In vielen Branchen werden Flüssig- und Schüttgüter als technologische Medien eingesetzt. Bei der Inline-Produktion von Produkten und insbesondere bei automatischen Steuerungen ist eine ständige Überwachung der Parameter von Arbeitsmaterialien erforderlich. Das gebräuchlichste Mittel einer solchen Kontrolle ist die Füllstandsmessung, bei der der Füllgrad des einen oder anderen kapazitiven Betriebsmittels überwacht wird.
Implementierung von Technologie
Unter Füllstand versteht man in diesem Fall die Füllhöhe der technologischen Anlage (Tank, Vorratsbehälter, Tank, Kolben) mit dem Arbeitsmedium. Die Kenntnis dieses Werts an sich ist für die Steuerung und Kontrolle des Produktionsprozesses erforderlich. Insbesondere in der Chemie-, Ölraffinerie- und Lebensmittelindustrie sind solche Messungen ein notwendiger Vorgang. In Kenntnis des Füllstands des Tanks zum Sammeln von beispielsweise gereinigtem Öl kann der Bediener die optimalen Parameter für den Betrieb der Förderpumpe einstellenStationen. Und wiederum arbeiten viele Branchen mit Automatisierung, so dass die Ausgangsdaten von Steuerungen verarbeitet werden können, die auch ohne Beteiligung eines Bedieners unter Berücksichtigung der erh altenen Informationen über den Füllstand der gesteuerten Apparate Befehle an die ausführenden Einheiten geben. Abhängig von den spezifischen technologischen Betriebs- und Abrechnungsanforderungen können sich verschiedene Einheiten der Füllstandsmessung ändern - beispielsweise gibt es Methoden mit einem weiten Messbereich von 0,5 bis 20 m sowie spezialisierte Laborkontrollschemata, die einen engen Bereich von berücksichtigen 0 bis 500 mm. Die direkte Messung erfolgt durch physikalische, elektromagnetische und Ultraschallgeräte, die teilweise auch die Eigenschaften des Mediums erfassen - chemische Zusammensetzung, Druck, Temperatur etc.
Visuelle Steuerung
Der einfachste Weg, das Problem zu lösen, bei dem es ausreicht, ein Standard-Messwerkzeug zu verwenden. Es werden Roulettes, Lineale, Schaugläser und andere Geräte verwendet, die im Prinzip unter den gegebenen Bedingungen einer bestimmten Produktionsumgebung verwendet werden können. Das technologischste Mittel zur Messung des Füllstands dieser Art ist eine Fern- oder Bypass-Anzeige. Der Einbau erfolgt seitlich in den Behälter mittels Gewinde-, Flansch- oder Schweißverbindungen. Der Anzeigeprozess erfolgt über ein transparentes Rohr, das sich mit steigendem Flüssigkeitsspiegel im Zieltank füllt. Modernere Bypässe verwenden zylindrische Schwimmer mit MagnetAnzeigesystem. Aber selbst ein solches Design gilt aufgrund erheblicher Einschränkungen in den Kommunikationsmöglichkeiten der Schnittstelle mit Steuerelektronik und Automatisierungsgeräten als ver altet.
Float-Messverfahren
Auch eine der einfachsten traditionellen Möglichkeiten, den Füllstand flüssiger Medien zu kontrollieren. Es basiert auf der Fixierung der Position des Schwimmers auf der Oberfläche der zu wartenden Flüssigkeit. Die Steuerung erfolgt nach verschiedenen Prinzipien - mechanisch, magnetisch und magnetostriktiv. Bei der Bewegung ändert sich die Art der Verbindung zwischen dem Schwimmer und dem ihn steuernden Element, beispielsweise einem starr befestigten Hebel. Der Befestigungswinkel ändert sich bei steigendem Schwimmer, der durch das Messsystem festgelegt wird. Typischerweise erfolgt diese Art der Füllstandsmessung bei der Umwandlung desselben Winkels in ein elektrisches Signal. Meistens sprechen wir nicht einmal von der Berücksichtigung bestimmter Indikationen, sondern von der Registrierung in dem Moment, in dem ein bestimmter Wert erreicht wird. Mit anderen Worten, wenn der Schwimmer die eingestellte Höhe erreicht, wird der Niveausch alter aktiviert. In einfachsten Sch altungen schließen Kontakte, was zu bestimmten technologischen Aktionen führt - zum Beispiel die Funktion einer Flüssigkeitspumpe stoppt.
Hydrostatische Messungen von Flüssigkeiten
Der wichtigste Messfaktor in diesem Füllstandsmesssystem ist der hydrostatische Druck. Das heißt, es werden ein Manometer mit geeigneten Eigenschaften und ein Tauchdrucksensor verwendet. Darüber hinaus ist eine wichtige Bedingung für die KontrolleTrennung des Sensors vom Arbeitsmedium einerseits durch eine spezielle Membran, andererseits muss Atmosphärendruck über die Kapillarzuführung vom Füller zugeführt werden. Beim Messen mit dieser Art von Füllstand wird ein Überdruck gesteuert, dessen Anzeige die Eigenschaften der Erzeugung eines einheitlichen Signals beeinflusst. Außerdem ist ein elektrisches Gerät mit einem Konverter an das Manometer angeschlossen, das für die Meldung bestimmter Änderungen in der kontrollierten Umgebung verantwortlich ist. Als Alternative zu dieser Methode zur Messung des hydrostatischen Drucks ist es möglich, den Druck eines Gases zu kontrollieren, das von der Seite der den Tank füllenden Flüssigkeit in ein Analogon eines Kapillarrohrs gepumpt wird. Dieses Modell des hydrostatischen Manometers wird als piezometrisch bezeichnet.
Radar-Füllstandsmessgeräte
In einigen Branchen wird ein universeller Ansatz verwendet, um die Füllstände von Prozessmedien zu messen. Für die Arbeit mit Flüssigkeiten, Gasen und Schüttgütern sind Radargeräte optimal geeignet, deren Betrieb auf der Analyse frequenzmodulierter Schwingungen basiert. Gemessen wird die Ausbreitungs- und Rücklaufzeit ungedämpfter Schwingungen von Spezialantennen zur versorgten Umgebung. Wellenbänder können von einem bis mehreren zehn GHz variieren. Die Sende-Empfangs-Antennen selbst können unterschiedliche Geräte- und Abstrahlcharakteristiken haben. Zur Füllstandsmessung von Flüssigkeiten beispielsweise in der chemischen Industrie werden Stabantennen eingesetzt.mit einem Höhenmessbereich von bis zu 20 m. Für Medien, deren Kontrolle erhöhte Anforderungen an die Genauigkeit stellt, kommen parabolische und planare Geräte zum Einsatz. Meist sind dies Bereiche der technischen Buchh altung, wo es auf Fixmaße bis 1 mm ankommt.
Einsatz von Radioisotopentechniken
Die Hauptspezialisierung dieser Art von Füllstandsanzeigern ist die Kontrolle von Schüttgütern und flüssigen Medien in geschlossenen Tanks. Das Funktionsprinzip des Radioisotopenapparats basiert auf der Absorption von Gammastrahlen, die die Schicht des Zielmediums durchdringen. Technisch ist der Messvorgang über eine Strahlungsquelle und einen Empfänger organisiert. Die beiden Geräte sind hängend oder an einer Tragkonstruktion montiert und werden von einem reversierbaren Elektromotor gesteuert, der je nach aktuellem Füllstand ihre Position in der Höhe verändert. Wenn sich das System zur Messung des Füllstands des Arbeitsmediums über seiner Oberfläche befindet, ist die Strahlung des Empfangssignals stark, da sich kein Hindernis in seinem Weg befindet. Daher erhält der Elektromotor von der Steuerung ein Signal zum Absenken der Ausrüstung. Die Position der Messvorrichtung steuert das Signal im Tank durch kontinuierliches Einspeisen und Verarbeiten der Wellenformen.
Ultraschallkontrollverfahren
Das Funktionsprinzip ähnelt dabei in vielerlei Hinsicht der Funkfrequenzsteuerung, bei der ein Funksignal ausgesendet wird und der Füllgrad des Produktionsraumes durch die Charakteristik seiner Reflexion am Messmedium festgelegt wirdBehälter. Beim Ultraschallverfahren werden jedoch spezielle akustische Instrumente zur Füllstandsmessung eingesetzt. Das heißt, Schallwellen breiten sich aus, und die Funktionsweise der Geräte ähnelt den Prinzipien der Ortung. Die Anzeigen werden entsprechend dem Zeitpunkt des Durchgangs der Abstandsschwankungen vom Sender zur Medientrennlinie und zurück zum Empfangsgerät fixiert. Die Lage der Grenzfläche wird aus den Seiten der Luft (Gas) und des Zielarbeitsmediums bestimmt. So funktionieren kombinierte Hochpräzisionsgeräte, aber in der Gruppe der Ultraschall-Füllstandsmessgeräte gibt es Geräte, die gezielt nur Gas-Luft (ungefüllt) oder nur die Arbeitsumgebung kontrollieren können.
Mikrowellenmethoden
Eine der beliebtesten berührungslosen Messtechnologien, die die Techniken und Prinzipien der elektromagnetischen Kontrolle durch Radar kombiniert. Die vielversprechendste Technik dieser Klasse kann als gerichtete elektromagnetische Messung bezeichnet werden, bei der der Signalreflexionskoeffizient auf der Grundlage von Mikrowellenimpulsen bestimmt wird, die bis zum Boden des Tanks eindringen können und verschiedene Arten von unerwünschten Verunreinigungen und Schlammpartikeln umgehen. Das zurückgesendete Signal oder ein Teil davon wird auf Vollständigkeit und Geschwindigkeitseigenschaften gemessen. Unter Berücksichtigung der Zeit seines Durchgangs wird der Füllgrad bestimmt. Mikrowellenmethoden zur Messung des Füllstands von Arbeitsmedien werden häufig bei technologischen Aufgaben zur Steuerung des Füllens von körnigen und pulverförmigen Materialien eingesetzt. In solchen Branchen werden Sonden verwendetmit einer einfachen Aufhängung an Kabeln, während in Bezug auf Flüssigkeiten Doppel- und Stangentragkonstruktionen verwendet werden. Generell rechtfertigt sich die Werkzeugoptimierung beim Arbeiten mit Festkörpern aus Gründen physikalischer und mechanischer Eigenschaften, die mit technischen Einschränkungen bei der Organisation von Messprozessen einhergehen.
Schlussfolgerung
Technologien zur Entwicklung von Füllstandsmessgeräten zur Überwachung von Prozessmedien haben in den letzten Jahren mehrere grundlegend wichtige Entwicklungsstufen durchlaufen, die die Prinzipien solcher Messungen verändert haben. Zu den wichtigsten gehören die Umstellung auf berührungslose Messverfahren und die Erweiterung der Fähigkeiten beim Arbeiten mit aggressiven Flüssigkeiten. Heute kann dieselbe berührungslose HF- oder elektromagnetische Methode eine genaue Kontrolle von Rohöl, Säure, geschmolzenem Schwefel und flüssigem Ammoniak ermöglichen.
