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液位传感器在自动化生产过程中的挑战及其原理

时间:2021-01-13 点击次数:

液位检测与监控在自动化生产过程中一直起着比较重要的作用,在食品、饮料、日化、医药、半导体等行业,各种机械设备的冷却润滑等方面,液位检测与监控直接影响到产品的质量,甚至关系到生产过程能否顺利进行。此外,由于液位检测环境的复杂性和多变性,传感器的应用也面临着诸多挑战。

与此同时,随着自动化程度的提高,为保证产品质量的一致性,生产过程由人工直接监控干预的时代也已经远去了,传感器的重要性也越来越突出,并越来越多地被应用到程序系统的设计中,不再是单纯的机械、粗略的监控;因此,它除了要求检测的可靠性、稳定性外,还要求安装、调试的简单化,尺寸的小型化,应用的多样化。

此外,由于液位检测环境的复杂性和多变性,传感器的应用也面临着诸多挑战。如:高粘度液体高度检测,含杂质废水液位监测,泡沫液位高度测量,腐蚀性液体高度报警等。当前,市场上针对不同的应用提供了多种有效的解决方案,但是如何选择合适的,高性价比的传感器却一直令工程师们头疼。

普通水平探测方法:

在选择合适的液位传感器时,不仅要了解被测液体的性质和状态,还要了解不同检测方法的优缺点,以便选择适合的方法。下面是目前市场上常用的检测方法。

激光器测量:基于光学检测原理的激光类传感器,通过物体表面反射光到接收器,光斑较小且集中,易于安装和校准,灵活性好,可用于散料或液位连续报警或限位报警等;但不适用于透明液体(透明液体易折射光,导致光线无法反射到接收器)、泡沫环境或蒸汽环境(难以穿透泡沫或易受蒸汽干扰)、波动液体(易造成误动作)和振动环境等。

反射TDR/导波雷达/微波原理测量:TDR在工业中有许多不同的叫法,它具有激光测量的优点,例如:易于安装、校验,灵活性好等,此外它比激光检测更好,无需重复校验和多功能输出等,它适用于各种液位泡沫的检测,不受液体颜色的影响,甚至适用于高粘度液体,受外界环境干扰较小,但其测量高度一般小于6米。

超声测量:由于它是通过探测超声发射和反射之间的时间间隔来计算液面高度的,所以在超声传播中很容易受到能量损失的影响。它还具有安装方便,灵活性高的特点,通常可以安装在高度较高的地方,用于非接触测量。但是在含蒸汽、粉料等环境中使用时,探测距离会明显缩短,不推荐在吸收环境中使用,如泡沫等。

声叉测振:声叉测振只用于开关的量输出,不能用于连续监测液体高度。该方法的原理是:当液体或散料充满两个振动叉时,谐振频率发生变化,通过检测频率的变化来发出开关信号。它可以对高粘度液体或固体散料进行高度监测,主要有防溢报警,低液位报警等,不提供模拟量输出,另外,在大多数情况下需要在容器侧面开孔安装。

光折射式测量:光通过传感器内部发射光源,光通过透明树脂反射到传感器接收端,但是当光反射到液体表面时,部分光折射到液体表面,使传感器检测到全反射回来的光量减少,从而监测液体表面。这种检测方式成本低,安装、调试简单,但只能用于透明液体,同时只能输出开关量信号。

静压力测量法:采用一种安装在底部的压力传感器,通过对底部液体压力的检测,将压力转换计算出液面高度,其底部液体压力的参考值是与顶部连接的大气压或已知的气压。这种检测方式要求使用高精度的齐平压力传感器,同时转换过程需要连续的标定,它的优点是不受液位高度的限制,但是标定高度越高,传感器的精度要求就越高,在长期使用或更换液体时,需要反复标定。

电容量测量:电容量测量主要是通过测量由液面或散料高度变化引起的电容值变化来测量料位高度。它有多种类型,具有可输出模拟量的电容式液位计、电容式液位接近开关、电容式接近开关可安装在容器的一端,用于非接触检测。在选材时要注意,电容传感器易受不同容器材料和溶液性质的影响,如塑料容器和挂料等,对模拟量输出有很大影响。

浮球检测:这种方法是最简单和最古老的,而且价格比较便宜。采用机械检测法,主要通过浮球的上下升降来检测液面的变化,易受浮力的影响,重复精度差,不同液体需重新校准。不可用于粘稠或含有杂质的液体,易引起浮球堵塞,同时,不符合食品卫生行业的应用要求。

在了解了各种检测方法的优缺点之后,相信您对于液位传感器的选择也逐渐有了一个清晰的概念。在开始选择前,首先要清楚的是,我们需要传感器达到什么效果?是否属于开关数量输出或模拟数量输出?开关/数字量输出通常用于报警或保护作用,如灌装时的防溢报警,低液位防泵空转保护等;模拟量输出主要用于过程控制,包括灌装容量,液位显示,加料速度控制等。

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