要傳感器達(dá)到哪些功能?是屬于開關(guān)量輸出還是模擬量輸出?通常開關(guān)量/數(shù)字量輸出用于報警或者保護(hù)作用,例如灌裝時防溢報警、低液位防泵空轉(zhuǎn)保護(hù)等;模擬量輸出主要用于過程控制,包括灌裝容量、液位顯示、加料速度控制等。
接下來,我們必須了解被測液體屬性,其中包括狀態(tài)、顏色、腐蝕性、粘稠度、是否含雜質(zhì),是否需要符合食品衛(wèi)生認(rèn)證?根據(jù)我們的需求,尋找合適的傳感器。例如:日化品乳霜的灌裝過程中,需要監(jiān)控儲液罐高、低液位,首先我們了解到乳霜為流體狀態(tài),有較大粘稠度,顏色為半透明乳白色,非腐蝕性,無需食品衛(wèi)生認(rèn)證,按照我們要求,我們可選擇的類型有:音叉測量、TDR測量和超聲波測量。
然后,我們需要做最后評估,包括產(chǎn)品的安裝調(diào)試、應(yīng)用溫度、壓力范圍、價格等,甚至可向供應(yīng)商借用樣品測試,其中TDR和超聲波需要安裝于罐體頂部,音叉可選擇安裝于頂部或者側(cè)面;從調(diào)試角度,音叉最簡單,TDR和超聲波次之,價格亦是。綜合評估下來,選用的優(yōu)先順序為:音叉,TDR,超聲波。
SICK作為全球領(lǐng)先的傳感器生產(chǎn)與制造商,一直致力為客戶提供最優(yōu)和性價比最好的傳感器解決方案。 SICK流體傳感器秉承了德國的先進(jìn)生產(chǎn)工藝,擁有完善的產(chǎn)品線,其中包括壓力、液位、流量和溫度的檢測,液位傳感器也覆蓋了TDR測量、音叉測量、超聲波測量、光電折射測量、靜壓測量、電容測量等,優(yōu)越的性能深受客戶好評。
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