Инженеринг Ревю форум
Начало > Проблематика > Сп. Инженеринг ревю - брой 9, 2006
Уважаеми колеги, във връзка с публикуваната в миналия брой на сп. Инженеринг ревю техническа задача за избор на метод за измерване нивото на запълване на съд с диаметър 1.5 метра и височина 2.10 метра с шоколадова смес, в настоящия брой предлагаме на вниманието ви коментари на специалисти в областта на измервателната техника. Известно е, че съдът е от неръждаема стомана. Има специфична конструкция със серпентини за отопление и бъркалка. Диаметърът на бъркалката е 0.8 метра. Серпентините са монтирани на отстояние 10 сантиметра от страната на съда. Той е част от технологична линия за производство на шоколадови изделия. Необходимо е нивото на запълване на съда с шоколадова смес да не превишава 1.4 метра. Точността на измерване на нивото трябва да бъде в границите на ±15%. Нивото на измерване запълването на съда с шоколадова смес следва да е непрекъснато.
В задачата се изисква да се избере и обоснове най-подходящият метод за измерване нивото на шоколадовата смес с оглед спецификите в конструкцията на съда, характеристиките на веществото и метрологичните изисквания, както и да се предложи конкретно техническо средство, подходящо за провеждане на непрекъснати измервания на нивото на шоколадовата смес.
Препоръчваме хидроста-тичен метод за измерване
Уважаеми колеги, предлагаме публикуваната в миналия брой на списание Инженеринг ревю техническа задача за измерване нивото на запълване на съд, с диаметър 1.5 м. и височина 2.1 м. с шоколадова смес, да се реши чрез измерване на хидростатичното налягане на сместа на дъното на съда. Техническата реализация на метода се базира на комбинирана сонда за измерване на налягането и температурата на сместа и цифров индикатор VECON 10. Комбинираната сонда се състои от две части - измервателна глава и тръба за кабелите от датчиците. Измервателната глава е с цилиндрична форма, от неръждаема стомана с диаметър d = 80 мм и дължина L = 150 мм. В нея са монтирани аксиално двата сензора – за налягане с разделителна мембрана , обхват 0 до 0,25 bar и за температура Pt 100. Тръбата за кабелите е от неръждаема стомана с диаметър d = 20 мм и дължина 2000 мм. Връзката между измервателната глава и тръбата за кабелите е херметична - осигурена е чрез заварка.
Техническата спецификация на цифровия индикатор VECON 10 включва захранване 220 V AC или 24 V AC/DC; вид на индикацията - 2 реда по 3 разряда , цифрова; 7-сегментна LED индикация; сензорна клавиатура с четири бутона, с помощта на които се настройват две желани текущи стойности на нивото, при достигането на които се включват 2 релета за сигнализация. Цифровите индикатори VECON 10 се отличават с входове - 4 - 20 mA от датчик за налягане и Pt 100 с обхват на температурата от 0 до 100 °С. Върху дисплея на цифровия индикатор се визуализира измереното ниво на сместа в сантиметри. Захранването на датчиците за налягане и температура се осигурява от уреда.
Комбинираната сонда се монтира вертикално в съда, в свободната зона извън обсега на бъркалката и серпентините за отопление. Долният край на сондата се монтира на разстояние 30 - 40 мм от дъното на съда, а горният край на тръбата за кабелите - закрепен неподвижно към горната част на съда.
Нивото се измерва непрекъснато при условие, че температурата на сместа е над стойност, при която тази смес не е втвърдена. Точността на измерване на предложеното от Вектор 1 техническо решение се определя от два фактора - точност на измерване на налягането - 1% и граници на изменение на относителното тегло на шоколадовата смес. В случай че относителното тегло на шоколадовата смес се променя с ±14%, то общата точност ще бъде в диапазона ±15%. В случай че промяната е по-голяма от ±15%, следва от клавиатурата да се въведе относителното тегло на конкретния вид шоколадова смес. Тогава общата точност на измерване на нивото ще е ±1%.
инж. Петър Тодоров,
управител на Вектор 1
Подходящ е радарен метод
Уважаеми колеги, с интерес се запознахме с условието на публикуваната в сп. Инженеринг ревю техническа задача за непрекъснато измерване нивото на запълване на съд с шоколадова смес. Изхождайки от дългогодишния си опит в решаването на подобни инженерни задачи, считам, че в конкретния случай единственият начин за измерване нивото на запълване на съда, който е оборудван със серпентини за отопление и бъркалка, е безконтактното измерване. Това стеснява възможните методи за измерване до два - радарен и ултразвуков.
Специално за конкретния случай бих препоръчал използването на радарен сензор. В сравнение с ултразвуковия сензор, радарният се отличава с по-малък ъгъл на излъчване, което означава, че отразените сигнали от бъркалката и нагревателя ще бъдат по-малко. Също така, антената е изработена от тефлон, който е сред материалите, които биха могли да се използват в хранително-вкусовата промишленост, тъй като съответстват на високите хигиенни изисквания в областта. Друго предимство на радарния сензор в сравнение с ултразвуковия е по-високата му работна температура.
инж. Румен Андронов, управител на Глобал-Тест
Целесъобразно е използването на нивомер за вискозни течности
Уважаеми колеги, в отговор на поставената в списание Инженеринг ревю техническа задача бихме искали да предложим две решения. Първото включва използването на нивомер за вискозни течности с изнесена мембрана. Подходящ за непрекъснато измерване на нивото на запълване на съд с шоколасова смес е нивомер, тип фланцови с работен диапазон от нула до три метра, програмируем, със захранване 24 V DC. Техническата спецификация на нивомера включва още клас на точност 0.25. Нивомерът би могъл да бъде оборудван с два или повече вида вторични контролери по избор на потребителя.
Във функцията на вторичен контролер се използва моделът RT 484 с две скали (зададена и текуща стойност), като измерването е в милиметри или проценти. Например 2100 мм, което съответства на 55% от капацитета на съда. Като вторичен контролер е възможно използването на процес индикатор TC 66 с две скали (едната с цифри, а другата със светодиодна индикация в проценти). Второто решение включва аналогов нивомер за вискозни течности в комбинация с горните контролер или индикатор.
Първият вариант за решаване на поставената техническа задача е по-скъп. Единственият проблем, който би могъл да възникне във връзка с практическото му приложение, е свързан с пробиването в долния край на съда и заваряването на тръба с фланец.
инж. Паньо Павлов,
управител на Комеко-Универс
Предлагаме ултразвуков и лазерен фотоелектричен метод
Уважаема редакция, базирайки се на изискването за непрекъснато измерване нивото на шоколада бихме искали да предложим два варианта за решаване на поставената в сп. Инженеринг ревю техническа задача. От определението на задачата следва да се направи категоричният извод, че е необходимо да се използват сензори с аналогов изход. Първият вариант за решаване на задачата включва използването на ултразвуков сензор с аналогов изход. Монтира се в горната част на съда, с насочен към дъното му трансдюсер. Принципът на работа на сензора включва непрекъснато сканиране на нивото на запълване на съда чрез ултразвук. Сред предимствата на ултразвуковия сензор е отсъствието на влияние върху точността на измерване от цвета на шоколада. Ултразвуковият принцип дава възможност да се задават границите на измерване за долно/горно ниво и в този обхват да се изведе пълният аналогов сигнал 4...20 mA или 0...10V. Допълнително предимство на метода е отсъствието на изискване за редовно почистване на трансдюсера. Следователно, евентуално зацапване няма да се отрази съществено върху точността му на работа. Разбира се, основно предимство на метода е високата му точност на измерване.
Недостатък на ултразвуковия метод произтича от факта, че излъчваният ултразвуков импулс представлява конус с ъгъл на разширяване 6°, 12° или 15°, в зависимост от използвания модел сензор. На практика, това означава, че ще бъде сканирана по-голяма повърхност, което ще доведе до периодичното отчитане на бъркалката при ниските нива на запълване на съда с шоколадова смес. Тази грешка в резултата, все пак, би могла да се игнорира с подходяща настройката на програмируемия логически контролер, който се свързва към изхода на сензора. Друг недостатък на ултразвуковия сензор се състои във възможността от появата на проблем, ако сензорът регистрира серпентините в дъното на съда. Така че описаният вариант е много подходящ за измерване нивото на запълване на съда в интервала от монтажната височина на бъркалката или серпентините нагоре.
Вторият метод за измерване нивото на запълване на съда с шоколадова маса е базиран на лазерен фотоелектричен сензор с аналогов изход. Монтажът му е аналогичен на ултразвуковия сензор. Сред основните предимства на метода е малката измервателна площ, което позволява сензорът да бъде насочен така, че петното да не попада върху бъркалката и серпентините. Също както и при ултразвуковия сензор, е възможно задаване на граници на измерване за долно/горно ниво и извеждане на пълния аналогов сигнал 4...20 mA или 0...10V в този обхват. Предимство на метода е и високата точност на измерване.
Както всеки фотоелектричен сензор, работещ на дифузен принцип, при който се регистрира обект чрез отразената от него светлина, и лазерният сензор се влияе от цвета на обекта. Следователно, ако в съда се следи нивото на кафявия шоколад и след време съдът се напълни с бял шоколад, за едно и също ниво на запълване, сензорът ще дава различни показания. Това означава, че при всяка промяна в цвета на шоколадовата маса е необходимо да се прекалибрират настройките за обхвата на измервателния уред според цвета на шоколада. Друг недостатък на лазерния фотоелектричен метод е, че малко зацапване на лещата би могло да доведе до некоректна работа на сензора. Също така, цената на техническото оборудване, на базата на което се реализира този метод, е около 2 до 2,5 пъти по висока спрямо съответстващия му ултразвуков сензор.
Точността на измерването и при двата метода е приблизително еднаква. Грешката е в рамките на 1 - 2 см. Температурата при сензора не трябва да надхвърля +70°C. Като допълнение към техническата окомплектовка бихме могли да предложим и процес-контролер с аналогов вход, с цифров LED дисплей и 2 релейни изхода или с RS интерфейс като средство за визуализиране състоянието на нивото, а релейните изходи – като авариен контрол против изпразването на съда или неговото препълване.
Румен Иванов,
Сензомат
Препоръчваме тензометричния метод за измерване
Съществуват няколко технически решения на задачата в зависимост от поставените технологични изисквания за измерване нивото на шоколадовата смес. Един от най-точните методи за определяне на нивото е чрез измерване на теглото на сместа в съда. При метода, на базата на измерената стойност на специфичното тегло, може да се определи с висока точност нивото на запълване на съда. В случай на динамична промяна на температурата на сместа, не съществува проблем да се направи корекция на измерената стойност чрез включване на информация за температурата в системата за измерване.
Системите за измерване на тегло, предлагани от SIEMENS, се доставят под търговското наименование SIWAREX. Представляват модулни системи, разработени в два варианта – крайно устройство и входен модул към контролери SIMATIC S7 200/300. Системите се комплектоват и с широка гама тензометрични датчици с измервателни обхвати от 100 грама до 280 тона.
Друг метод за измерване нивото на запълване на съда с шоколадова смес е чрез използване на радарен принцип. Радарните нивомери са подходящи в приложения, при които е възможно да се игнорира информацията за нивото в монтажната област на бъркалката. Обикновено в тези съдове бъркалката е с форма на рамка, така че неопределеността на нивото би била само в две точки - всяка в интервала до 2 - 5 см (в зависимост от дебелината). Също така, при избора на радарен нивомер е необходимо да се вземе предвид и честотата, на която работи нивомерът, поради специфичността на шоколадовите смеси. Търговското наименование на радарните нивомери на SIEMENS е SITRANS LR.
Трети измервателен метод, подходящ за решаване на поставената в списание Инженеринг ревю техническа задача, се базира на измерване разликата в наляганията (DР). Обикновено технически методът се реализира чрез използването на трансмитери за диференциално налягане с разделени мембрани санитарно изпълнение. Този метод не се използва широко, тъй като приложението му е свързано със специфични изисквания към измерваната смес (температура, вискозитет и т.н), които могат да компрометират измерването. Трансмитерите на SIEMENS, подходящи за този тип измерване, са SITRANS P DSIII / Compact (3A Certificate).
инж. Никола Петков,
мениджър КИП,
Сименс ЕООД, направление Индустрия
Новият брой 5/2024
.jpg)
