Jos käsittelet säiliön pinnankorkeuden mittausta, olet melkein varmasti nähnytmagneettiset tasomittaritkemian-, öljy-, vesi- ja elintarvikealuksilla. Vakioyksikkö antaa käyttäjille selkeän paikallisen visuaalisen lukeman, mutta monet projektit tarvitsevat muutakin kuin pelkän näköilmaisun. Siinä reed-kytkimien lisäosat tulevat käyttöön. Ne lisäävät pistehälytyksiä tai jatkuvia etätasosignaaleja olemassa olevaan magneettiseen tasomittariisi.
Tehdasinsinöörit ja hankintatiimit kysyvät säännöllisesti, kuinka nämä kielikytkinkokoonpanot ovat vuorovaikutuksessa mittarin kelluvan magneetin kanssa. He haluavat myös ymmärtää todelliset rajat ennen tilauksen lukitsemista. Tässä artikkelissa kerrotaan ydinmekanismista, komponenttien asettelusta, toiminnallisesta työnkulusta, käytännön eduista, yleisistä vikatiloista ja valintaohjeista kenttäkäyttöön.
Mikä on magneettinen tasomittari Reed-kytkimellä?
Magneettinen perustasomittari
Perinteinen magneettinen tasomittari käyttää prosessikammiota, joka on asennettu varastosäiliön viereen. Tämän kammion sisällä istuu kelluva uimuri, joka on varustettu kestomagneetilla. Kun neste nousee tai laskee säiliössä, uimuri liikkuu pystysuunnassa ja seuraa nesteen pintaa. Kammion ulkopinnassa magneettiset läppäilmaisimet vaihtavat väriä kelluntalaitteen asennon mukaan antaen suoria paikallistason lukemia.
Prosessineste ei koskaan kosketa näitä ulkoisia indikaattoreita. Magneettinen kytkentä siirtää sijaintitiedot suoraan ei-magneettisen kammion seinämän läpi.
Reed-kytkinkokoonpanot asennetaan mittarikammion viereen, ja niitä on kahdessa yleisessä muodossa. Voit käyttää yksittäisiä erillisiä reed-kytkimiä korkean tai matalan pisteen tason hälytyksiin tai pinota sarjan kielikytkimiä ja tarkkuusvastuksia ruokoketjuksi jatkuvaa tasolähetystä varten.
Reed-kytkimen perusteet
Ruokokytkin on hermeettisesti suljettu lasikapseli, jossa on kaksi ohutta ferromagneettista metalliruokoa, jotka on täytetty inertillä kaasulla tai tyhjennetty kokonaan. Ruokokärjeissä on jalometallipinnoite, joka stabiloi kosketusvastusta ja hidastaa kulumista.
Ilman lähellä olevaa magneettikenttää kaislat pysyvät erillään pitäen piirin auki. Kun kestomagneetti liikkuu tarpeeksi lähelle, kaislat magnetisoituvat, vetäytyvät yhteen ja sulkevat piirin. Kun magneetti siirtyy pois, ohuiden metalliruokien luonnollinen jousijännitys vetää koskettimet jälleen irti.
Tämä kytkentä tapahtuu ilman fyysistä kosketusta uimuri- ja reed-kytkinlaitteiston välillä. Magneettikenttä kulkee suoraan ruokokokoonpanon ei-magneettisen ulkoputken läpi, joten mitkään sähköiset komponentit eivät kosketa prosessinestettäsi. Tämä ominaisuus tekee ruokokytkinsarjoista suositun valinnan syövyttäviin, korkeapaineisiin tai vaarallisiin säiliösovelluksiin.
Vaiheittainen toimintaperiaate
Erilliset Reed-kytkimet pistetason hälytyksiä varten
Pistetason havaitsemista varten yksittäiset kielikytkimet asennetaan kiinteille korkeuksille mittarin runkoon. Jokainen kytkin vastaa yhtä kynnystä, kuten ylitäytön korkean tason hälytys tai matalan tason pumpun sammutus.
Kun nestepinta nousee, uimuri ja sen sisäinen magneetti kulkevat ylöspäin kammion sisällä. Kun kelluva magneetti saavuttaa kielikytkimen korkeuden, sen magneettikenttä laukaisee kielikoskettimet avautumaan tai sulkeutumaan NO/NC-johdotusasetuksen perusteella. Tämä lähettää kuivakontaktisignaalin PLC:hen, releeseen tai hälytyspaneeliin. Kun nestetaso siirtyy pois kynnysarvosta, magneetti poistuu tunnistusalueelta ja reed-kytkin nollautuu.
Useimmat kohteet luottavat normaalisti suljettuihin koskettimiin turvallisuuden kannalta kriittisen ylitäyttösuojauksen takaamiseksi. Jos johdotus epäonnistuu tai kytkimessä on toimintahäiriö, järjestelmä rekisteröi vikatilan ja laukaisee hälytyksen automaattisesti.
Jatkuva Reed Chain lähetin
Ruokoketjuversiossa käytetään pystysuoraa pinoa kielikytkimiä, jotka on yhdistetty kiinteisiin tarkkuusvastuksiin, jotka on järjestetty vastusportaiksi ja jotka on suljettu ei-magneettisen suojaputken sisään.
Kun kelluva magneetti ohittaa tietyn asennon, se sulkee sopivan kielikytkimen ja koskettaa vastusverkkoon. Jokainen pystyasento luo ainutlaatuisen vastusarvon. Sisäänrakennettu elektroniikka lukee tämän vastuksen ja muuntaa sen suhteelliseksi 4-20 mA signaaliksi jatkuvaa säiliön etävalvontaa varten.
Yksi tärkeä yksityiskohta, joka on muistettava: tämä menetelmä tuottaa vaiheittaiset diskreetit mittaukset, ei täysin tasaista analogista lähtöä. Resoluutio riippuu täysin kunkin kielikytkimen välisestä etäisyydestä, tyypillisesti 5 mm - 20 mm. Tämä toimii hyvin useimmissa bulkkivarastosäiliöissä, mutta säilytyssiirto- tai erittäin tarkkuussovellukset vaativat yleensä magnetostriktiivisia lähettimiä.
Reed-kytkimen magneettisen tasomittarin tärkeimmät osat
- Float upotettu kestomagneetti: Kelluva tiivistetty komponentti prosessikammion sisällä, mitoitettu vastaamaan nesteen tiheyttä, lämpötilaa ja paineluokitusta. Sen sisäänrakennettu magneetti antaa kentän kielikytkimien aktivoimiseksi.
- Mittarikammio: Sivulle asennettu metalliseos- tai ruostumattomasta teräksestä valmistettu astia, joka sisältää prosessinestettä ja ohjaa kelluntaliikettä. Ei-magneettinen rakenne päästää magneettikentät ulospäin.
- Magneettiset indikaattorit: Paikallinen visuaalinen näyttö paikan päällä toimiville toimijoille.
- Reed-kytkimen asennusputki: Ei-magneettinen tiivis kotelo, joka suojaa kielikytkimiä ja vastusverkkoja pölyltä, kosteudelta ja tärinältä.
- Reed-kytkimet ja vastustikkaat: Tunnistuslaitteisto pistehälytyksiä tai jatkuvaa vastusnäytteenottoa varten.
- Signaalin muunnoselektroniikka: Muuntaa resistanssiarvot 4-20 mA:n vakiolähtöön DCS- tai PLC-integrointia varten; asennettu vain jatkuvatoimisiin ruokoketjumalleihin.
- Kaapeliholkki ja riviliitin: Liitäntäpiste kuivakoskettimelle tai analogiselle signaalijohdolle ohjausjärjestelmiin.
Reed Switch -magneettisten tasomittarien edut
Suurin käytännön hyöty on prosessiväliaineen ja sähkökoskettimien erottaminen toisistaan. Kaikki elektroniikka on säiliökammion ulkopuolella. Mitkään jännitteiset sähköosat eivät kosketa syövyttäviä, myrkyllisiä, korkeita lämpötiloja tai räjähtäviä nesteitä. Tämä yksinkertaistaa huomattavasti vaarallisten alueiden sertifiointia verrattuna moniin kilpaileviin teknologioihin.
Asennus on suoraviivaista. Jos käytät jo tavallista magneettista tasomittaria, voit usein asentaa reed-kytkinsarjoja jälkikäteen tyhjentämättä säiliötä tai muuttamatta painerajaa. Kuivat kosketinlähdöt tarvitsevat vain vähän tukilaitteistoa yksinkertaista hälytyslogiikkaa varten, ja yksiköt vaativat harvoin monimutkaista kalibrointia asennuksen jälkeen.
Nämä kokoonpanot kestävät monenlaisia prosessiolosuhteita. Ne toimivat luotettavasti öljyjen, liuottimien, happojen, emästen, jäteveden ja monien elintarvikelaatuisten nesteiden kanssa. Verrattuna tutka- tai ohjatun aallon tutkalähettimiin, reed-kytkimien lisäosilla on yleensä alhaisemmat pisteen perushälyttimet tai tankkien kaukovalvontakustannukset.
Mekaaninen rakenne on yksinkertainen. Siinä ei ole moottoreita, ultraääniantureita tai RF-piirejä, jotka vaativat säännöllistä huoltoa. Oikein mitoitettuina nämä kokoonpanot pitävät vakaan suorituskyvyn pitkiä huoltovälejä varten.
Rajoitukset ja yleiset haasteet
Tärinäherkkyys
Reed-kytkimet ovat mekaanisia laitteita, jotka on sijoitettu ohuisiin lasikuoriin. Pumppujen, sekoittimien tai lähellä olevien koneiden aiheuttama jatkuva voimakas tärinä voi ajan myötä väsyttää kaistoja tai murtaa lasikapselin. Jos säiliössä on suuri tärinä, käytä tärinää vaimentavaa laitteistoa tai vaihda Hall-antureihin tai magnetostriktiivisiin lähettimiin.
Magneettinen häiriö
Suurten moottoreiden, muuntajien tai paikan päällä olevien hitsauslaitteiden ulkoiset magneettikentät voivat häiritä kytkentäkäyttäytymistä ja aiheuttaa vääriä laukaisuja tai epävakaita lukemia. Pidä asennuksen aikana riittävästi tilaa reed-kytkimen putken ja suurvirtasähkölaitteiden välillä.
Porrastettu resoluutio Reed Chain lähettimille
Kuten aiemmin todettiin, ruokoketjun tuotto muuttuu kiinteissä portaissa. Jos prosessisi vaatii erittäin hienon jatkuvan tason resoluution, tämä porrastettu signaali ei voi vastata magnetostriktiivisten antureiden tasaista analogista vastetta.
Rajoitettu koskettimen elinikä
Jokaisella reed-kytkimellä on suurin kytkentäjakson arvo. Toistuva hälytysjakso kuluttaa lopulta kontaktipinnoitteen, mikä johtaa kontaktivastuksen nousuun tai ajoittaiseen kytkentään. Miljoonien kytkentätapahtumien yhteydessä kosketuksettomat solid-state-anturit toimivat paremmin.
Kellusidonta
Sedimentti, hartsi tai raskas liete, joka peittää kammion seinämän, voi tukkia uimurin. Jos uimuri ei pysty seuraamaan nesteen tasoa, sen magneetti pysyy kiinteänä ja reed-kytkimen signaalit lukittuvat paikoilleen säiliön todellisesta tasosta riippumatta. Tämä ei ole reed-kytkimen vika, vaan usein esiintyvä kenttäongelma magneettisissa tasomittareissa, joita käytetään viskoosien tai likaantuvien väliaineiden kanssa.
Tyypilliset teolliset sovellukset
Magneettiset tasomittaritKielikytkimillä varustettuja käytetään laajasti prosessiteollisuudessa. Kemialliset tehtaat sijoittavat ne happojen, emästen ja liuottimien varastosäiliöihin ylitäytön ja matalan pumpun suojauksen takaamiseksi. Öljy- ja hiilivetylaitokset asentavat ne raakaöljyn, polttoöljyn ja nestekaasun varastointialuksiin, joissa on usein räjähdyssuojattuja sertifioituja ruokokokoonpanoja.
Vesi- ja jätevesilaitokset käyttävät näitä mittareita kirkastetussa vedessä, kemikaalien annostelusäiliöissä ja lietesäiliöissä. Ruoka- ja juomalaitokset valitsevat elintarviketurvallisia kostutettuja materiaaleja siirappi-, kasviöljy- ja nestemäisten ainesosien säiliöihin. Kaukolämpö- ja lämpööljyjärjestelmät käyttävät korkean lämpötilan versioita kuuman öljyn ja kuuman veden varastoinnissa.
Tämä tekniikka sopii parhaiten irtotavaravarastointiin, säiliötilan valvontaan, peruspumppujen lukituksiin ja turvatason hälyttimiin. Se soveltuu vähemmän täriseviin tankkeihin, suurta tarkkuutta vaativiin säilytystilojen siirtoihin tai väliaineisiin, jotka peittävät ja kiinnittävät kellun nopeasti.
Käytännön valinta- ja asennusopas
Ennen kuin valitset reed-kytkinsarjan magneettitasomittarillesi, selvitä ensin mittaustarpeesi. Päätä, tarvitsetko vain erilliset korkea/matala hälytyspisteet vai täyden jatkuvan 4-20 mA etälähetyksen. Monet ostajat tilaavat ruokoketjun, kun yksinkertaiset pistehälyttimet täyttäisivät projektin vaatimukset ja vähentäisivät tarpeettomia kustannuksia.
Vahvista kaikki prosessin tiedot: nesteen tiheys, käyttölämpötila, käyttöpaine ja kemiallinen koostumus. Float-materiaalin ja magneetin suunnittelun on vastattava materiaaliasi. Veden kokoinen uimuri ei toimi oikein raskaiden viskoosien öljyjen kanssa.
Arvioi paikan ympäristöolosuhteet. Jos säiliö sijaitsee suurten moottoreiden tai hitsausasemien vieressä, arvioi magneettisten häiriöiden riski. Jos tärinä on korkea, tutustu vaihtoehtoisiin anturitekniikoihin.
Kun asennat, kohdista kielikytkinkokoonpano samansuuntaisesti mittakammion kanssa. Älä koskaan iske tai taivuta ruokoputkea asennuksen aikana; fyysinen shokki voi halkeilla lasikuitukapseleita. Noudata paikallisia sähkömääräyksiä ja valmistajan ohjeita kaapelien reitittämisessä ja maadoituksessa, erityisesti vaarallisilla luokitelluilla alueilla.
Käyttöönotto on yksinkertaista. Täytä tai tyhjennä säiliö ja varmista, että jokainen kielikytkin laukeaa asetuspisteessään. Varmista, että vääriä vaihtoja ei tapahdu, kun taso on kynnysarvojen välissä. Kirjaa kaikki asetusarvot huoltokirjaasi.
Huolto- ja vianetsintävinkkejä
Reed-kytkinkokoonpanot tarvitsevat vain vähän rutiinihuoltoa, mutta säännöllinen tarkastus estää suunnittelemattomia seisokkeja. Tarkista silmämääräisesti, ettei ruokoputkessa ja johdotuksissa ole korroosiota, halkeamia tai löystyneitä kaapeliholkkeja. Varmista, että kelluke liikkuu vapaasti katsomalla magneettisia ilmaisinlippuja. Jos paikalliset ilmaisimet lakkaavat vastaamasta, uimuri on todennäköisesti jumissa, eivätkä reed-kytkimen signaalit päivity.
Yleisiä vikoja ovat ajoittaiset hälytykset, epäonnistunut kytkentä tai kaukosignaalin täydellinen katoaminen. Jaksottainen kytkentä johtuu yleensä tärinävaurioista, ulkoisista magneettisista häiriöistä tai koskettimien kulumisesta useiden kytkentäjaksojen jälkeen. Mikään signaali ei saa viitata johdotusvirheisiin, rikkoutuneisiin ruokokapseleihin tai lukittuun kellukkeeseen.
Älä avaa suljettua kaislikytkimen putkea paikan päällä. Kun hermeettinen tiiviste rikkoutuu, kytkimen suorituskyky heikkenee nopeasti. Kun ruokoelementti epäonnistuu, vaihda koko ruokokokoonpano sen sijaan, että yrittäisit tehdä korjauksia.
Johtopäätös
Magneettiset tasomittarit kielikytkimilläyhdistä luotettava paikallinen visuaalinen tasonilmaisin sähköiseen signaalilähtöön. Magneettinen kytkin laukaisee tiivistetyt reed-koskettimet ilman kastunutta elektroniikkaa. Erilliset kielikytkimet tarjoavat korkean ja matalan tason kuivakosketussuojan, kun taas ruokoketjut tarjoavat porrastettuja jatkuvan tason signaaleja kauko-ohjausjärjestelmille.
Tämä rakenne toimii luotettavasti useimmissa varastosäiliösovelluksissa kemian-, öljy-, vesi- ja elintarvikealoilla. Se pitää sähkökoskettimet loitolla prosessinesteistä, yksinkertaistaa vaarallisten alueiden hyväksyntää ja usein jälkiasennuksia olemassa oleviin magneettisiin tasomittareihin. Se ei kuitenkaan ole universaalia. Voimakas tärinä, voimakkaat magneettiset häiriöt tai erittäin hienon jatkuvan resoluution tarve tarkoittavat, että sinun tulee vertailla magnetostriktiivisia tai muita tasonmittausvaihtoehtoja.
Jos arvioit säiliöprojektiisi magneettisia tasomittareita, joissa on ruokokytkinkokoonpanot, tiimimme voi auttaa valitsemaan oikean kelluvan, kostutetun materiaalin, kytkinkokoonpanon ja sertifioinnin prosessiolosuhteisiin. Ota yhteyttä säiliön mittojen, mediatietojen ja tarvittavan signaalityypin kanssa.
Viitteet
- IEC 62246-4, Reed-kytkimet – sovellus yhdessä magneettisen toimilaitteen kanssa, jota käytetään magneettisen mittauslaitteissa
- IEC 62246-1, Reed-kytkimien yleinen spesifikaatio
- ISA:n suosittelema tason mittauskäytäntö prosessiteollisuudessa
- Valmistajan käyttö- ja huoltokäsikirja magneettisille tasomittareille ja reed-kytkinlähettimille
- IEC 60079 -sarja, Räjähdysvaarallisten tilojen sähkölaitteiden vaatimukset
