← Retour à la catégorie Mesure et contrôle du niveau

Examen détaillé des instruments de mesure et de contrôle de niveau

A) Importance

Une mesure plus intelligente prend en charge des opérations plus sûres, plus efficaces et plus durables, améliorant le temps de disponibilité et prolongeant la durée de vie, quel que soit le secteur. Dans toute industrie de processus, la mesure et le contrôle des paramètres suivants doivent être effectués de manière extensive et sont très importants pour un fonctionnement satisfaisant du processus.

Par CNShukla, consultant (formation et développement), Pune Techtrol Pvt. Ltd

CNShukla

CNShukla, consultant (formation et développement), Pune Techtrol Pvt. Ltd

  • La température
  • La pression
  • Niveau et
  • Flux

L’importance de la mesure de niveau dans ce contexte ne peut être surestimée, que ce soit pour la Mesure et le Contrôle de Processus Industriels ou pour le jaugeage de cuves d’inventaire.

L’importance de la mesure et du contrôle de niveau est principalement due aux facteurs suivants…

  • Contrôle sûr et efficace du processus: - Un processus de fabrication peut mal fonctionner si les niveaux de liquides et de solides pertinents ne sont pas mesurés et contrôlés correctement. Il peut également endommager gravement les équipements de production et entraîner des modifications indésirables de la qualité du produit ou des pertes de production. (Exemple - Dans le cas de chaudières générant de la vapeur, la mesure et le contrôle du niveau d'eau dans le tambour de la chaudière sont très critiques. Une perte de niveau d'eau ou un niveau d'eau excessif sont néfastes pour la durée de vie de la chaudière et des auxiliaires associés.)
  • Surveillance et contrôle des stocks: - L’efficacité économique de toute opération dépend d’un contrôle adéquat des stocks. Ceci est particulièrement important pour les articles de grande valeur, car un stockage excessif de ces articles ajoute au «coût de possession des stocks». Cependant, les faibles stocks peuvent affaiblir l'activité de production. Il est donc essentiel de mesurer avec précision le niveau des stocks liquide / solide.
  • Transfert de propriété: - La mesure précise du niveau de liquides et de solides facilite la transaction des articles en toute confiance et permet un règlement plus rapide des transactions. L'estimation du volume de liquides coûteux, tels que les produits pétroliers, peut toujours être effectuée de manière plus précise en mesurant le niveau plutôt qu'en effectuant une mesure de débit.
  • Sécurité des personnes: - Le déversement de liquide dangereux peut nuire au personnel travaillant dans la zone et potentiellement créer des risques pour la sécurité et l’environnement, entraînant des pertes financières. Par conséquent, une protection anti-débordement est très essentielle. De plus, le mélange disproportionné de deux ingrédients ou plus peut générer des produits nocifs.

B) Technologie de mesure

Les technologies utilisées pour la mesure et le contrôle du niveau liquide / solide sont classées comme suit.

1) Instruments à contact - Ces instruments sont en contact direct avec le liquide / solide dont le niveau est surveillé. Ils reposent sur divers principes tels que le principe d'Archimède, le magnétisme, la pression hydrostatique, la capacité, la conductivité et les vibrations piézoélectriques.

Lors de l'utilisation d'instruments de mesure de niveau à contact, la compatibilité du matériau de construction (MOC) de l'instrument doit être prise en compte. Une attention adéquate doit également être accordée à la pression et à la température de fonctionnement.

Principes d'Archimède 1.1: -

  • Un corps, dont la densité est inférieure à celle d'un liquide, flotte dans ce liquide et le poids du liquide déplacé est égal au poids du corps.
  • Un corps immergé dans le liquide déplacera un volume de liquide égal à son volume et la force de flottabilité ressentie par le corps immergé équivaudra à sa perte de poids.


1.2 Magnetism: -

La force magnétique peut être utilisée pour actionner des commutateurs à lames et des micro-commutateurs sans contact physique. La force magnétique peut également être transmise à travers des matériaux non magnétiques.

Conductivité 1.3

Le courant traverse le liquide conducteur pour compléter le circuit entre l'électrode de référence et l'électrode de détection / contrôle.

1.4 Pression hydrostatique: -

Cette méthode dépend de la mesure de la pression exercée sur le capteur de pression par la colonne de liquide

lorsqu'il est placé au fond du réservoir. La pression exercée par la colonne de liquide est égale à la hauteur de la colonne de liquide, h, multipliée par le poids spécifique, sg, de celle-ci.

(P = hx sg.).

Ainsi, à partir de cela, nous pouvons calculer le niveau de liquide, "h" dans un réservoir, si nous connaissons la pression du liquide au fond et la densité "sg" du liquide.

Principe de capacité 1.5: - La relation de capacité est exprimée par l'équation suivante:

C = 0.225 K (A / D)

où:

C = capacité au Pico Farads

K = Constante diélectrique du matériau

A = Surface des plaques en pouces carrés

D = Distance entre les plaques en pouces

Les commutateurs et émetteurs de type capacitif utilisent ce principe lorsque le liquide entre deux électrodes agit comme constante diélectrique.

Effet piézoélectrique 1.6: - L'effet piézoélectrique est la capacité de certains matériaux à générer une charge électrique en réponse à une contrainte mécanique appliquée. L’une des caractéristiques uniques de l’effet piézoélectrique est qu’il est réversible, c’est-à-dire que les matériaux présentant l’effet piézoélectrique direct (la génération d’électricité lorsque des contraintes sont appliquées) présentent également l’effet piézoélectrique inverse (la génération de contraintes lorsqu'un champ électrique est appliqué). ).

Tous les commutateurs à fourche vibrante utilisent le cristal piézoélectrique et fonctionnent sur ce principe.

2) Instruments du type sans contact - Ils n'entrent pas en contact physique avec le liquide / solide dont le niveau est mesuré. Ces instruments sont principalement basés sur les principes des ultrasons, du radar et du laser. Une attention adéquate doit également être accordée à la pression et à la température de fonctionnement.

Principe 2.1 Ultrasonic: -

Le son se déplace dans l'air à une vitesse de 343 mètres / sec. sur 20 0 C. L’écho des impulsions ultrasonores aux fréquences 30 et supérieures est utilisé pour calculer la distance entre le capteur et la cible. La distance entre le capteur et la cible est calculée par: -

R (t) = ct / 2

où: R (t) est la distance à la cible

c est la vitesse du son

t est le délai entre la transmission et l’écho reçu.

Principe du radar 2.2: -

Cette technologie radar sans contact a deux versions différentes: radar à impulsions et fréquence

Radar à onde continue modulée (FMCW).

Le radar à impulsions - Une onde électromagnétique ayant une fréquence comprise entre 1 et 100 GHz est envoyée de l'antenne vers la surface de traitement à la recherche d'un changement d'impédance, qui reflètera le signal vers l'émetteur.

L'intensité des impulsions réfléchies dépend de la constante diélectrique du produit. Le temps de transit de l'impulsion électromagnétique est utilisé pour calculer la distance et à son tour le niveau de traitement liquide / solide.

Le radar de FMCW - Il utilise un signal RF haute fréquence jusqu’à 100 GHz, transmis vers la cible et réfléchi par la surface de la cible à une fréquence temporisée. La différence de fréquence de signal transmise et reçue est directement proportionnelle à la distance de la cible à l’antenne qui est ensuite convertie en signal de niveau de 4-20mA DC.

C) Types d'instruments de mesure de niveau -

1) Indication visuelle: - Il est réalisé à l'aide de jauges de niveau mécaniques qui ne dépendent pas de l'électricité pour leur fonctionnement.

  • Ils sont utilisés pour l'indication continue du niveau de liquides. Les jauges de niveau sont classées comme jauges en verre et jauges à flotteur.
  • Les jauges en verre reposent sur le principe selon lequel «le liquide cherche son propre niveau», tandis que les jauges à flotteur sont basées sur le principe d'Archimède.
  • Les jauges de niveau sont disponibles dans une grande variété de matériaux tels que PP, CS, SS304, SS316, PVDF, SS304 revêtu de PTFE ou Hastalloy C en fonction du type de liquide et des conditions de fonctionnement.
  • Dans plusieurs applications, la fourniture de jauges de niveau à lecture directe est obligatoire en tant qu'exigence légale.

Avantages: -

  • «Voir, c'est croire» est donc fiable et ne dépend pas de l'électricité.
  • Les jauges en verre fournissent une indication directe du niveau de liquide.
  • Facile à installer et à utiliser.
  • Convient aux applications à haute température et pression.

Limitations: -

  • Ils conviennent aux liquides fluides ne contenant pas de particules en suspension lourdes.
  • Les jauges en verre ont un élément fragile comme un tube de verre ou un verre plat.

Vous trouverez ci-dessous les types de jauges de niveau couramment utilisés dans l'industrie.

Jauge de niveau tubulaire 1.1: -

La jauge est montée sur le côté d'un réservoir de manière à former une boucle étroite avec le contenu du récipient. Le niveau de liquide peut être observé dans le tube en verre de la jauge. Des protecteurs sont fournis pour protéger le verre des bris accidentels.

Convient pour la température maximale 200 C et la pression 10 Kg / cm2

En règle générale, ces jauges sont utilisées pour les applications à basse pression et, en général, pour les réservoirs "ouverts à l'atmosphère".

Jauge en verre 1.2 Reflex / Transparent: -

Le niveau de liquide est observé dans un verre plat à effet réflexe ou transparent. Le verre de type Reflex présente sur sa face avant des ondulations prismatiques, en vertu desquelles la partie liquide apparaît en noir et la partie au-dessus blanche.

La jauge transparente est semblable au type à réflexe, à la différence que le verre de la jauge est fini lisse et qu'une paire de verre est montée à l'avant et à l'arrière.

Convient pour la température maximale 400 C et la pression 200 Kg / cm2

1.2 réflexe jauge de niveau transparent
Jauge de niveau magnétique 1.3

Jauge de niveau magnétique 1.3: -

Il consiste en un flotteur magnétique à l'intérieur d'une chambre en matériau non magnétique. L'indicateur est fixé à l'extérieur de la chambre. L'indicateur est disponible en deux types: capsule suiveuse ou clapet bicolore.

Float suit le niveau de liquide et relie la capsule / clapet pour indiquer le niveau de liquide. Cette jauge est polyvalente, car elle peut être équipée d’interrupteurs et d’un transmetteur qui sont fixés extérieurement sur la chambre.

Il convient aux liquides corrosifs, toxiques et dangereux pour lesquels les jauges en verre sont considérées comme dangereuses. Convient pour la température max. 400 C et la pression 100 Kg / cm2

1.4 flotteur


1.4 Float & Board Jauge: -

C'est la jauge la plus simple qui consiste en un flotteur relié à un câble et à l'autre extrémité du câble est connectée à un pointeur situé à l'extérieur du réservoir.

Le flotteur suit le niveau de liquide et le pointeur se déplace sur la carte de balance fixée sur le côté du réservoir. Il convient aux réservoirs de stockage de liquides en vrac sous pression atmosphérique.

Jauge à ruban float 1.5

Jauge à flotteur et à ruban 1.5: -

C'est la jauge la plus précise, qui mesure le niveau de liquide jusqu'à ± la précision 2mm. Il consiste en une bande perforée enroulée sur un tambour. Le flotteur suit le niveau de liquide et la bande est enroulée / déroulée sur le tambour à travers la roue dentée.

Le mouvement de la roue dentée est transféré au pointeur par le mécanisme d'engrenage pour indiquer le niveau sur le cadran.

2) Détection ou contrôle de niveau à des points prédéfinis: -

Pour ce faire, utilisez un commutateur de niveau qui fournit un contact marche / arrêt pour des opérations telles que l’annonce d’alarme, le démarrage / l’arrêt des pompes / auxiliaires, les verrouillages, etc.

  • Utilisé pour détecter le niveau liquide / solide dans le réservoir. Des commutateurs de niveau à point unique ou à points multiples sont disponibles.
  • Disponible dans une grande variété de matériaux tels que PP, CS, SS304, SS316, PVDF, SS304 revêtu de PTFE pour s'adapter au type de liquide et aux conditions de fonctionnement.
  • Une protection contre les intempéries ou une protection antidéflagrante pour une installation en extérieur et une installation dans une zone dangereuse est fournie.

Avantages: -

  • Les commutateurs, basés sur le principe d'Archimède, ne nécessitent pas d'électricité pour leur fonctionnement. Mais ils fournissent des contacts électriques libres de potentiel, qui peuvent être utilisés pour d'autres actions.
  • Étant donné que l'interrupteur électrique est couplé magnétiquement au flotteur, l'isolation entre le liquide et la partie électrique de l'instrument est complète.

Limitations -

  • · Il est possible que certains commutateurs ne conviennent pas au fonctionnement direct de charges plus élevées.

Dans de tels cas, l'utilisation de relais / contacteurs intermédiaires peut être nécessaire.

Vous trouverez ci-dessous les différents types d’interrupteurs de niveau généralement utilisés dans l’industrie.

Interrupteur guidé par flotteur 2.1

Commutateur guidé par flotteur 2.1 -

Il peut fournir une commutation en un ou plusieurs points. Il se compose d'un ou plusieurs interrupteurs à lames scellés hermétiquement situés à l'intérieur du tube de guidage et d'un flotteur magnétique qui se déplace librement le long de celui-ci. Float suit le niveau de liquide et actionne le commutateur à lames.

Les contacts Reed de sortie ont une puissance nominale faible (40, 60, 120 VA) mais peuvent néanmoins être connectés directement à un automate / un système de contrôle de version. Convient pour max. temp. 150 ° C et pression 10 kg / cm2

2.2 interrupteur à flotteur

Commutateur à pivot flottant 2.2 -

Il s'agit d'un interrupteur à un point généralement monté latéralement sur la paroi du réservoir. Le commutateur fonctionne via un couplage magnétique sans presse-étoupe pour fournir des contacts de commutation de microcommutateur 5A, 230VAC.

L'interrupteur est idéal pour les réservoirs inaccessibles de haut en bas. Convient pour max. temp. 300 ° C et pression 20 kg / cm2


2.3 Interrupteur à plongeur -

C'est un commutateur simple ou multipoint. Le plongeur, est suspendu à un câble métallique est connecté à la tige de l'actionneur. À la montée du niveau, lorsque le plongeur est immergé dans le liquide, il subit une force de flottabilité et actionne le microrupteur de la classification 5A, 230VAC.

Les points de consigne de niveau sont réglables sur site. Convient pour la température maximale 300 C et la pression de 100 Kg / cm2

Détecteur de conductivité 2.4

Capteur de conductivité 2.4 -

Comme son nom l'indique, il convient uniquement aux liquides conducteurs. Dans ce cas, un petit signal alternatif passe par une électrode de référence et celle-ci est détectée au niveau des électrodes de commande à différents points de réglage.

Le courant circulant de l’électrode de référence à l’électrode de commande est utilisé pour faire fonctionner un relais capable de gérer plus de puissance. Convient pour max. Temp. 100 ° C et pression 5 kg / cm2

Commutateur de capacité 2.5

Commutateur de capacité 2.5 -

Il mesure la capacité formée par deux électrodes du commutateur où le liquide forme le diélectrique. La variation de niveau entraîne une modification de la capacité mesurée et du relais actionné. Convient pour max. temp. 60 ° C et pression 5 kg / cm2

Interrupteur à fourche vibrante 2.6

Interrupteur de fourche vibrant 2.6 -

Dans l’air, sa fourche vibre à sa fréquence de résonance créée au moyen d’un cristal piézoélectrique. Lorsque le matériau entre en contact avec la fourche, ses vibrations amorties sont détectées dans l'électronique pour faire fonctionner le relais.

Il s'agit d'un commutateur à point unique et disponible pour les granulés / poudres à écoulement libre et liquide. Convient pour max. temp. 250 ° C et pression 10 kg / cm2

Commutateur à palette rotatif 2.7

Interrupteur à palette rotative 2.7 -

C'est un commutateur de détection de niveau solide. Il se compose d'un moteur synchrone qui tourne à 1 RPM. L'arbre du moteur est prolongé à la longueur requise et une palette y est fixée.

En l'absence de matériau, la palette tourne et lorsqu'un niveau solide atteint la palette, elle cesse de tourner et actionne un levier de micro-commutateur pour fournir des contacts inverseurs.

3) Mesure et surveillance de niveau continues: -

· Les transmetteurs de niveau sont utilisés pour les mesures quantitatives de liquides / solides qui facilitent le contrôle des stocks et le transfert de propriété. Ils fournissent généralement une sortie électrique de 4 à 20 mA DC correspondant à 0 à 100% du niveau, qui peut à son tour être exprimé en termes de diverses unités de mesure, y compris le volume / poids.

Les émetteurs sont disponibles en matériaux PP, SS304, SS316, SS revêtu de PVDF pour convenir aux liquides de traitement. Le contrôle de l'inventaire et le transfert de la garde peuvent être effectués à l'aide de l'émetteur.

Avantages-

  • Une mesure quantitative exacte facilite la surveillance continue du niveau.
  • La sortie est également disponible en RS485 MODBUS ou HART. Compatible avec le bus de terrain.
  • Plusieurs points d'alarme peuvent être attribués à partir du système indicateur PLC / SCADA.
  • Limitations -
  • Les transmetteurs de niveau à contact ne conviennent pas aux applications solides
  • Un système indicateur / SCADA est nécessaire pour afficher le niveau dans une unité significative.


Vous trouverez ci-dessous les principaux types d’émetteurs disponibles pour différentes applications de l’industrie.

Emetteur guidé par flotteur 3.1

Emetteur guidé 3.1 Float: -

Il consiste en un flotteur magnétique se déplaçant le long du tube de guidage, contenant une chaîne de résistances et d'interrupteurs à lames souples placés en travers. Le flotteur se déplace sur le tube de guidage en fonction du niveau de liquide pour actionner le commutateur à lames et la tension correspondante sur la résistance est convertie en sortie de courant de 4-20mA.

Il peut être utilisé pour max. temp. 150 ° C et pression 10 kg / cm2

Transmetteur hydrostatique 3.2: -

Les compteurs 10 de colonne d'eau pure correspondent à la pression 98.1 Kpa. Un capteur piézorésistif installé au bas de la sonde mesure la pression de la colonne de liquide au fond du réservoir.

La pression détectée est convertie en sortie mv qui est traitée pour fournir une sortie 4-20mA. Convient pour la pression atmosphérique et temp. 70⁰C

3.3-capacitance-transmetteur

Transmetteur de niveau de capacité 3.3: -

La structure et le fonctionnement sont similaires à ceux du commutateur de capacité, sauf que le changement de capacité est converti en signal de sortie mA 4-20. Convient pour max. température 60⁰C et pression de 5 kg / cm2

Transmetteur de niveau magnétostrictif 3.4

Transmetteur de niveau magnétostrictif 3.4: -

Il s'agit d'un transmetteur de niveau de type float de haute précision (<1mm). Une impulsion de courant envoyée sur le fil guide d'onde crée un champ magnétique circulaire qui interagit avec le champ magnétique généré par le flotteur pour produire une torsion du fil.

Le délai entre le début de l'impulsion et son retour est mesuré et converti en 4-20mA o / p, ce qui correspond à la position du flotteur / au niveau de liquide. Il peut être utilisé pour la température maximale 100⁰C et la pression 10 kg / cm2

Transmetteur de niveau radar à ondes guidées 3.5

Transmetteur de niveau radar à ondes guidées 3.5: -

Il s'agit d'un émetteur à contact basé sur le principe de la réflectométrie dans le domaine temporel (TDR). Des impulsions électromagnétiques de faible puissance sont envoyées le long de la sonde jusqu'à la surface du produit et sont partiellement renvoyées à l'électronique.

Le temps de transit des impulsions émises et réfléchies est proportionnel à la distance, qui est ensuite converti en signal mA 4-20. Cet émetteur est adapté pour max temp. 250⁰C et pression de 10 kg / cm2

Transmetteur de niveau type 3.6

Transmetteur de niveau de type 3.6 Displacer: -

Il consiste en un plongeur suspendu à un levier de commande, dont l'autre extrémité est reliée à un tube de torsion et à un ensemble de levier équipé d'un système magnétique.

Le changement de niveau de liquide force le levier de commande à faire tourner le tube de torsion proportionnellement au changement de force de flottabilité agissant sur le plongeur.

Cette rotation est transférée à l'ensemble levier entraînant un déplacement angulaire pour modifier le champ magnétique, lequel est détecté par le capteur et converti en mA 4-20 via l'électronique de traitement du signal. Convient pour max temp. 300 ° C et pression 60 kg / cm2

3.7 transmetteur de pression différentielle-1

Transmetteur de pression différentielle 3.7: -

Ces émetteurs sont basés sur le principe piézorésistif ou le principe de capacité et sont largement utilisés pour les applications de mesure de niveau et de débit.

Ils conviennent parfaitement à la mesure de niveau dans des récipients à haute pression, tels que des tambours à chaudière. L'émetteur peut être connecté au navire au moyen de tuyaux d'impulsion. Des transmetteurs de type joint à membrane distants sont également disponibles pour les fluides visqueux dangereux.

3.7-transmetteur de pression différentielle-1

Transmetteur de niveau à ultrasons sans contact 3.8

Transmetteur de niveau à ultrasons sans contact 3.8: -

Il émet une brève salve ultrasonore vers une cible, qui renvoie le son au capteur. Le système mesure ensuite le temps de transit du signal transmis et réfléchi qui est proportionnel à la distance à la cible.

Le même transducteur peut être utilisé pour transmettre et recevoir le son, ou des transducteurs séparés peuvent être utilisés pour émettre et recevoir. Convient pour max. temp. 70⁰C & pression <1bar

Transmetteur de niveau radar sans contact 3.9: -

Comme expliqué précédemment, ces émetteurs peuvent être de «type à impulsion» ou basés sur le «principe FMCW». Les émetteurs sont programmables sur le site. Plus la fréquence de fonctionnement est élevée, plus la portée de l'émetteur est petite, mais meilleure est la résolution, et inversement.

Différents types d'antennes tels que le type de cornet, le guide d'ondes, le type de parabole, l'antenne à patch ou l'antenne à chute sont disponibles pour s'adapter aux applications. Convient pour max temp. 300⁰C et pression de 35 kg / cm2

Des combinaisons de jauge de niveau, d'interrupteur et d'émetteur peuvent également être utilisées. Toutes les jauges à flotteur peuvent être équipées d'interrupteurs et d'émetteurs. Les jauges de niveau magnétiques peuvent être équipées d'une double chambre, une pour la jauge de niveau et une autre pour l'émetteur radar.

D) Critères de sélection

L'instrument de mesure de niveau est sélectionné en fonction des critères / conditions suivants.

  1. Compatibilité chimique avec le liquide
  2. Propriété physique du matériau de service - Densité, conductivité, constante diélectrique, viscosité et particules en suspension
  3. Température et pression de fonctionnement
  4. Conditions moussantes / fumantes
  5. Agitation / turbulence dans un liquide
  6. Angle de repos et taille des particules
  7. Zone classée comme dangereuse / non dangereuse
  8. Position de montage et raccordement au processus sur le réservoir / navire
  9. Précision souhaitée

La sélection, l’installation et la mise en service correctes de l’instrument sont également importantes pour obtenir une mesure précise du niveau.

Il n’existe pas d’instrument universel pour la mesure de niveau de liquides / solides. Cependant, l'instrument approprié est sélectionné avec les critères donnés ci-dessus.

E) L'avènement de l'ère numérique: -

Comme dans d'autres domaines, les progrès de la technologie numérique ont également eu un impact positif sur la technologie de mesure de niveau. En plus de la sortie conventionnelle mA 4 à 20 mA des émetteurs, la sortie MODBUS RTU est également disponible et peut être surveillée directement à partir de l'ordinateur. Le «système de gestion des parcs de réservoirs», qui est essentiellement un système SCADA, facilite la surveillance centralisée et le contrôle des stocks de produits chimiques, de solvants et de produits pétroliers.

Plusieurs fonctions liées à la surveillance du niveau, telles que les opérations marche / arrêt des pompes, les opérations ouverture / fermeture des vannes, l'annonce d'alarme, etc. peuvent être exécutées à distance en utilisant le réseau GSM / GPRS.

L'affichage graphique et l'animation des indications de niveau sur les écrans DCS / SCADA permettent à l'opérateur de surveiller plusieurs paramètres en un coup d'œil.

La mesure et la surveillance de niveau ont récemment été effectuées à l'aide de la technologie sans fil pour diverses applications IIoT

Industrie de process Informer

nouvelles connexes

Laissez un commentaire

Ce site utilise Akismet pour réduire les spams. Découvrez comment vos données de commentaire sont traitées.

Partage via