Как выбрать датчик уровня для сыпучих материалов

Датчики уровня контролируют заполнение силосов, бункеров и накопительных ёмкостей. Они предотвращают переполнение, защищают оборудование от работы без продукта и управляют загрузочными и разгрузочными механизмами.

Для сыпучих материалов применяют ротационные, вибрационные и ёмкостные датчики. Универсального решения не существует: выбор зависит от плотности, размера частиц, влажности, текучести, температуры, давления и условий монтажа.

Предельный или непрерывный контроль

Прежде всего определите, какую задачу должна решать система.

Предельный контроль

Датчик сообщает, достиг ли продукт заданной точки. Обычно устанавливают:

• верхний датчик для защиты от переполнения;
• нижний датчик для контроля минимального остатка;
• промежуточный датчик для управления загрузкой;
• датчик наличия продукта в трубе или лотке.

Непрерывное измерение

Уровнемер показывает расстояние до поверхности или количество продукта во всём диапазоне. Такой контроль нужен для учёта запасов, диспетчеризации и управления технологическим процессом.

Ротационные, вибрационные и большинство ёмкостных сигнализаторов относятся к устройствам предельного контроля.

Какие свойства продукта нужно знать

До подбора датчика соберите следующие данные:

• наименование продукта;
• насыпную плотность;
• размер и форму частиц;
• текучесть;
• влажность и диэлектрические свойства;
• склонность к налипанию и слеживанию;
• абразивность;
• температуру продукта;
• давление или разрежение в ёмкости;
• наличие взрывоопасной пыли.

Один и тот же датчик может стабильно работать с зерном, но давать ложные срабатывания на влажной муке или липком порошке.

Ротационный датчик уровня

Внутри ротационного сигнализатора расположен электродвигатель, который медленно вращает лопасть. Пока вокруг лопасти нет продукта, она вращается свободно. Когда материал блокирует вращение, датчик переключает выходной контакт.

Преимущества

• понятный механический принцип работы;
• слабая зависимость от диэлектрических свойств продукта;
• применимость для зерна, комбикорма, цемента, гранул и порошков;
• возможность боковой или верхней установки;
• визуально понятная проверка работоспособности.

Ограничения

• наличие подвижных элементов;
• нагрузка на лопасть при обрушении продукта;
• возможное налипание вязкого материала;
• необходимость правильно выбрать форму и размер лопасти;
• ограничения по очень лёгким материалам.

Ротационный датчик часто является практичным выбором для сухих сыпучих продуктов средней и высокой насыпной плотности.

Вибрационный датчик уровня

Чувствительный элемент вибрационного датчика колеблется на заданной частоте. При погружении в продукт амплитуда или частота изменяется, и электроника переключает выход.

Преимущества

• отсутствие вращающихся деталей;
• быстрое срабатывание;
• компактный чувствительный элемент;
• небольшая зависимость от электропроводности продукта;
• подходит для многих порошков и гранул.

Ограничения

• необходимо учитывать минимальную насыпную плотность;
• налипший продукт может изменить вибрацию;
• неправильное расположение создаёт нагрузку от потока;
• крупные тяжёлые куски способны повредить чувствительный элемент.

Вибрационный датчик удобен для лёгких продуктов, когда механическая лопасть нежелательна или в ёмкости мало свободного пространства.

Ёмкостный датчик уровня

Ёмкостный датчик определяет изменение электрической ёмкости возле чувствительной поверхности. Когда продукт приближается к зонду, диэлектрическая проницаемость среды изменяется и датчик переключает выход.

Преимущества

• отсутствие движущихся частей;
• возможность обнаруживать порошки, гранулы и жидкости;
• компактная конструкция;
• возможность контроля через неметаллическую стенку;
• регулируемая чувствительность.

Ограничения

• влияние влажности и состава продукта;
• ложное срабатывание из-за налипания;
• необходимость настройки чувствительности;
• влияние металлических конструкций;
• различия между партиями продукта.

Ёмкостный датчик подходит, когда свойства продукта достаточно стабильны, а чувствительный элемент можно защитить от образования толстого слоя отложений.

Какой принцип выбрать

Учитывайте насыпную плотность

Чувствительность датчика должна соответствовать минимальной насыпной плотности продукта. Особенно это важно для вибрационных и ротационных сигнализаторов.

Если материал слишком лёгкий, он может не создать достаточного сопротивления лопасти или не погасить колебания вилки. Проверять нужно не среднюю плотность из справочника, а наихудшее значение для реального процесса.

Проверьте температуру и давление

Температура внутри силоса может значительно отличаться от температуры в помещении. Горячий продукт нагревает шток и корпус датчика.

При высокой температуре используют:

• удлинённое присоединение;
• высокотемпературное исполнение;
• теплоизолирующую вставку;
• вынос электроники из горячей зоны.

Также проверяют максимально допустимое давление или разрежение и совместимость уплотнений с продуктом.

Выберите место установки

Неправильный монтаж способен сделать даже подходящий датчик ненадёжным.

Датчик не следует устанавливать:

• прямо под потоком загружаемого продукта;
• в зоне удара крупных частиц;
• рядом с вибратором стенки;
• в месте постоянного налипания;
• там, где образуется пустота или свод;
• слишком близко к лестнице и внутренним конструкциям.

При боковой установке чувствительный элемент защищают от вертикального потока козырьком, если это допускает инструкция. Кабельный ввод обычно направляют вниз, чтобы уменьшить риск попадания влаги.

Учитывайте форму поверхности продукта

Сыпучий продукт редко образует идеально горизонтальную поверхность. При загрузке возникает конус, а при выгрузке — воронка. Поэтому датчик возле стенки может сработать раньше или позже, чем датчик в центре.

Для надёжного контроля верхнего уровня необходимо учитывать:

• точку загрузки;
• угол естественного откоса;
• расположение разгрузочного патрубка;
• ожидаемую неравномерность поверхности;
• допустимый резерв до крышки силоса.

Проверьте взрывозащиту

Пыль муки, сахара, крахмала, древесины, угля и ряда других материалов может образовывать взрывоопасную среду. Для таких объектов необходимо определить классификацию зоны и выбрать датчик с соответствующей маркировкой взрывозащиты.

Наличие металлического корпуса или высокой степени IP не означает, что прибор разрешён для взрывоопасной зоны. Подбор выполняют по проекту и сертификатам конкретного оборудования.

Выберите электрическое исполнение

Перед заказом проверьте:

• напряжение питания;
• релейный, PNP- или NPN-выход;
• нормально открытое или закрытое состояние;
• допустимый ток нагрузки;
• время задержки срабатывания;
• наличие индикации;
• кабельный ввод и клеммную коробку;
• поведение при отключении питания.

Для защиты от переполнения желательно выбирать безопасную логику: обрыв кабеля или потеря питания должны приводить систему в предсказуемое аварийное состояние.

Типичные ошибки при выборе

1. Не учитывать минимальную насыпную плотность.
2. Выбирать ёмкостный датчик без проверки влажности продукта.
3. Устанавливать чувствительный элемент под прямым потоком.
4. Не учитывать конус насыпи и воронку разгрузки.
5. Использовать стандартное исполнение при высокой температуре.
6. Путать степень IP и взрывозащиту.
7. Не предусматривать доступ для очистки и обслуживания.
8. Не проверять совместимость выхода с контроллером.

Чек-лист для подбора

Для выбора датчика подготовьте:

• название материала;
• минимальную и максимальную насыпную плотность;
• размер частиц;
• влажность и склонность к налипанию;
• температуру и давление;
• требуемый уровень установки;
• положение монтажа;
• параметры питания и выходного сигнала;
• степень защиты;
• требования по взрывозащите.

Вывод

Для сухих гранул и порошков средней плотности часто выбирают ротационный сигнализатор. Вибрационный датчик удобен для лёгких материалов и условий, где нежелательны вращающиеся детали. Ёмкостный датчик применяют, если свойства продукта стабильны и можно исключить влияние налипания.

Окончательный выбор выполняют по наихудшим условиям эксплуатации: минимальной плотности, максимальной температуре, возможной влажности и реальному месту монтажа.

В каталоге «Пневмокипавтоматики» представлены датчики уровня сыпучих продуктов для зерна, муки, цемента, гранул и других материалов. Для подбора желательно предоставить описание продукта, чертёж ёмкости и параметры технологического процесса.