- Ikhtisar sensor ketinggian
- Ikhtisar teknologi
Ikhtisar teknologi - sensor ketinggian
Spektroskopi impedansi
Endapan dan busa sering kali membuat ketinggian sulit dideteksi. Teknologi spektroskopi impedansi mengukur medan listrik dan medan magnet dalam beberapa kisaran frekuensi antara 50…200 MHz. Setiap media memiliki profil unik dalam seluruh spektrum frekuensi tinggi ini. Ada tiga pengukuran yang dilakukan pada setiap titik:
- Atenuasi (peredaman) gelombang elektromagnetik
- Konduktansi medan listrik (kemampuan menghantarkan arus listrik)
- Permitivitas (kemampuan mempolarisasi partikel) medan magnet
Ketika terdapat media, pengukuran ini akan mencocokkan profil. Pengukuran tidak dapat melakukan pencocokan profil jika tidak ada media atau hanya ada tersisa residu. Jika profil yang diukur dikategorikan ke dalam zona peralihan hijau, output sensor akan berubah statusnya.
Tidak terdapat media: Gambar di atas menunjukkan situasi tanpa ada media yang menutupi ujung sensor. Di sini, atenuasi rendah, konduktivitas rendah, dan permitivitas rendah. Profil unik ini berada di luar zona peralihan.
Terdapat media: Gambar ini menunjukkan profil ketika terdapat media di ujung sensor. Di sini, atenuasi, konduktivitas, dan permitivitas tinggi dan profil yang diukur berada dalam zona peralihan. Output diubah statusnya.
Terdapat residu: Jika hanya terdapat residu yang menutupi ujung sensor, konduktivitas dan permitivitas tinggi karena ada bekas keberadaan media. Namun, atenuasinya rendah karena jumlah media yang ada sangat kecil. Profil ini berada di luar zona peralihan dan output tidak berubah statusnya.
Media lain memiliki profil yang berbeda. Dengan menggunakan IO-Link, nilai proses media dapat dievaluasi dan digunakan untuk membedakan antara satu bahan dengan bahan yang lain, misalnya minyak vs. air, susu murni vs. susu 2%, dsb.
Fitur:
- Mengatasi terbentuknya residu dan busa.
- Ujung sensor PEEK dengan penyegelan flush memenuhi persyaratan 3A.
- Bodi baja tahan karat untuk kekuatan.
Semua versi bisa diprogram, tetapi pengaturan default pabrik hanya tersedia untuk media berbasis air, media berbasis minyak/media serbuk dan media dengan kandungan gula yang tinggi.
Radar gelombang yang diarahkan (gwr)
Prinsip pengoperasian radar gelombang yang diarahkan menggunakan pulsa elektromagnetik dalam kisaran nanodetik (microwave). Kepala sensor mengirim pulsa, kemudian pulsa bergerak ke bawah ke probe logam (pengarah). Saat mengenai media, gelombang dipantulkan kembali, dikumpulkan oleh probe logam, dan diarahkan ke kepala sensor. Perbedaan waktu antara pengiriman dan penerimaan pulsa (time-of-flight) sama dengan jarak pengukuran.
Untuk memisah pulsa radar secara tepat, diperlukan pelat peluncuran logam dengan diameter 150 mm²atau 150 mm. Jika tangki memiliki penutup logam, penutup logam ini bisa berfungsi sebagai pelat peluncuran.
Gambar di atas menampilkan tangki dengan penutup logam. Pelat peluncuran tidak diperlukan karena penutup logam bisa digunakan untuk pelat peluncuran.
Pelat peluncuran diperlukan untuk tangki dengan penutup plastik. Di sini diperlihatkan bahwa diameter minimal adalah 150 mm.
Pelat peluncuran juga diperlukan untuk tangki yang terbuka. Cara termudah untuk menyediakannya adalah dengan memasang flensa pada siku logam.
Untuk media berbasis minyak, permukaan cairan tidak memantulkan pulsa radar sebaik air. Untuk mengintensifkan dan memiliki sinyal, kita harus menggunakan aksesori tabung koaksial.
Saat menggunakan tabung koaksial, pelat peluncuran yang disebutkan di atas tidak diperlukan. Dengan demikian, ini dapat memudahkan pemasangan. Akan tetapi, perpindahan antara probe dan tabung koaksial terkait adanya substansi padat, emulsi, dan sebagainya, bisa menyebabkan indikasi ketinggian yang salah. Tabung koaksial juga dapat digunakan dengan media berbasis air dan tabung dapat dipotong memanjang agar sesuai dengan probe.
Fitur:
- Desain Clean-Out-of-Place (COP) 3A yang diotorisasi untuk beberapa model
- Peringkat tekanan hingga 40 bar untuk beberapa model
- Material konstruksi dari baja tahan karat
- Tahan dari debu, kabut, dan uap
Tekanan hidrostatis
Tekanan hidrostatis adalah gaya yang diberikan di suatu area dengan kolom cairan dan menunjukkan fungsi tinggi wadah, bukan bentuk atau volume wadah keseluruhan. Persamaan tekanan hidrostatis adalah sebagai berikut:
Jika densitas dan gravitasi spesifik cairan diketahui, tinggi (atau ketinggian) cairan dapat ditentukan dari pengukuran tekanan hidrostatis.
Aplikasi tekanan hidrostatis yang umum mengukur ketinggian cairan dalam tangki tertutup. Selubung gas murni dapat digunakan untuk mencegah cairan mengalami oksidasi, seperti CO2 di bagian atas tangki bir. Dalam hal ini, tekanan diferensial dapat dihitung menggunakan dua sensor tekanan. Satu sensor di bagian atas mengukur tekanan gas dan satu sensor di bawah mengukur tekanan gas dan tekanan akibat cairan. Tekanan cairan saja (dan karenanya ketinggian cairan) adalah perbedaan dari dua pengukuran.
Ketinggian titik kapasitif (nomor produk Kxxxxx)
Sensor kapasitif mendeteksi material apa pun secara kontak atau non-kontak. Dengan sensor jarak kapasitif ifm, pengguna dapat menyesuaikan sensitivitas sensor untuk mendeteksi cairan atau substansi padat meskipun melalui tangki non-logam.
Agar pendeteksian ketinggian dengan sensor kapasitif berhasil, pastikan:
- Material dinding pipa adalah non-logam
- Ketebalan dinding pipa kurang dari 6 – 12 mm
- Tidak ada logam di area sekitar sensor
- Permukaan pendeteksian diposisikan tepat pada dinding pipa
- Sensor dan pipa dihubungkan ke ground dengan potensial yang sama
Ketinggian kontinu kapasitif (nomor produk Lxxxxx)
Sensor ketinggian kontinu LK dan LT dari ifm terdiri dari 16 sensor kapasitif terpisah yang ditumpuk dan dikombinasikan.
Setiap sel mengevaluasi area sekelilingnya untuk mendeteksi apakah tertutupi oleh media. Mikroprosesor mengevaluasi ke 16 sel untuk menentukan ketinggian media.
Rangkaian produk LK dan LT memiliki fungsi pelindung luapan bawaan. Algoritma yang memantau luapan tidak ditentukan dari pengukuran ketinggian yang umum. Jadi, jika output gagal dialihkan seperti yang diinginkan dan ketinggian terus meningkat, pelindung luapan akan memaksa output untuk dialihkan.
Selain itu, seri LT memiliki output terpisah untuk suhu media.
Ultrasonik
Sensor ultrasonik mengandalkan pendeteksian gelombang suara yang dipantulkan oleh permukaan yang akan diukur ketinggiannya. Permukaan media memantulkan gelombang suara dan jarak ditentukan melalui pengukuran time-of-flight.
Berbeda dari sensor fotoelektrik, warna, transparansi dan reflektivitas media tidak berpengaruh pada teknologi ultrasonik.
Sensor ultrasonik memiliki ketahanan yang tinggi dari kelembapan dan debu. Permukaan pendeteksian bergetar pada frekuensi sangat tinggi dan menghilangkan kelembapan dan debu yang berlebihan sebelum substansi tersebut bisa berpengaruh negatif pada performa. Namun, suhu yang ekstrem mungkin dapat berpengaruh pada akurasi karena kecepatan suara bervariasi dengan suhu.
Fotoelektrik
Sensor jarak laser O1D dan sensor vision O3D menggunakan teknologi time-of-flight PMD untuk mengukur jarak ke permukaan media. Prinsip time-of-flight memantau waktu yang dibutuhkan oleh foton cahaya untuk bergerak ke permukaan dan kembali. Kemudian sinyal diproses oleh elemen penerima.
Teknologi ini tidak cocok untuk pengukuran ketinggian cairan yang jernih. Teknologi ini hanya dapat digunakan untuk cairan yang tidak tembus pandang dan substansi padat.
Radar
Perangkat bekerja sesuai dengan metode FMCW (Frequency Modulated Continuous Wave). Pulsa elektromagnetik dalam kisaran GHz dikirim ke media pada frekuensi yang terus berubah antara 77 dan 81 GHz. Karena transmitter terus mengubah frekuensi sinyal yang dikirim, akan ada perbedaan frekuensi antara sinyal yang dikirim dan sinyal yang dipantulkan. Frekuensi sinyal yang dipantulkan dikurangi dari frekuensi sinyal yang dikirim pada saat itu dan akan menghasilkan sinyal frekuensi rendah yang sebanding dengan jarak dari ketinggian. Kemudian sinyal diproses untuk memperoleh pengukuran ketinggian yang cepat, andal, sangat akurat.
Apa kelebihan dari 80 GHz?
Ukuran dan frekuensi antena adalah dua faktor penting yang menentukan untuk resolusi jangkauan dan akurasi sensor radar. Prinsipnya:
- Makin kecil antena, makin besar sudut bukaan radar
- Makin tinggi frekuensi, makin pendek panjang gelombangnya
Dalam gambar diperlihatkan: Teknologi 80 GHz frekuensi tinggi memungkinkan sudut bukaan yang relatif kecil menggunakan antena berukuran kecil.
Makin banyak sinyal, makin sedikit interferensi
Lebih memfokuskan pada sinyal yang kuat melalui sudut bukaan yang kecil memungkinkan untuk mendeteksi media dengan dialektrik rendah, karena fokus yang tinggi meningkatkan refleksi pada sensor. Fokus yang tinggi juga mencegah pendeteksian agitator dan pembersih jet yang dapat menimbulkan interferensi sinyal.
Resolusi tinggi dan pengukuran ketinggian akurat pada keseluruhan tinggi tangki
Untuk aplikasi seperti pendeteksian ketinggian industri, akurasi jangkauan (hingga milimeter) merupakan prioritas penting. Akurasi pengukuran dan resolusi jangkauan (seberapa presisi perubahan ketinggian yang terdeteksi) bergantung pada frekuensi yang dipancarkan. Bandwith lebar yang tersedia dalam frekuensi 77 hingga 81 GHz membuat pengukuran jangkauan sangat akurat. Sensor radar 80 GHz dapat mencapai performa 20x lebih baik dalam hal resolusi dan akurasi jangkauan dibandingkan radar 24 GHz. Jadi, resolusi tinggi dapat membantu memisahkan ketinggian cairan dari pantulan yang tidak diharapkan di bagian bawah tangki. Ini memungkinkan sensor untuk mengukur ketinggian cairan secara akurat pada seluruh tinggi tangki dengan meminimalkan zona tak terdeteksi di bagian bawah tangki. Dan karena resolusi tinggi meningkatkan jarak minimal yang dapat diukur, ketinggian cairan dapat diukur sampai bagian paling atas tangki saat tangki penuh.