Nivåsensor
Nivåsensorer detekterar nivån av vätskor och andra vätskor och fluidiserade fasta ämnen, inklusive slurry , granulära material och pulver som uppvisar en övre fri yta . Ämnen som flödar blir väsentligen horisontella i sina behållare (eller andra fysiska gränser) på grund av tyngdkraften , medan de flesta fasta ämnen staplas i en vilovinkel mot en topp. Ämnet som ska mätas kan vara inuti en behållare eller kan vara i sin naturliga form (t.ex. en flod eller en sjö). Nivåmätningen kan vara antingen kontinuerliga eller punktvärden. Kontinuerliga nivåsensorer mäter nivå inom ett specificerat område och bestämmer den exakta mängden ämne på en viss plats, medan punktnivåsensorer endast indikerar om ämnet är över eller under avkänningspunkten. I allmänhet upptäcker de senare nivåer som är överdrivet höga eller låga.
Det finns många fysiska och tillämpningsvariabler som påverkar valet av den optimala nivåövervakningsmetoden för industriella och kommersiella processer. Urvalskriterierna inkluderar fysikalisk: fas (flytande, fast eller slurry), temperatur , tryck eller vakuum , kemi , mediums dielektricitetskonstant , densitet (specifik vikt) för mediet, omrörning (verkan) , akustiskt eller elektriskt brus, vibrationer , mekaniska stöt , tank eller behållare storlek och form. Också viktiga är applikationsbegränsningarna: pris, noggrannhet, utseende, svarsfrekvens, enkel kalibrering eller programmering , fysisk storlek och montering av instrumentet, övervakning eller kontroll av kontinuerliga eller diskreta (punkt)nivåer. Kort sagt, nivåsensorer är en av de mycket viktiga sensorerna och spelar en mycket viktig roll i en mängd olika konsument-/industritillämpningar. Som med andra typer av sensorer finns nivåsensorer tillgängliga eller kan designas med hjälp av en mängd olika avkänningsprinciper. Valet av en lämplig typ av sensor som passar applikationskraven är mycket viktigt.
Punkt- och kontinuerlig nivådetektion för fasta ämnen
En mängd olika sensorer finns tillgängliga för punktnivådetektering av fasta ämnen. Dessa inkluderar vibrerande, roterande paddel, mekaniska ( membran ), mikrovågs ( radar ), kapacitans, optiska, pulserande ultraljud och ultraljudsnivåsensorer .
Vibrationspunkt
Dessa detekterar nivåer av mycket fina pulver (bulkdensitet: 0,02–0,2 g/cm 3 ), fina pulver (bulkdensitet: 0,2–0,5 g/cm 3 ) och granulära fasta ämnen (bulkdensitet: 0,5 g/cm 3 eller mer) . Med rätt val av vibrationsfrekvens och lämpliga känslighetsjusteringar kan de också känna av nivån av mycket fluidiserade pulver och elektrostatiska material.
Vibrerande nivåsensorer med en sond är idealiska för bulkpulvernivå. Eftersom endast ett avkänningselement kommer i kontakt med pulvret, elimineras överbryggning mellan två sondelement och mediauppbyggnad minimeras. Sondens vibration tenderar att eliminera ansamling av material på sondelementet. Vibrationsnivåsensorer påverkas inte av damm, statisk laddning från dielektriska pulver eller förändringar i konduktivitet, temperatur, tryck, fuktighet eller fukthalt. Stämgaffel-stil vibrationssensorer är ett annat alternativ. De tenderar att vara billigare, men är benägna att material ansamlas mellan pinnarna,
Roterande paddel
Roterande paddelnivåsensorer är en mycket gammal och etablerad teknik för bulk-nivåindikering. Tekniken använder en lågvarvig växelmotor som roterar ett skovelhjul. När paddeln har stannat av fasta material, roteras motorn på sin axel med sitt eget vridmoment tills en fläns monterad på motorn kommer i kontakt med en mekanisk brytare. Paddeln kan konstrueras av en mängd olika material, men klibbigt material får inte tillåtas byggas upp på paddeln. Ansamling kan inträffa om processmaterialet blir klibbigt på grund av höga fuktnivåer eller hög luftfuktighet i behållaren. För material med mycket låg vikt per volymenhet som perlit , bentonit eller flygaska , används speciella paddlar och motorer med lågt vridmoment. Fina partiklar eller damm måste förhindras från att tränga in i axellagren och motorn genom att placera skoveln på rätt sätt i behållaren eller behållaren och använda lämpliga tätningar.
Antagningstyp
En RF-admittansnivåsensor använder en stavsond och RF-källa för att mäta förändringen i admittans . Sonden drivs genom en skärmad koaxialkabel för att eliminera effekterna av att ändra kabelkapacitans till jord. När nivån ändras runt sonden observeras en motsvarande förändring i dielektrikumet. Detta ändrar admittansen för denna ofullkomliga kondensator och denna förändring mäts för att detektera nivåändring.
Punktnivådetektering av vätskor
Typiska system för punktnivådetektering i vätskor inkluderar magnetiska och mekaniska flottörer, trycksensorer, elektroledande avkänning eller elektrostatiska (kapacitans eller induktans) detektorer – och genom mätning av en signals flygtid till vätskeytan, genom elektromagnetiska (som magnetostriktiva) ), ultraljud, radar eller optiska sensorer.
Magnetisk och mekanisk flottör
Principen bakom magnetiska, mekaniska, kabel- och andra flytnivåsensorer involverar ofta öppning eller stängning av en mekanisk strömbrytare, antingen genom direktkontakt med strömbrytaren, eller magnetisk drift av en tung. I andra fall, såsom magnetostriktiva sensorer, är kontinuerlig övervakning möjlig med hjälp av en flytprincip.
Med magnetiskt aktiverade flottörsensorer sker omkoppling när en permanentmagnet som är tätad inuti en flottör stiger eller faller till aktiveringsnivån. Med en mekaniskt manövrerad flottör sker omkoppling som ett resultat av att en flottör förflyttas mot en miniatyr (mikro) omkopplare. För både magnetiska och mekaniska nivåsensorer påverkar kemisk kompatibilitet, temperatur, specifik vikt (densitet), flytkraft och viskositet valet av skaft och flottör. Till exempel kan större flottörer användas med vätskor med specifik vikt så låga som 0,5 samtidigt som flytkraften bibehålls. Valet av flytmaterial påverkas också av temperaturinducerade förändringar i specifik vikt och viskositet – förändringar som direkt påverkar flytförmågan.
Sensorer av flyttyp kan utformas så att en skärm skyddar själva flottören från turbulens och vågrörelser. Flytsensorer fungerar bra i en mängd olika vätskor, inklusive frätande ämnen. När de används för organiska lösningsmedel måste man dock verifiera att dessa vätskor är kemiskt kompatibla med materialen som används för att konstruera sensorn. Flytsensorer bör inte användas med högviskösa (tjocka) vätskor, slam eller vätskor som fäster vid skaftet eller flottörer, eller material som innehåller föroreningar som metallspån; andra avkänningstekniker är bättre lämpade för dessa applikationer.
En speciell tillämpning av sensorer av flyttyp är bestämning av gränssnittsnivå i olje-vattenseparationssystem. Två flottörer kan användas med varje flottör dimensionerad för att matcha oljans specifika vikt å ena sidan och vattnet å andra sidan. En annan speciell tillämpning av en flottörbrytare av spindeltyp är installationen av temperatur- eller trycksensorer för att skapa en flerparametersensor. Magnetiska flottörbrytare är populära för enkelhet, pålitlighet och låg kostnad.
En variant av magnetisk avkänning är " Hall-effekt "-sensorn som använder magnetisk avkänning av en mekanisk mätares indikationer. I en typisk tillämpning är en magnetismkänslig "Hall-effektsensor" fastsatt på en mekanisk tankmätare som har en magnetiserad indikatornål, för att detektera den indikerande positionen för mätarens nål. Den magnetiska sensorn översätter indikatornålens position till en elektrisk signal, vilket tillåter annan (vanligtvis fjärr) indikering eller signalering.
Pneumatisk
Pneumatiska nivåsensorer används där det finns farliga förhållanden, där det inte finns någon elektrisk kraft eller dess användning är begränsad, eller i applikationer som involverar tungt slam eller slam. Eftersom kompressionen av en luftpelare mot ett membran används för att aktivera en omkopplare, kommer ingen processvätska i kontakt med sensorns rörliga delar . Dessa sensorer är lämpliga för användning med högviskösa vätskor som fett, samt vattenbaserade och frätande vätskor. Detta har den ytterligare fördelen att det är en relativt låg kostnadsteknik för punktnivåövervakning. En variant av denna teknik är "bubblaren", som komprimerar luft i ett rör till botten av tanken, tills tryckökningen upphör när lufttrycket blir tillräckligt högt för att driva ut luftbubblor från botten av röret och övervinna trycket där. Mätningen av det stabiliserade lufttrycket indikerar trycket i botten av tanken, och därmed massan av vätska ovanför.
Ledande
Konduktiva nivåsensorer är idealiska för punktnivådetektering av ett brett spektrum av ledande vätskor som vatten, och är särskilt väl lämpade för starkt korrosiva vätskor som kaustiksoda, saltsyra, salpetersyra, järnklorid och liknande vätskor. För de ledande vätskor som är frätande måste sensorns elektroder vara tillverkade av titan, Hastelloy B eller C eller 316 rostfritt stål och isolerade med distanser, separatorer eller hållare av keramiska, polyeten- och teflonbaserade material. Beroende på deras design kan flera elektroder av olika längd användas med en hållare. Eftersom frätande vätskor blir mer aggressiva när temperatur och tryck ökar, måste dessa extrema förhållanden beaktas när dessa sensorer specificeras.
Konduktiva nivåsensorer använder en strömbegränsad lågspänningskälla som appliceras över separata elektroder. Strömförsörjningen är anpassad till vätskans konduktivitet, med versioner med högre spänning utformade för att fungera i mindre ledande (högre motstånd) medier. Strömkällan innehåller ofta någon aspekt av styrning, såsom hög-låg eller alternerande pumpstyrning. En ledande vätska som kommer i kontakt med både den längsta sonden (gemensam) och en kortare sonden (retur) fullbordar en ledande krets. Konduktiva sensorer är extremt säkra eftersom de använder låga spänningar och strömmar. Eftersom strömmen och spänningen som används är små, av personliga säkerhetsskäl, kan tekniken också göras egensäker för att uppfylla internationella standarder för farliga platser . Konduktiva sonder har den ytterligare fördelen att de är solid-state-enheter och är mycket enkla att installera och använda. I vissa vätskor och applikationer kan underhåll vara ett problem. Sonden måste fortsätta att vara ledande. Om ansamlingar isolerar sonden från mediet kommer den att sluta fungera korrekt. En enkel inspektion av sonden kräver en ohmmeter ansluten över den misstänkta sonden och jordreferensen.
Typiskt, i de flesta vatten- och avloppsbrunnar, ger själva brunnen med sina stegar, pumpar och andra metallinstallationer en markåtergång. Men i kemikalietankar och andra icke-jordade brunnar måste installatören tillhandahålla en jordretur, vanligtvis en jordstav.
Tillståndsberoende frekvensmonitor
En mikroprocessorstyrd metod för detektering av frekvenstillståndsändring använder en signal med låg amplitud som genereras på flera sensorsonder med olika längd. Varje sond har en frekvens som är separat från alla andra prober i arrayen och ändrar oberoende tillstånd när de berörs av vatten. Tillståndsändringen av frekvensen på varje sond övervakas av en mikroprocessor som kan utföra flera vattennivåkontrollfunktioner.
En styrka hos tillståndsberoende frekvensövervakning är långtidsstabiliteten hos avkänningssonderna. Signalstyrkan är inte tillräcklig för att orsaka nedsmutsning, försämring eller försämring av sensorerna på grund av elektrolys i förorenat vatten. Kraven på sensorrengöring är minimala eller eliminerade. Användning av flera avkänningsstavar av olika längd gör att användaren intuitivt kan ställa in kontrollbrytare på olika vattenhöjder.
Mikroprocessorn i en tillståndsberoende frekvensmonitor kan aktivera ventiler och/eller stora pumpar med mycket låg strömförbrukning. Flera switchkontroller kan byggas in i ett litet paket samtidigt som de tillhandahåller komplex, applikationsspecifik funktionalitet med hjälp av mikroprocessorn. Låg strömförbrukning för kontrollerna är konsekvent över stora och små fälttillämpningar. Denna universella teknologi används i applikationer med bred vätskekvalitet.
Sensorer för både punktnivådetektering och kontinuerlig övervakning
Ultraljuds
Ultraljudsnivåsensorer används för beröringsfri nivåavkänning av högviskösa vätskor, såväl som fasta ämnen. De används också i stor utsträckning i vattenbehandlingsapplikationer för pumpstyrning och öppen kanalflödesmätning. Sensorerna avger högfrekventa (20 kHz till 200 kHz) akustiska vågor som reflekteras tillbaka till och detekteras av den emitterande givaren.
Ultraljudsnivåsensorer påverkas också av ljudets växlande hastighet på grund av fukt, temperatur och tryck. Korrektionsfaktorer kan tillämpas på nivåmätningen för att förbättra mätnoggrannheten.
Turbulens, skum, ånga, kemisk dimma (ångor) och förändringar i koncentrationen av processmaterialet påverkar också ultraljudssensorns respons. Turbulens och skum förhindrar att ljudvågen reflekteras ordentligt till sensorn; ånga och kemiska dimma och ångor förvränger eller absorberar ljudvågen; och variationer i koncentration orsakar förändringar i mängden energi i ljudvågen som reflekteras tillbaka till sensorn. Stilla brunnar och vågledare används för att förhindra fel orsakade av dessa faktorer.
Korrekt montering av givaren krävs för att säkerställa bästa respons på reflekterat ljud. Dessutom bör behållaren, behållaren eller tanken vara relativt fria från hinder såsom svetsar, fästen eller stegar för att minimera falska returer och den resulterande felaktiga responsen, även om de flesta moderna system har tillräckligt "intelligent" ekobehandling för att göra stora tekniska förändringar onödigt förutom där ett intrång blockerar givarens siktlinje till målet. Eftersom ultraljudsgivaren används både för att sända och ta emot den akustiska energin, utsätts den för en period av mekanisk vibration som kallas "ringning". Denna vibration måste dämpas (stoppa) innan den ekade signalen kan bearbetas. Nettoresultatet är ett avstånd från givarens yta som är blind och inte kan upptäcka ett föremål. Det är känt som "blankningszonen", vanligtvis 150 mm till 1 m, beroende på givarens räckvidd.
Kravet på elektronisk signalbehandlingskrets kan användas för att göra ultraljudssensorn till en intelligent enhet. Ultraljudssensorer kan utformas för att ge punktnivåkontroll, kontinuerlig övervakning eller både och. På grund av närvaron av en mikroprocessor och relativt låg strömförbrukning, finns det också möjlighet för seriell kommunikation från till andra datorenheter, vilket gör detta till en bra teknik för att justera kalibrering och filtrering av sensorsignalen, trådlös fjärrövervakning eller anläggningsnätverkskommunikation. Ultraljudssensorn åtnjuter stor popularitet på grund av den kraftfulla mixen av lågt pris och hög funktionalitet.
Kapacitans
Kapacitansnivåsensorer utmärker sig när det gäller att känna av närvaron av en mängd olika fasta ämnen, vattenhaltiga och organiska vätskor och slam. Tekniken hänvisas ofta till som RF för de radiofrekvenssignaler som appliceras på kapacitanskretsen. Sensorerna kan utformas för att känna av material med dielektriska konstanter så låga som 1,1 (koks och flygaska) och så höga som 88 (vatten) eller mer. Slam och slam såsom torkad kaka och avloppsslam (dielektrisk konstant ca 50) och flytande kemikalier som bränd kalk (dielektrisk konstant ca 90) kan också avkännas. Kapacitansnivåsensorer med dubbla sondar kan också användas för att känna av gränssnittet mellan två oblandbara vätskor med väsentligt olika dielektricitetskonstanter, vilket ger ett solid state-alternativ till den tidigare nämnda magnetiska flottöromkopplaren för applikationen "olja-vattengränssnitt".
Eftersom kapacitansnivåsensorer är elektroniska enheter gör fasmodulering och användning av högre frekvenser sensorn lämplig för applikationer där dielektriska konstanter är lika. Sensorn innehåller inga rörliga delar, är robust, enkel att använda och lätt att rengöra och kan designas för applikationer med hög temperatur och tryck. En fara föreligger från uppbyggnad och urladdning av en statisk högspänningsladdning som är ett resultat av gnidning och rörelse av låga dielektriska material, men denna fara kan elimineras med korrekt design och jordning.
Lämpligt val av sondmaterial minskar eller eliminerar problem orsakade av nötning och korrosion. Punktnivåavkänning av lim och högviskösa material som olja och fett kan resultera i att material ansamlas på sonden; detta kan dock minimeras genom att använda en självinställningssensor. För vätskor som är benägna att skumma och applikationer som är benägna att stänka eller turbulens kan kapacitansnivåsensorer utformas med bland annat stänkskydd eller stillbildsbrunnar.
En betydande begränsning för kapacitanssonder är i höga behållare som används för att lagra fasta ämnen. Kravet på en ledande sond som sträcker sig till botten av det uppmätta området är problematiskt. Långa ledande kabelsonder (20 till 50 meter långa), upphängda i behållaren eller silon, utsätts för enorma mekaniska spänningar på grund av vikten av bulkpulvret i silon och friktionen som appliceras på kabeln. Sådana installationer leder ofta till kabelbrott.
Optiskt gränssnitt
Optiska sensorer används för punktnivåavkänning av sediment, vätskor med suspenderade fasta ämnen och vätske-vätskegränssnitt. Dessa sensorer känner av minskningen eller förändringen i transmissionen av infrarött ljus som sänds ut från en infraröd diod (LED). Med rätt val av konstruktionsmaterial och monteringsplats kan dessa sensorer användas med vattenhaltiga, organiska och frätande vätskor.
En vanlig tillämpning av ekonomiska infrarödbaserade optiska gränssnittspunktnivåsensorer är att detektera gränssnittet mellan slam och vatten i sedimenteringsdammar. Genom att använda pulsmoduleringstekniker och en infraröd diod med hög effekt kan man eliminera störningar från omgivande ljus, driva lysdioden med en högre förstärkning och minska effekterna av uppbyggnad på sonden.
Ett alternativt tillvägagångssätt för kontinuerlig optisk nivåavkänning involverar användningen av en laser. Laserljus är mer koncentrerat och är därför mer kapabelt att tränga igenom dammiga eller ångande miljöer. Laserljus reflekteras från de flesta fasta, flytande ytor. Flygtiden kan mätas med exakta tidskretsar för att bestämma ytans räckvidd eller avstånd från sensorn. Lasrar är fortfarande begränsade i användning i industriella applikationer på grund av kostnader och oro för underhåll. Optiken måste rengöras ofta för att upprätthålla prestanda.
Mikrovågsugn
Mikrovågssensorer är idealiska för användning i fuktiga, ångformiga och dammiga miljöer samt i applikationer där temperaturer och tryck varierar. Mikrovågor (även ofta beskrivna som radar) kommer att penetrera temperatur- och ångskikt som kan orsaka problem för andra tekniker, såsom ultraljud. Mikrovågor är elektromagnetisk energi och kräver därför inte luftmolekyler för att överföra energin, vilket gör dem användbara i vakuum. Mikrovågor, som elektromagnetisk energi, reflekteras av föremål med höga ledande egenskaper, som metall och ledande vatten. Alternativt absorberas de i olika grader av "lågdielektriska" eller isolerande medier som plast, glas, papper, många pulver och livsmedel och andra fasta ämnen.
Mikrovågssensorer utförs i en mängd olika tekniker. Två grundläggande signalbehandlingstekniker tillämpas, som var och en erbjuder sina egna fördelar: pulsad eller tidsdomänreflektometri (TDR) som är ett mått på flygtiden dividerat med hastigheten för elektromagnetiska vågor i mediet (ljushastighet dividerat med kvadratroten av mediets dielektriska konstant), liknande ultraljudsnivåsensorer och Dopplersystem som använder FMCW-tekniker. Precis som med ultraljudsnivåsensorer exekveras mikrovågssensorer vid olika frekvenser, från 1 GHz till 60 GHz. Generellt gäller att ju högre frekvens desto mer exakt och desto dyrare. Mikrovågsugn utförs beröringsfri teknik eller guidad. Den första görs genom att övervaka en mikrovågssignal som sänds genom fritt utrymme (inklusive vakuum) och reflekteras tillbaka, eller kan utföras som en "radar på en tråd"-teknik, allmänt känd som guidad vågradar eller guidad mikrovågsradar. I den senare tekniken förbättras i allmänhet prestandan i pulver och lågdielektriska medier som inte är bra reflektorer av elektromagnetisk energi som sänds genom ett tomrum (som i beröringsfria mikrovågssensorer). Denna teknik kan använda applikationsspecifika vågledare för att få mer exakta resultat eller ytterligare information som krävs för sensorapplikation (t.ex. vissa sensorer kan använda tankdelar eller annan utrustning som en vågledare eller dess del). Det är vanligt att använda fjärrvågledare när vågledaren är på avstånd från elektronisk del (vanligtvis för reservoarer med svåra förhållanden, strålning eller kokande under högtrycksvätskor/gaser, etc.). Men med den styrda tekniken finns samma mekaniska begränsningar som orsakar problem för kapacitansteknikerna (RF) som nämnts tidigare genom att ha en sond i kärlet.
Beröringsfria mikrovågsbaserade radarsensorer kan se genom "mikrovågstransparenta" (icke-ledande) glas-/plastfönster eller kärlväggar med låg konduktivitet genom vilka mikrovågsstrålen kan passera och mäta en "mikrovågsreflekterande" (ledande) vätska inuti (på samma sätt som att använda en plastskål i en mikrovågsugn). De är också i stort sett opåverkade av hög temperatur, tryck, vakuum eller vibrationer. Eftersom dessa sensorer inte kräver fysisk kontakt med processmaterialet, så kan sändaren/mottagaren monteras på ett säkert avstånd ovanför/från processen, även med en antennförlängning på flera meter för att minska temperaturen, men ändå svara på nivåförändringarna eller avståndsändringar, t.ex. är de idealiska för mätning av smälta metallprodukter vid över 1200 °C. Mikrovågssändare erbjuder också samma nyckelfördelar med ultraljud: närvaron av en mikroprocessor för att bearbeta signalen, tillhandahåller många övervaknings-, kontroller, kommunikations-, inställnings- och diagnosfunktioner och är oberoende av förändrad densitet, viskositet och elektriska egenskaper. Dessutom löser de några av tillämpningsbegränsningarna för ultraljud: drift i högt tryck och vakuum, höga temperaturer, damm, temperatur och ångskikt. Guidade vågradarer kan mäta i trånga slutna utrymmen mycket framgångsrikt, eftersom styrelementet säkerställer korrekt överföring till och från den uppmätta vätskan. Tillämpningar såsom invändiga stillrör eller externa träns eller burar, erbjuder ett utmärkt alternativ till flyt- eller förskjutningsanordningar, eftersom de tar bort alla rörliga delar eller länkar och är opåverkade av densitetsförändringar eller uppbyggnad. De är också utmärkta med produkter med mycket låg mikrovågsreflektivitet som flytande gaser (LNG, LPG, ammoniak) som lagras vid låga temperaturer/höga tryck, även om försiktighet måste iakttas vid tätningsarrangemang och godkännanden av farliga områden. När det gäller fasta ämnen och pulver, erbjuder GWR ett utmärkt alternativ till radar- eller ultraljudssensorer, men viss försiktighet måste tas över kabelslitage och takbelastning av produktens rörelse.
En upplevd stor nackdel med mikrovågs- eller radartekniker för nivåövervakning är det relativt höga priset på sådana sensorer och komplexa uppsättningar. Priset har dock minskat avsevärt under de senaste åren, för att matcha de för ultraljud med längre räckvidd, med en förenklad installation av båda teknikerna som också förbättrar användarvänligheten.
Kontinuerlig nivåmätning av vätskor
Magnetostriktiv
Magnetostriktiva nivåsensorer liknar sensorer av flottörtyp genom att en permanentmagnet som är förseglad inuti en flottör färdas upp och ner på en skaft i vilken en magnetostriktiv tråd är förseglad. Dessa sensorer är idealiska för hög noggrannhet, kontinuerlig nivåmätning av en mängd olika vätskor i förvarings- och transportbehållare. Dessa sensorer kräver rätt val av flottör baserat på vätskans specifika vikt. Vid val av flottör- och spindelmaterial för magnetostriktiva nivåsensorer gäller samma riktlinjer som beskrivs för magnetiska och mekaniska nivåsensorer.
Magnetostriktiva nivå- och positionsanordningar laddar den magnetostriktiva tråden med elektrisk ström, när fältet skär flottörens magnetfält genereras en mekanisk vridning eller puls, denna åker tillbaka nerför tråden med ljudets hastighet, som ultraljud eller radar avståndet mäts efter tid för flygning från puls- till returpulsregistret. flygtiden motsvarar avståndet från sensorn som känner av returpulsen.
På grund av den noggrannhet som är möjlig med den magnetostriktiva tekniken är den populär för "vårdnadsöverföring"-applikationer. Det kan tillåtas av en byrå för vikter och mått för att genomföra kommersiella transaktioner. Det används också ofta på magnetiska siktar. I denna variant är magneten installerad i en flottör som rör sig inuti ett mätglas eller rör. Magneten verkar på sensorn som är monterad externt på mätaren. Pannor och andra högtemperatur- eller tryckapplikationer drar fördel av denna prestandakvalitet
Resistiv kedja
Resistiva kedjenivåsensorer liknar magnetiska flottörnivåsensorer genom att en permanentmagnet som är förseglad inuti en flottör rör sig upp och ner i en skaft där täta brytare och motstånd är tätade. När omkopplarna är slutna summeras motståndet och omvandlas till ström- eller spänningssignaler som är proportionella mot vätskenivån.
Valet av flyt- och stammaterial beror på vätskan vad gäller kemisk kompatibilitet samt specifik vikt och andra faktorer som påverkar flytförmågan. Dessa sensorer fungerar bra för vätskenivåmätningar inom marin, kemisk bearbetning, läkemedel, livsmedelsbearbetning, avfallsbehandling och andra applikationer. Med rätt val av två flottörer kan resistiva kedjenivåsensorer också användas för att övervaka förekomsten av ett gränssnitt mellan två oblandbara vätskor vars specifika vikt är mer än 0,6, men som skiljer sig med så lite som 0,1 enhet.
Magnetoresistiv
Magnetmotståndsnivåsensorer liknar nivåsensorer, men ett par permanentmagneter är förseglade inuti flottörarmens svängtapp. När flottören rör sig uppåt överförs rörelsen och läget som magnetfältets vinkelposition. Detta detekteringssystem är mycket exakt ner till 0,02° rörelse. Fältkompassplatsen ger en fysisk placering av flytpositionen. Valet av flottör- och stammaterial beror på vätskan vad gäller kemisk kompatibilitet samt specifik vikt och andra faktorer som påverkar flytförmågan hos flottören. Det elektroniska övervakningssystemet kommer inte i kontakt med vätskan och anses vara egensäkert eller explosionssäkert. Dessa sensorer fungerar bra för vätskenivåmätningar inom sjöfart, fordon, flyg, kemisk bearbetning, läkemedel, livsmedelsbearbetning, avfallsbehandling och andra tillämpningar.
På grund av närvaron av en mikroprocessor och låg strömförbrukning, finns det också möjlighet för seriell kommunikation från till andra datorenheter vilket gör detta till en bra teknik för att justera kalibrering och filtrering av sensorsignalen.
Hydrostatiskt tryck
Hydrostatiska trycknivågivare är nedsänkbara eller externt monterade tryckgivare som är lämpliga för att mäta nivån av frätande vätskor i djupa tankar eller vatten i reservoarer. Vanligtvis bestäms vätskenivån av trycket vid botten av vätskeinneslutningen (tank eller behållare); trycket i botten, justerat för vätskans densitet/specifik vikt, indikerar vätskans djup. För dessa sensorer är det viktigt att använda kemiskt kompatibla material för att säkerställa korrekt prestanda. Sensorer finns kommersiellt tillgängliga från 10 mbar till 1000 bar.
Eftersom dessa sensorer känner av ökande tryck med djupet och eftersom vätskornas specifika vikt är olika, måste sensorn kalibreras korrekt för varje applikation. Dessutom orsakar stora variationer i temperatur förändringar i specifik vikt som bör beaktas när trycket omvandlas till nivå. Dessa sensorer kan utformas för att hålla membranet fritt från föroreningar eller ansamlingar, vilket säkerställer korrekt drift och noggranna mätningar av hydrostatiska trycknivåer.
För användning i utomhusapplikationer, där sensorn inte kan monteras på botten av tanken eller röret därav, kan en speciell version av den hydrostatiska trycknivågivaren, en nivåsond, hängas upp från en kabel in i tanken till bottenpunkten som ska mätas. Sensorn måste vara speciellt utformad för att täta elektroniken från vätskemiljön. I tankar med ett litet tryckhöjd (mindre än 100 INWC) är det mycket viktigt att ventilera baksidan av sensormätaren till atmosfärstryck. Annars kommer normala förändringar i barometertrycket att introducera stora fel i sensorns utsignal. Dessutom behöver de flesta sensorer kompenseras för temperaturförändringar i vätskan.
Drift
Trycknivåsonder sänks ner direkt i vätskan och förblir permanent flytande ovanför tankens botten. Mätningen utförs enligt den hydrostatiska principen. Vätskekolonnens gravitationstryck orsakar en expansion av det tryckkänsliga sensorelementet, vilket omvandlar det uppmätta trycket till en elektrisk standardsignal . Nivåsondernas anslutningskabel har flera uppgifter att utföra. Förutom strömförsörjning och signalförmedling hålls nivågivaren på plats av kabeln. Kabeln innehåller också ett tunt luftrör som leder det omgivande lufttrycket till nivåsonden. Nivåsonder är därför vanligtvis utformade som relativtryckssensorer, som använder det aktuella omgivande trycket som nollpunkt i sitt mätområde.
Utan denna så kallade relativa tryckkompensation skulle nivåsonder inte bara mäta det hydrostatiska trycket utan även lufttrycket på vätskekolonnen. Vid havsnivå är detta cirka 1013 mbar – vilket skulle motsvara trycket som utövas av en tio meter hög vattenpelare. Dessutom skulle ett variabelt lufttryck påverka mätresultatet. Typiska lufttrycksfluktuationer på ca +/- 20 mbar, motsvarande +/- 20 cmWs (vattenpelare).
För konstruktioner av djupa brunnar används även mätprincipen Sealed Gauge. Från ett djup av ca. 20 m kan det relativa trycket endast kompenseras i begränsad utsträckning av den tunna slangen. Nivågivaren är då utformad som en absoluttrycksgivare vars nollpunkt justeras till önskat medellufttryck beroende på användningsplatsen. Detta gör att nivågivaren inte längre har någon koppling till atmosfären. Eventuella fluktuationer i lufttrycket kan ha en inverkan på mätresultatet, men de spelar en ganska liten roll i djupa brunnar.
Formulering
Hydrostatiskt tryck, även gravitationstryck eller gravitationstryck, uppstår i en stationär vätska. Det orsakas av gravitationen och beror på vätskekolonnens densitet och höjd. Vätskans massa spelar ingen roll - se även hydrostatisk paradox - dvs inte den totala vikten av vätskan i behållaren, utan fyllnadsnivån är avgörande.
var:
- = densitet [för vatten: ≈ 1.000 kg/m³]
- = gravitationskonstant [: ≈ 9,81 m/s² ]
- = höjden på vätskekolonnen
- = omgivande lufttryck
- = hydrostatiskt tryck
Minsta mätnivån utgår från en fullständig täckning av mätelementet nära nivåsensorns huvudände. Fyllningsnivåer under nivåsonden detekteras inte. Beroende på applikation och monteringshöjd är det därför nödvändigt att justera nivån i utvärderingsenheten till respektive monteringshöjd med en offset-inställning.
Designtyper
Beroende på kraven på platsen erbjuder nivåsonder olika funktioner:
- Skyddslock
- Storlek och antal öppningar / hål
- Material i hölje
- Rostfritt stål, titan, PTFE
- Kabelmaterial
- PE, FEP, PURE EPR, PA
- Mätprincip
- Relativ eller tätad mätare
- Sensorteknik
- Piezoresistiv kiselsensor, keramisk tjockfilmssensor, keramisk kapacitiv
Luftbubblare
Ett luftbubblarsystem använder ett rör med en öppning under ytan av vätskenivån. Ett fast luftflöde leds genom röret. Trycket i röret är proportionellt mot djupet (och densiteten) av vätskan över rörets utlopp.
Luftbubblarsystem innehåller inga rörliga delar, vilket gör dem lämpliga för att mäta nivån av avloppsvatten, dräneringsvatten, avloppsslam, nattjord eller vatten med stora mängder suspenderade ämnen. Den enda delen av sensorn som kommer i kontakt med vätskan är ett bubbelrör som är kemiskt kompatibelt med det material vars nivå ska mätas. Eftersom mätpunkten inte har några elektriska komponenter är tekniken ett bra val för klassificerade riskområden. Kontrolldelen av systemet kan placeras säkert borta, med pneumatiska rörledningar som isolerar de farliga från det säkra området.
Luftbubblarsystem är ett bra val för öppna tankar vid atmosfärstryck och kan byggas så att högtrycksluft leds genom en bypass-ventil för att avlägsna fasta ämnen som kan täppa till bubbelröret. Tekniken är i sig självrengörande. Den rekommenderas starkt för applikationer för vätskenivåmätning där ultraljuds-, flyt- eller mikrovågstekniker har visat sig otillförlitliga. Systemet kommer att kräva konstant lufttillförsel under mätningen. Änden av röret bör vara över en viss höjd för att undvika att slam täpper till röret.
Gammastråle
En nukleär nivåmätare eller gammastrålningsmätare mäter nivån genom dämpningen av gammastrålar som passerar genom ett processkärl. Tekniken används för att reglera nivån av smält stål i en kontinuerlig gjutprocess vid ståltillverkning. Den vattenkylda formen är anordnad med en strålningskälla, såsom kobolt-60 eller cesium-137, på ena sidan och en känslig detektor såsom en scintillationsräknare på den andra. När nivån av smält stål stiger i formen detekteras mindre av gammastrålningen av sensorn. Tekniken tillåter beröringsfri mätning där värmen från den smälta metallen gör kontakttekniker och till och med många beröringsfria tekniker opraktiska.
Nukleoniska nivåsensorer används ofta i mineralkrossningskretsar, där en ökning av gammastrålningsdetektion indikerar ett tomrum jämfört med att fyllas med malm.