V mnohých priemyselných odvetviach sa tekuté a sypké materiály používajú ako technologické médiá. V režimoch in-line výroby produktov a najmä s automatickým riadením je potrebné neustále sledovanie parametrov pracovných materiálov. Najbežnejším prostriedkom takejto kontroly je meranie hladiny, počas ktorého sa sleduje stupeň naplnenia toho či onoho kapacitného zariadenia.
Implementácia technológie
Hladinou sa v tomto prípade rozumie výška naplnenia technologického zariadenia (nádrž, zásobník, nádrž, piest) pracovným médiom. Samotná znalosť tejto hodnoty je nevyhnutná pre riadenie a kontrolu výrobného procesu. Najmä takéto merania sú nevyhnutnou operáciou v chemickom, ropnom a potravinárskom priemysle. Vďaka znalosti úrovne naplnenia nádrže na zber vyčisteného oleja môže operátor napríklad nastaviť optimálne parametre pre prevádzku čerpacieho čerpadlastaníc. A opäť, mnoho priemyselných odvetví funguje na automatizácii, takže výstupné údaje môžu byť spracované regulátormi, ktoré aj bez účasti operátora dávajú príkazy výkonným jednotkám, berúc do úvahy prijaté informácie o úrovni naplnenia riadeného prístroja.. V závislosti od konkrétnej technologickej prevádzky a účtovných požiadaviek sa môžu meniť rôzne jednotky merania hladiny – existujú napríklad metódy so širokým rozsahom merania od 0,5 do 20 m, ako aj špecializované laboratórne kontrolné schémy, ktoré zohľadňujú úzky rozsah od 0 až 500 mm. Priame meranie je realizované fyzikálnymi, elektromagnetickými a ultrazvukovými prístrojmi, z ktorých niektoré zaznamenávajú aj vlastnosti média – chemické zloženie, tlak, teplotu atď.
Vizuálne ovládacie prvky
Najjednoduchší spôsob riešenia problému, pri ktorom stačí použiť štandardný merací prístroj. Používajú sa rulety, pravítka, priezory a iné zariadenia, ktoré sú v zásade použiteľné v daných podmienkach konkrétneho výrobného prostredia. Najtechnologickejším prostriedkom na meranie hladiny tohto typu je diaľkový alebo bypassový indikátor. Inštaluje sa do boku nádrže pomocou závitových, prírubových alebo zváraných spojov. Proces indikácie zabezpečuje priehľadná trubica, ktorá sa plní, keď hladina kvapaliny v cieľovej nádrži stúpa. Modernejšie obtoky využívajú valcové plaváky s magnetickýmiindikačný systém. Ale aj takýto dizajn sa považuje za zastaraný kvôli značným obmedzeniam v komunikačných schopnostiach prepojenia s riadiacou elektronikou a automatizačným zariadením.
Pohyblivá metóda merania
Tiež jeden z najjednoduchších tradičných spôsobov kontroly úrovne naplnenia tekutých médií. Je založená na fixovaní polohy plaváka na samotnom povrchu obsluhovanej kvapaliny. Riadenie sa vykonáva podľa rôznych princípov - mechanického, magnetického a magnetostrikčného. V procese pohybu sa mení povaha spojenia medzi plavákom a prvkom, ktorý ho ovláda, napríklad pevne upevnená páka. Uhol pripevnenia sa mení, keď plavák stúpa, čo je fixované meracím systémom. Typicky sa tento typ merania hladiny vyskytuje v procese premeny rovnakého uhla na elektrický signál. Najčastejšie ani nehovoríme o zohľadnení konkrétnych indikácií, ale o registrácii momentu dosiahnutia konkrétnej hodnoty. Inými slovami, keď plavák dosiahne nastavenú úroveň výšky, aktivuje sa hladinový spínač. V najjednoduchších obvodoch sa kontakty zatvoria, čo vedie k určitým technologickým akciám - napríklad sa zastaví funkcia čerpadla kvapaliny.
Hydrostatické merania tekutín
Kľúčovým faktorom merania v tomto systéme hladinomerov je hydrostatický tlak. To znamená, že sa používa tlakomer s vhodnými charakteristikami a ponorný snímač tlaku. Okrem toho je dôležitou podmienkou kontrolyoddelenie snímača od pracovného média špeciálnou membránou na jednej strane a na druhej strane je potrebné dodať atmosférický tlak cez kapilárny prívod z plniva. V procese merania s týmto typom hladiny sa kontroluje nadmerný tlak, ktorého indikátor ovplyvňuje charakteristiky generovania jednotného signálu. K tlakomeru je pripojené aj elektrické zariadenie s meničom, ktoré je zodpovedné za informovanie o určitých zmenách, ktoré nastali v kontrolovanom prostredí. Alternatívne k tejto metóde merania hydrostatického tlaku je možné regulovať tlak plynu, ktorý je čerpaný do analógu kapiláry zo strany kvapaliny plniacej nádrž. Tento model hydrostatického tlakomeru sa nazýva piezometrický.
Radarové hladinomery
V niektorých odvetviach sa na meranie výškových úrovní plnenia procesnými médiami používa univerzálny prístup. Pre prácu s kvapalinami, plynmi a sypkými materiálmi sú optimálne vhodné radarové zariadenia, ktorých činnosť je založená na analýze frekvenčne modulovaných kmitov. Meria sa čas šírenia a návratu netlmených kmitov zo špeciálnych antén do obsluhovaného prostredia. Vlnové pásma sa môžu meniť od jedného do desiatok GHz. Samotné vysielacie a prijímacie antény môžu mať iné zariadenie a charakteristiky žiarenia. Na meranie hladiny kvapalín v chemickom priemysle sa používajú napríklad prútové antény.s rozsahom merania výšky do 20 m. Pre médiá, ktorých riadenie má zvýšené požiadavky z hľadiska presnosti, sa používajú parabolické a planárne zariadenia. Zvyčajne ide o oblasti technického účtovníctva, kde je dôležité zafixovať miery do 1 mm.
Používanie rádioizotopových techník
Hlavnou špecializáciou tohto typu hladinomerov je kontrola sypkých materiálov a kvapalných médií v uzavretých nádržiach. Princíp činnosti rádioizotopového prístroja je založený na absorpcii gama lúčov, ktoré prechádzajú vrstvou cieľového média. Technicky je proces merania organizovaný pomocou zdroja žiarenia a prijímača. Obe zariadenia sú zavesené alebo namontované na nosnej konštrukcii a sú ovládané reverzibilným elektromotorom, ktorý mení svoju výšku v závislosti od aktuálnej hladiny naplnenia. Ak je systém na meranie hladiny pracovného média nad jeho povrchom, potom bude žiarenie z prijímaného signálu silné, pretože v jeho ceste nie je žiadna prekážka. Preto elektrický motor z ovládača dostane signál na spustenie zariadenia. Poloha meracieho zariadenia bude riadiť signál v nádrži nepretržitým podávaním a spracovaním priebehov.
Ultrazvukové metódy ovládania
Princíp činnosti je v tomto prípade v mnohých ohľadoch podobný rádiofrekvenčnému riadeniu, pri ktorom je vysielaný rádiový signál a stupeň zaplnenia výrobného priestoru je daný charakteristikou jeho odrazu od meraného média.kontajnerov. Ultrazvuková metóda však využíva špeciálne akustické prístroje na meranie hladiny naplnenia. To znamená, že sa šíria zvukové vlny a fungovanie zariadenia je podobné princípom umiestnenia. Indikátory sú fixné podľa času prechodu kolísania vzdialenosti od žiariča k línii separácie média a späť k prijímaciemu zariadeniu. Umiestnenie rozhrania sa určuje zo strán vzduchu (plynu) a cieľového pracovného média. Takto fungujú kombinované vysoko presné prístroje, no v skupine ultrazvukových hladinomerov sú prístroje, ktoré dokážu cielene kontrolovať len plyn-vzduch (nenaplnené) alebo len pracovné prostredie.
Mikrovlnné metódy
Jedna z najpopulárnejších bezkontaktných meracích technológií, ktorá kombinuje techniky a princípy radarového elektromagnetického riadenia. Najsľubnejšou technikou tejto triedy možno nazvať smerové elektromagnetické meranie, pri ktorom sa koeficient odrazu signálu určuje na základe mikrovlnných impulzov, ktoré môžu preniknúť na dno nádrže a obísť rôzne druhy nežiaducich nečistôt a častíc kalu. Vrátený signál alebo jeho časť sa meria na úplnosť a rýchlostné charakteristiky. S prihliadnutím na čas jeho prechodu sa určí stupeň plnosti. Mikrovlnné metódy merania hladiny pracovných médií sú široko používané v technologických úlohách riadenia plnenia zrnitých a práškových materiálov. V takýchto odvetviach sa používajú sondys jednoduchým zavesením na káble, zatiaľ čo vo vzťahu k kvapalinám sa používajú dvojité a tyčové nosné konštrukcie. Vo všeobecnosti je optimalizácia nástrojov pri práci s pevnými látkami opodstatnená z dôvodov fyzikálnych a mechanických vlastností, ktoré sú spojené s technickými obmedzeniami v organizácii procesov merania.
Záver
Technológie na vývoj hladinomerov na monitorovanie procesných médií prešli v posledných rokoch niekoľkými zásadne dôležitými fázami vývoja, ktoré zmenili princípy takýchto meraní. Medzi najdôležitejšie z nich patrí prechod na bezkontaktné metódy merania a rozšírenie schopností pri práci s agresívnymi kvapalinami. Dnes môže rovnaká bezkontaktná RF alebo elektromagnetická metóda poskytnúť presnú kontrolu ropy, kyseliny, roztavenej síry a kvapalného amoniaku.
