В чем заключается основная сложность измерения уровня сыпучих материалов

Автор: Дмитрий Слесарев Время прочтения: 10 мин.

Контроль заполнения силосов и бункеров применяется на цементных заводах, элеваторах, в производстве сухих строительных смесей, комбикормов, химической, пищевой продукции.

При хранении и транспортировке порошков, гранул и других насыпных веществ возникают факторы, способные повлиять на работу датчиков уровня. Поэтому для таких задач используют специальные уровнемеры сыпучих материалов.

Что осложняет измерение уровня сыпучих материалов

Во время заполнения бункера смесь обычно образует конус. При выгрузке, наоборот, появляется воронка. Из-за этого сигнал датчика отражается под разными углами, показания становятся менее точными.

Дополнительные сложности создают:

• высокая запыленность;
• неоднородная плотность;
• слеживание;
• образование пустот;
• налипание на стенки резервуара;
• вибрации оборудования.

Например, цемент способен образовывать плотную пылевую среду, затрудняющую прохождение сигнала. В то же время гранулированные продукты создают неровную поверхность, которая постоянно меняется в процессе загрузки и выгрузки.

Какие уровнемеры применяются для сыпучих материалов

Лотовые уровнемеры

Лотовые системы используют в бункерах и силосах с высокой запыленностью. Во время работы специальный груз опускается на поверхность продукта, после чего система определяет расстояние до материала.

Такой способ контроля позволяет получать точные данные даже в условиях сильной запыленности, где бесконтактные методы могут давать погрешности.

Лотовые системы часто используют для:

• цемента;
• зерна;
• извести;
• сухих строительных смесей;
• комбикормов;
• гранул.

Одним из ключевых преимуществ остается возможность работы с емкостями большой высоты. Это особенно важно для крупных силосных хранилищ, где необходимо сохранять точность контроля независимо от степени заполнения.

Современные модели способны компенсировать влияние сложных условий эксплуатации и обеспечивать высокую повторяемость результатов. Например, лотовые уровнемеры XSON поддерживают автоматический цикл измерения и сохраняют стабильность показаний даже при высокой концентрации пыли.

Емкостные уровнемеры

Емкостные датчики фиксируют изменение электрической емкости при контакте чувствительного элемента с материалом.

Такие устройства отличаются:

• компактностью;
• простой конструкцией;
• сравнительно невысокой стоимостью;
• возможностью работы с порошками, гранулами.

На стабильность показаний влияют влажность, плотность и диэлектрические свойства контролируемого сырья. Емкостные датчики применяют в процессах с минимальным пылеобразованием, поскольку большое количество пыли и налипание могут вызывать погрешности при контроле уровня.

Ультразвуковые уровнемеры

Ультразвуковые датчики измеряют расстояние до поверхности продукта с помощью ультразвукового сигнала.

К преимуществам таких устройств относятся:

• бесконтактный принцип работы;
• отсутствие механического износа;
• простой монтаж;
• универсальность применения.

Ультразвуковые модели устанавливают на объектах с умеренной запыленностью и небольшой высотой резервуара. При большом количестве взвешенных частиц и сильной неровности поверхности снижается точность показаний.

Микроволновые радарные уровнемеры

Радарные датчики используют микроволновый сигнал для определения расстояния до поверхности материала. Такие системы востребованы на объектах с большим количеством пыли и высокими силосами, т.к. они:

• сохраняют точность при загрязненной среде;
• работают при высоких температурах;
• подходят для больших диапазонов измерения;
• устойчивы к промышленным помехам.

Для контроля уровня в силосах и бункерах радарные уровнемеры должны работать по технологии FMCW (Frequency Modulated Continuous Wave). В таких устройствах датчик непрерывно излучает сигнал с изменяющейся частотой и одновременно принимает отраженную волну. Это позволяет точнее определять расстояние до поверхности даже при сильной запыленности, неровной насыпи и слабом отражении сигнала. Обычные импульсные радарные уровнемеры в подобных условиях часто дают заметную погрешность, особенно при работе с порошками и мелкодисперсными веществами.

Микроволновые рефлексные уровнемеры

Рефлексные датчики работают по принципу направленного распространения волны вдоль зонда. Такой способ передачи сигнала снижает влияние помех, помогает сохранять точность даже при сложной геометрии резервуара и нестабильной поверхности продукта.

Рефлексные системы хорошо подходят для условий, где присутствуют:

• сильная запыленность;
• образование пустот;
• переменная плотность материала;
• внутренние конструкции внутри емкости.

Эти датчики уровня менее чувствительны к паразитным отражениям сигнала по сравнению с классическими бесконтактными решениями.

Как пыль влияет на работу уровнемеров

Во время загрузки внутри резервуара формируется плотное облако мелких частиц. В таких условиях часть сигнала рассеивается, а датчик получает искаженные данные.

Также пыль способна:

• загрязнять чувствительные элементы;
• создавать ложные отражения;
• ухудшать стабильность показаний;
• снижать точность измерения.

Поэтому для сильно запыленных процессов чаще всего выбирают радарные или лотовые системы измерения.

Сравнение методов измерения уровня

Для работы с сыпучими материалами применяют механические, ультразвуковые, емкостные, микроволновые методы измерения. Сравнение основных методов позволяет понять, в каких задачах конкретный тип измерителя уровня будет наиболее эффективен.

В разделе статей собраны материалы по выбору оборудования и различным методам измерения уровня.

Как выбрать уровнемер для сыпучих материалов

Для сложных условий эксплуатации чаще применяются радарные, рефлексные или лотовые измерители уровня. В менее агрессивной среде могут использоваться ультразвуковые и емкостные системы.

При выборе оборудования дополнительно учитывают:

• конструкцию резервуара;
• наличие мешалок, внутренних перегородок;
• особенности загрузки продукта;
• требуемую точность измерения;
• необходимость непрерывного контроля.

В некоторых задачах непрерывное измерение уровня не требуется. Для контроля только минимальных или максимальных точек заполнения используют сигнализаторы.

Посмотреть примеры внедрения можно в подборке применений датчиков уровня.

Заключение

Неровная поверхность продукта, высокая запыленность, пустоты внутри материала и нестабильная плотность создают серьезные сложности при измерении уровня сыпучих сред. Правильно выбранный уровнемер помогает снизить потери продукта, повысить надежность производства и обеспечить стабильную работу системы автоматизации.

Специалисты «РусАвтоматизации» помогут подобрать оборудование под характеристики материала, параметры процесса и условия эксплуатации.

Скачать статью в формате PDF