W przemyśle farmaceutycznym, materiałów budowlanych i spożywczym, w zbiornikach i silosach, na platformach i w systemach dozowania, nawet w kuchni i w łazience – wszędzie spotykamy się z pomiarem masy. W przemyśle staje się to szczególnie interesujące, gdy chodzi o poziom w zbiornikach. Istnieją różne możliwości pomiaru masy lub ważenia. Poziom napełnienia może być zmierzony optycznie, hydrostatycznie, ultradźwiękowo, za pomocą mikrofal i radaru, mechanicznie, pojemnościowo, przez rozproszenie ciepła, przez przemieszczenie i oporność, a także grawimetrycznie – co stanowi temat niniejszego artykułu.
Pojęcie „grawimetryczny” powstało z połączenia łacińskiego „gravitas” czyli „grawitacja” i greckiego „τὸ μέτρον” oznaczającego „mierzyć”. Pomiar grawimetryczny polega na połączeniu ciężaru masy z siłą nacisku, aby stworzyć wartość użytkową. Poziom napełnienia zbiornika jest więc określany przez zważenie zbiornika (poziom napełnienia wynika z gęstości medium i geometrii zbiornika). Pomiar grawimetryczny zalicza się do technologii ważenia.
Grawimetryczny pomiar poziomu jest szczególnie odpowiedni wówczas, gdy przechowywane w zbiornikach produkty rozkładają się nierównomiernie.
Grawimetryczny pomiar poziomu: Zalety
Ten sposób ważenia ma kilka zalet. Największą w nich jest chyba to, że przetworniki siły stosowane do grawimetrycznego pomiaru poziomu umieszczane są na zewnątrz zbiornika. Dzięki temu nie mają kontaktu z produktem. Nie jest konieczne otwieranie ani modyfikowanie istniejących zbiorników. Dzięki czemu można wyeliminować ryzyko zanieczyszczenia. Ułatwione jest także czyszczenie. Ponadto możliwy jest bardzo precyzyjny pomiar – 0,02 % obciążenia znamionowego nie jest rzadkością, jeśli chodzi o względny błąd liniowości. Dzięki temu możliwe jest precyzyjne dozowanie, gdy np. torebki są napełniane żywnością – i oczywiście opakowanie musi zawierać określoną ilość.
Kolejną zaletą jest to, że na wynik pomiaru nie ma wpływu rodzaj produktu. Grawimetryczny pomiar poziomu sprawdzi się bez względu na rodzaj medium – mogą to być ciała stałe, ciecze, substancje lepkie, substancje pieniące, a nawet substancje toksyczne i agresywne. Co więcej, nawet nierównomierne rozłożenie zawartości w zbiorniku i obecność pustych przestrzeni nie jest w stanie wypaczyć wyniku pomiaru. Ważona jest cała zawartość zbiornika.
Odpowiednie moduły montażowe nie tylko gwarantują właściwe odprowadzenie siły nacisku do przetworników, ale również bardzo ułatwiają montaż. Moduł i przetwornik siłowy mają niską wysokość i niską objętość instalacyjną. Problemy mogą pojawić się wtedy, gdy zbiornik jest zamontowany na stałe. Wówczas umieszczenie modułu wymaga wiele wysiłku. W takim przypadku zalecamy przykręcenie przetworników nacisku do wsporników. Przetworniki nacisku określają nacisk wywierany na wsporniki przez masą zawartości. Umożliwiają grawimetryczne ważenie nieruchomych zbiorników.
Grawimetryczny pomiar poziomu: Wady
Wady pomiaru grawimetrycznego mogą być mniej lub bardziej znaczące w zależności od zastosowania. Do zaburzenia wyników dochodzi, gdy nie da się uniknąć wpływu sił bocznych. Najbardziej sprzyjające warunki zachodzą, gdy zbiorniki są odłączone mechanicznie. W praktyce jednak zawsze może się zdarzyć, że np. rozpórki są absolutnie niezbędne. Wtedy pomiar zależy od tego, jak duży jest ich efekt wspomagający. Podobne problemy mogą wystąpić, jeśli na pomiar ma wpływ duża masa łożyska. Im mniejsza masa zbiornika w stosunku do masy produktu, tym dokładniejszy jest wynik pomiaru grawimetrycznego. Z kolei zbiornik wolnostojący zlokalizowany na terenie otwartym może być narażony na opady atmosferyczne. Na przykład, gdy działające siły wiatru lub masa śniegu powoduje znaczny wzrost masy produktu.
Typowe przetworniki siły do ważenia zbiorników
Jednopunktowe ogniwa obciążnikowe są klasycznymi rozwiązaniami stosowanymi w wagach. Charakteryzują się one nie tylko niską ceną i dużą dokładnością, ale również masa określana jest niezawodnie, niezależnie od tego, gdzie została umieszczona na platformie. W celu optymalnego wprowadzenia siły, zwykle instalowane są belki zginające lub ścinające z odpowiednimi modułami ważącymi pod zbiornikami, silosami lub naczyniami, które stoją na podporach. Aby określić obciążenie znamionowe przetworników siły, należy podzielić całkowitą masę zbiornika przez ilość wsporników. Jeśli obciążenie znamionowe przekracza 10 t, możliwe jest przejście na przetworniki siły ściskania, których maksymalna nośność sięga do 300 t. Dzięki czterem podporom można z najwyższą dokładnością ważyć zbiorniki o masie do 1200 t. Istnieje też opcja zawieszenia zbiornika na przetwornikach siły typu S lub wyposażenia w przetworniki tensometryczne.
Uwaga
Istnieją różne sposoby mierzenia poziomu. Czy to przez opisany w niniejszym artykule pomiar grawimetryczny, czy z zanurzalnym czujnikiem ciśnienia, przełącznikiem pływakowym lub czujnikiem ciśnieniowym – firma WIKA oferuje odpowiednie czujniki do każdego zastosowania. Jeżeli mają Państwo pytania, prosimy o zwrócenie się do osoby kontaktowej.
Przeczytaj również nasze artykuły
Belki sił zginających i belki tensometryczne: nie do zastąpienia w technologii ważenia
Czujnik tensometryczny w praktycznym zastosowaniu