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Approfondita Look at Sensori processo utilizzato nei sistemi di controllo fluidi

Sistema di controllo dei fluidi

Nel mondo dei sistemi di controllo dei fluidi oggi, ben poco può essere raggiunto senza i dati grezzi forniti dai sensori, che devono essere attentamente specificato per garantire che essi sono adatti alla loro applicazione. Questi sensori possono contribuire a facilitare una varietà di compiti di visualizzazione delle informazioni di processo e l'esecuzione di funzioni di controllo per allarmi di funzionamento, ma ognuno ha di comunicare informazioni a un controllore di processo.

Kieran Bennett, di specialista del controllo di processo Bürkert, guarda la gamma di sensori disponibili, le diverse tecnologie utilizzate nella loro progettazione e di come l'applicazione interessa la specifica.

Sensori di flusso

In qualsiasi sistema di controllo della produzione è fondamentale conoscere la quantità di fluido che è attivamente coinvolto nel processo e questo è dove il sensore di flusso deve essere in grado di indicare con precisione il flusso. Ci sono una serie di disegni diversi che hanno caratteristiche particolari, che li rende più adatti ad una specifica applicazione o mezzo fluido.

I design delle ruote a pale richiedono il contatto diretto con il fluido e sono più adatti ai fluidi con contenuto di solidi molto bassi, in particolare i fluidi con caratteristiche simili all'acqua. La ruota a pale, che contiene magneti permanenti, viene fatta ruotare dal flusso del fluido e questo movimento viene rilevato da un sensore Hall situato all'esterno dell'area del fluido. L'elettronica integrata quindi la converte in un segnale di frequenza ad onda quadra, che può essere utilizzato dal controller di processo.

Per fluidi con alta viscosità può essere più appropriato utilizzare un metodo di misura volumetrica, costituito da due ingranaggi ovali comunicanti maglie, che sono causati in rotazione dal flusso del fluido. Uno degli ingranaggi contiene un magnete permanente e il moto rotatorio viene rilevato da un sensore di Hall, che di nuovo può essere trasmesso come segnale di frequenza onda quadra. Alti livelli di accuratezza può essere mantenuta con questo sistema; tuttavia il margine di errore aumenta con fluidi più sottili e portate inferiori.

Entrambi questi modelli possono essere utilizzati con fluidi aggressivi e con fluidi a temperature più elevate, a condizione che i componenti interni sono stati specificati correttamente. La costruzione della ruota a pale e relativi cuscinetti insieme con i materiali di tenuta deve essere attentamente valutata contro le caratteristiche del fluido. La maggior parte dei produttori di sensori dovrebbero essere in grado di offrire consulenza e una gamma di opzioni per garantire la compatibilità corretta.

In situazioni in cui il fluido è più pesantemente contaminata ma è classificato come un supporto conduttivo, quindi l'uso di un sensore induttivo magnetico, noto anche come un misuratore magnetico, può essere più adatto. Utilizzando due elettrodi e due bobine, il flusso del fluido induce una tensione tra gli elettrodi e questa tensione può essere amplificato e convertito in un segnale standard. La tensione è direttamente proporzionale alla portata e come tale fornisce dati di flusso molto accurate.

Sempre più applicazioni richiedono metodi senza contatto di misura della portata, soprattutto con fluidi a temperature e pressioni estreme; in questi casi possono essere utilizzati sensori di flusso ultrasonici. Anche se questi sono stati in uso per qualche tempo, la tecnologia è avanzata notevolmente da singoli trasmettitori e ricevitori multipli, unità combinate che utilizzano l'elettronica più avanzate per migliorare la precisione.

Disegni correnti variano tra produttori, ma un esempio utilizza una coppia di trasduttori, ognuno dei quali lavora come ricevitore e trasmettitore, situato all'interno della parete del tubo ad una distanza specifica. Entrambi i trasduttori inviano simultaneamente un segnale onda acustica, che si riflette da due specchi nel flusso fluido e poi rilevato dai rispettivi sensori.

Le variazioni di velocità del flusso influenzano il tempo impiegato per ogni segnale di viaggiare tra i sensori; maggiore è la differenza, maggiore è il flusso. Questo segnale viene poi convertito in un segnale analogico, che può essere utilizzato dal software di controllo di processo. Chiaramente, la direzione del flusso è importante con questo tipo di sensore e deve essere utilizzato solo se il flusso è unidirezionale.

Sensori di livello

Serbatoi di stoccaggio formano una parte fondamentale di qualsiasi processo di controllo dei fluidi e rilevamento di livello in modo accurato è essenziale per consentire al controllore di processo per mantenere livelli normali e fornire avvisi se questi parametri vengono superati. In alcuni casi il processo può comportare supporti molto aggressivi o di atmosfere potenzialmente esplosive, che richiederebbero un'attenta specificazione delle apparecchiature di rilevamento di livello.

Il sensore di livello ultrasonico è probabilmente il sensore senza contatto più usato poiché è molto versatile e può essere usato per calcolare i tassi di volume e di portata in canali aperti. Il principio di misurazione è molto semplice, coinvolgendo brevi impulsi ad ultrasuoni che vengono riflessi dalla superficie dei media e la distanza misurata viene interpretata come una misura continua di livello.

Questi sensori sono adatti per fluidi aggressivi e disegni moderni consentono la misurazione molto precisa, anche in vasi contenenti built-in dispositivi che altrimenti potrebbero alterare il segnale eco. I sensori possono essere specificati per misurare una vasta gamma di distanze, nonché per il funzionamento in zone Ex-designate.

Per le applicazioni che richiedono la misurazione del livello su una distanza maggiore, può essere necessario l'uso di trasmettitori di livello radar, con capacità fino a metri 30. Questi dispositivi sono generalmente ben protetti e adatti per il funzionamento con fluidi aggressivi, alte pressioni e applicazioni igieniche. Il principio di misurazione è molto simile ai sensori a ultrasuoni ma utilizza invece impulsi radar molto brevi.

Il trasmettitore di livello a microonde guidate è progettato per funzionare con fluidi aggressivi e ad alta pressione, in particolare su distanze maggiori, in alcuni casi oltre 30m. Un forno a microonde impulso ad alta frequenza è guidato lungo un cavo d'acciaio o tondino. Quando l'impulso raggiunge la superficie del supporto, viene riflessa indietro e l'elettronica interna interpretare il tempo impiegato in una distanza. Questi sensori forniscono una lettura continua del livello di media con la nave.

Di solito realizzati in acciaio inossidabile, questi trasmettitori hanno tipicamente valutazioni Grado di protezione di IP66 e superiori, con possibilità di fornire versioni Ex, se del caso. Alcuni sensori incorporano un display visivo del livello, oltre a fornire il livello di segnale al controllore di processo.

Per le applicazioni in cui vi è la turbolenza, bolle d'aria o prodotti diversi, il sensore di livello diapason può essere utilizzato per rilevare o troppo pieno per impedire il funzionamento a secco. Il diapason è peizo-elettricamente sotto tensione e vibra sulla propria frequenza di risonanza meccanica Hz circa 1200. Quando la forcella è sommerso dai media, la frequenza cambia e questo cambiamento viene rilevato dal oscillatore interno e convertito in un segnale di uscita digitale.

Sensori di pressione

L'uso di misure di pressione idrostatica può anche determinare i livelli dei fluidi all'interno di un serbatoio. In sostanza, il liquido all'interno di un serbatoio genera una determinata pressione idrostatica, basata sul livello e la densità del fluido. Misurando questa pressione rispetto ad una pressione di riferimento, che di solito è la pressione ambiente, il livello può essere determinato, supponendo che la densità del fluido è noto.

È anche possibile utilizzare questo metodo all'interno del contenitore pressurizzato utilizzando un secondo sensore per misurare la pressione relativa di sopra del livello del liquido. Utilizzando queste due misure di pressione, è possibile valutare una misura di livello accurata. La precisione dipende dalla precisione del sensore di pressione, tuttavia, pressioni interne superiore all'interno del serbatoio aumentano il margine di errore così come l'utilizzo di due sensori, che aggrava i valori di tolleranza originali.

Vari disegni di sensore di pressione sono a disposizione per soddisfare una varietà di applicazioni. Un sensore piezo-resistivo è riempito con olio idraulico per fornire una protezione per il sensore. Pressione esterna viene rilevata attraverso il diaframma da una variazione della pressione del fluido idraulico. Il sensore produce un segnale proporzionale alla pressione che viene convertita in segnale di uscita 4-20 mA analogica convenzionale. Questo dispositivo è molto adatto per la misurazione di bassa pressione, mentre anche in grado di sopportare elevati fattori di sovraccarico.

Un estensimetro a film sottile fornisce misure molto precise e caratteristiche di pressione molto elevata scoppio. Questo progetto utilizza un film sottile ponte di Wheatstone per misurare variazioni di resistenza causati dalla pressione esterna e converte queste misurazioni in un segnale di uscita analogico proporzionale alla pressione.

Per le applicazioni con fluidi aggressivi o pressioni più elevate, potrebbe essere utilizzata una cella di misura in ceramica a film spesso. In questo caso il ponte di Wheatstone è legato ad un diaframma ceramico, fornendo una maggiore protezione e una migliore resistenza chimica. Tuttavia, la precisione di misurazione non è così elevata come quella della cella a film sottile.

Sensori di temperatura

La tecnologia a sensori di temperatura è rimasta costante per un certo tempo, gli sviluppi sono stati realizzati nei materiali, sia per il corpo del sensore e le guarnizioni per consentire il funzionamento in fluidi più aggressivi. La chiave sta selezionando la corretta progettazione del sensore basato sull'intervallo operativo e l'ambiente in cui si deve eseguire.

L'aspetto fondamentale per prendere le decisioni giuste in materia di selezione del sensore è di garantire che tutte le informazioni relative al processo da controllare è disponibile. Produttori, come Bürkert, hanno una vasta gamma di prodotti per soddisfare una vasta gamma di settori e applicazioni, con esperti a disposizione per fornire informazioni e supporto tecnico.

Con i progressi nella tecnologia dei materiali e nelle capacità di comunicazione dei sensori moderni, è di vitale importanza per comprendere l'applicazione e come viene controllato al fine di garantire le migliori decisioni vengono prese. Dai sistemi di controllo di livello più di base per integrare pienamente, processi di produzione controllati PLC, sensori giocano un ruolo vitale nel fornire informazioni essenziali per i controller di sistema, quindi, un funzionamento affidabile è fondamentale. Bürkert Fluid Control Systems offre corsi di formazione gratuiti su questo e molti altri argomenti per aiutare tutti coloro che sono coinvolti nella specifica e il funzionamento dei sistemi di controllo dei fluidi.

Ulteriori informazioni su Bürkert, i suoi corsi di formazione gratuiti e la vasta gamma di sensori e altri dispositivi di controllo dei fluidi può essere trovato contattando Helen Christopher, Marketing Manager via e-mail: [Email protected], O per telefono + 44 (0) 1285 648720 o visitando il sito web, www.burkert.co.uk.

Sistemi di Burkert Fluid Control

Fabbricazione di apparecchiature di processo. Uno dei pochi produttori a fornire soluzioni per il ciclo di controllo completo.

Firma: iscrizione Gold

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