V mnoha průmyslových odvětvích se jako technologická média používají tekuté a sypké materiály. V režimech řadové výroby produktů a zejména s automatickým řízením je vyžadováno neustálé sledování parametrů pracovních materiálů. Nejběžnějším prostředkem takové kontroly je měření hladiny, při kterém se sleduje stupeň naplnění toho či onoho kapacitního zařízení.
Implementace technologie
Hladinou se v tomto případě rozumí výška naplnění technologického zařízení (nádrž, zásobník, nádrž, píst) pracovním médiem. Sama o sobě je znalost této hodnoty nezbytná pro řízení a kontrolu výrobního procesu. Zejména jsou taková měření nezbytnou operací v chemickém, ropném a potravinářském průmyslu. Znalost hladiny naplnění nádrže například pro sběr vyčištěného oleje může operátor nastavit optimální parametry pro provoz čerpacího čerpadlastanic. A opět, mnoho průmyslových odvětví funguje na automatizaci, takže výstupní data mohou být zpracována řídicími jednotkami, které i bez účasti operátora dávají příkazy výkonným jednotkám s přihlédnutím k obdrženým informacím o stavu naplnění řízeného zařízení.. V závislosti na konkrétním technologickém provozu a účetních požadavcích se mohou různé jednotky měření hladiny měnit – existují například metody s širokým rozsahem měření od 0,5 do 20 m, stejně jako specializovaná laboratorní kontrolní schémata, která zohledňují úzký rozsah od 0 až 500 mm. Přímé měření je prováděno fyzikálními, elektromagnetickými a ultrazvukovými zařízeními, z nichž některá zaznamenávají i vlastnosti média – chemické složení, tlak, teplotu atd.
Vizuální ovládací prvky
Nejjednodušší způsob řešení problému, při kterém stačí použít standardní měřicí přístroj. Používají se rulety, pravítka, průhledítka a další zařízení, která jsou v zásadě použitelná v daných podmínkách konkrétního výrobního prostředí. Nejtechnologičtějším prostředkem měření hladiny tohoto typu je dálkový nebo bypassový indikátor. Instaluje se do boku nádrže pomocí závitových, přírubových nebo svařovaných spojů. Proces indikace zajišťuje průhledná trubice, která se plní, když hladina kapaliny v cílové nádrži stoupá. Modernější bypassy používají válcové plováky s magnetickýmindikační systém. Ale i takový návrh je považován za zastaralý kvůli značným omezením komunikačních schopností rozhraní s řídicí elektronikou a automatizačním zařízením.
Plovákový způsob měření
Také jeden z nejjednodušších tradičních způsobů kontroly úrovně plnění tekutých médií. Je založena na fixaci polohy plováku na samotném povrchu obsluhované kapaliny. Řízení se provádí podle různých principů - mechanického, magnetického a magnetostrikčního. V procesu pohybu se mění povaha spojení mezi plovákem a prvkem, který jej ovládá, například pevně upevněnou pákou. Úhel upevnění se změní, když se plovák zvedne, což je fixováno systémem měření. Typicky se tento typ měření hladiny vyskytuje v procesu převodu stejného úhlu na elektrický signál. Nejčastěji ani nehovoříme o zohlednění konkrétních indikací, ale o registraci okamžiku dosažení konkrétní hodnoty. Jinými slovy, když plovák dosáhne nastavené výšky hladiny, aktivuje se hladinový spínač. V nejjednodušších obvodech se kontakty sepnou, což vede k určitým technologickým akcím - například se zastaví funkce kapalinového čerpadla.
Hydrostatická měření kapalin
Klíčovým faktorem měření v tomto systému hladinoměrů je hydrostatický tlak. To znamená, že se používá manometr s vhodnými charakteristikami a ponorný snímač tlaku. Kromě toho je důležitou podmínkou kontrolyoddělení snímače od pracovního média speciální membránou na jedné straně a na straně druhé je třeba přivádět atmosférický tlak kapilárním přívodem z plniva. V procesu měření s tímto typem hladiny je řízen přetlak, jehož indikátor ovlivňuje charakteristiku generování jednotného signálu. K tlakoměru je také připojeno elektrické zařízení s převodníkem, které má na starosti upozornění na určité změny, ke kterým v řízeném prostředí došlo. Alternativně k tomuto způsobu měření hydrostatického tlaku je možné řídit tlak plynu, který je čerpán do analogu kapiláry ze strany kapaliny plnící nádrž. Tento model hydrostatického tlakoměru se nazývá piezometrický.
Radarové hladinoměry
V některých průmyslových odvětvích se k měření úrovní výšky plnění procesními médii používá univerzální přístup. Pro práci s kapalinami, plyny a sypkými materiály se optimálně hodí radarové zařízení, jehož činnost je založena na analýze frekvenčně modulovaných kmitů. Měří se doba šíření a návratu netlumených kmitů ze speciálních antén do obsluhovaného prostředí. Vlnová pásma se mohou lišit od jednoho do desítek GHz. Samotné vysílací a přijímací antény mohou mít jiné zařízení a vyzařovací charakteristiky. Pro měření hladiny kapalin v chemickém průmyslu se například používají prutové antény.s rozsahem měření výšky až 20 m. Pro média, na jejichž ovládání jsou kladeny zvýšené požadavky z hlediska přesnosti, se používají parabolická a planární zařízení. Obvykle se jedná o oblasti technického účetnictví, kde je důležité zafixovat rozměry do 1 mm.
Použití radioizotopových technik
Hlavní specializací tohoto typu hladinoměrů je kontrola sypkých materiálů a kapalných médií v uzavřených nádržích. Princip činnosti radioizotopového aparátu je založen na absorpci gama paprsků, které procházejí vrstvou cílového média. Technicky je proces měření organizován pomocí zdroje záření a přijímače. Obě zařízení jsou zavěšena nebo namontována na nosné konstrukci a jsou ovládána reverzním elektromotorem, který mění svou výšku v závislosti na aktuální hladině naplnění. Pokud je systém pro měření hladiny pracovního média nad jeho povrchem, bude záření z přijímacího signálu silné, protože v jeho cestě není žádná překážka. Proto je elektromotoru z ovladače dán signál ke spuštění zařízení. Poloha měřicího zařízení bude řídit signál v nádrži nepřetržitým podáváním a zpracováním křivek.
Ultrazvukové způsoby ovládání
Princip činnosti je v tomto případě v mnoha ohledech podobný radiofrekvenčnímu řízení, při kterém je vysílán rádiový signál a stupeň zaplnění výrobního prostoru je dán charakteristikou jeho odrazu od měřeného média.kontejnery. Ultrazvuková metoda však využívá speciální akustické přístroje k měření hladiny náplně. To znamená, že se šíří zvukové vlny a fungování zařízení je podobné principům umístění. Indikátory jsou fixovány podle doby průchodu kolísání vzdálenosti od emitoru k lince separace média a zpět k přijímacímu zařízení. Umístění rozhraní je určeno ze stran vzduchu (plynu) a cílového pracovního média. Takto fungují kombinovaná vysoce přesná zařízení, ale ve skupině ultrazvukových hladinoměrů jsou zařízení, která dokážou cíleně ovládat pouze plyn-vzduch (nenaplněný) nebo pouze pracovní prostředí.
Mikrovlnné metody
Jedna z nejpopulárnějších bezkontaktních měřicích technologií, která kombinuje techniky a principy radarového elektromagnetického řízení. Za nejslibnější techniku této třídy lze označit směrové elektromagnetické měření, při kterém se koeficient odrazu signálu zjišťuje na základě mikrovlnných pulzů, které mohou pronikat až ke dnu nádrže a obcházet různé druhy nežádoucích nečistot a kalových částic. Vrácený signál nebo jeho část se měří na úplnost a rychlostní charakteristiky. S přihlédnutím k době jeho průchodu je určen stupeň plnosti. Mikrovlnné metody měření hladiny pracovních médií jsou široce používány v technologických úlohách řízení plnění zrnitých a práškových materiálů. V takových průmyslových odvětvích se používají sondys jednoduchým zavěšením na kabelech, zatímco ve vztahu k kapalinám se používají dvojité a tyčové nosné konstrukce. Obecně platí, že optimalizace nástrojů při práci s pevnými látkami se ospravedlňuje z důvodů fyzikálních a mechanických vlastností, které jsou spojeny s technickými omezeními v organizaci měřicích procesů.
Závěr
V posledních letech prošly technologie pro vývoj hladinoměrů pro monitorování procesních médií několika zásadně důležitými fázemi vývoje, které změnily principy těchto měření. Mezi nejdůležitější z nich patří přechod na bezkontaktní metody měření a rozšíření schopností při práci s agresivními kapalinami. Dnes může stejná bezkontaktní RF nebo elektromagnetická metoda zajistit přesnou kontrolu ropy, kyselin, roztavené síry a kapalného amoniaku.
