Technologia precyzyjnej kontroli poziomu napełnienia

Niezależnie od tego, czy chodzi o silosy, zbiorniki magazynowe czy procesowe – dokładne monitorowanie poziomu napełnienia ma kluczowe znaczenie dla stabilnych, bezpiecznych i efektywnych procesów produkcyjnych. W praktyce wiele popularnych metod pomiarowych szybko napotyka swoje ograniczenia. Niniejszy artykuł techniczny porównuje sprawdzone technologie, takie jak radar, ultradźwięki czy czujniki pojemnościowe, z metodą grawimetryczną – i pokazuje, dlaczego technika wagowa okazuje się niezastąpiona tam, gdzie liczy się najwyższa precyzja.

W wielu branżach – m.in. spożywczej, chemicznej i farmaceutycznej – precyzja należy do kluczowych wymagań w codziennej produkcji. Niezawodny pomiar poziomu napełnienia odgrywa tu istotną rolę: zapobiega przepełnieniom, zapewnia dostępność materiału w procesach dozowania oraz umożliwia ciągłą kontrolę przebiegu procesu produkcji. Dobór odpowiedniej technologii pomiarowej zależy od wielu czynników – właściwości produktu, warunków konstrukcyjnych, czy odpowiednich wymagań regulacyjnych. Podstawowym celem jest zawsze jedno: bezpieczne i precyzyjne określenie rzeczywistej zawartości zbiornika – niezależnie od jego kształtu, rodzaju medium czy warunków otoczenia.

Klasyczne metody pomiarowe i ich ograniczenia

W praktyce stosuje się różne zasady pomiaru – od czujników radarowych i mikrofalowych, przez technologie ultradźwiękowe i pojemnościowe, aż po systemy hydrostatyczne czy optyczne. Wiele z tych metod dostarcza jednak jedynie wartości pośrednie – na przykład odległość do powierzchni medium lub ciśnienie na dnie zbiornika – na podstawie których obliczany jest poziom napełnienia. To nieuchronnie prowadzi do niepewności pomiarowej, zwłaszcza w przypadku tworzenia się piany, mostków materiałowych, nierównomiernych stożków zasypowych, przywierania produktu do ścian czy zmiennej gęstości medium.

Doświadczenia przemysłowe – jak te z zakładu chemicznego Solvay Fluor we Frankfurcie – pokazują praktyczne ograniczenia tradycyjnych systemów. Tam bezkontaktowe metody pomiarowe dawały niezadowalające wyniki, ponieważ zmiany temperatury i gęstości znacząco wpływały na dokładność. Rozwiązaniem okazała się dopiero modernizacja z użyciem tensometrycznych czujników wagowych serii PanCake® od Minebea Intec, wiodącego światowego producenta technologii ważenia i kontroli, które umożliwiły precyzyjny i niezawodny pomiar poziomu na podstawie masy – z maksymalnym błędem wynoszącym zaledwie 1,1 %, w porównaniu do około 2,5 % w przypadku wcześniejszych metod.

Pomiar wagowy: obiektywny, bezkontaktowy, precyzyjny

W przeciwieństwie do innych metod, pomiar grawimetryczny (wagowy) nie opiera się na sygnale pośrednim – mierzy bezpośrednio masę. Czujniki wagowe, takie jak PanCake® czy Inteco®, rejestrują ciężar całego zbiornika wraz z jego zawartością – niezależnie od właściwości materiału, zmian gęstości czy kształtu zbiornika. Efektem jest niezmiennie precyzyjny, liniowy pomiar w całym zakresie napełnienia – nawet w przypadku wymagających mediów, takich jak ciecze o dużej lepkości, materiały sypkie czy agresywne substancje chemiczne.

Kolejna zaleta: cała aparatura pomiarowa znajduje się na zewnątrz zbiornika. Dzięki temu eliminuje się konieczność jego perforacji, spada też ryzyko zanieczyszczeń, korozji czy błędów kalibracyjnych. Ma to szczególne znaczenie w aplikacjach o wysokich wymaganiach higienicznych, np. w produkcji spożywczej lub farmaceutycznej. Czujniki wagowe w wersji Hygienic Design są przystosowane do procesów CIP/SIP, spełniają wymagania dla pomieszczeń czystych i zostały zaprojektowane zgodnie z normami EHEDG oraz FDA.

Bezpieczeństwo procesu i opłacalność – system, który się zwraca

Czujnik wagowy PanCake® został zaprojektowany specjalnie z myślą o modernizacji i integracji z istniejącymi instalacjami. Jego montaż przebiega szybko i bez konieczności ingerencji w konstrukcję zbiornika – co stanowi istotną przewagę nad alternatywnymi technologiami, takimi jak radar czy ultradźwięki. Analizy wewnętrzne oraz porównania rynkowe pokazują, że już na etapie zakupu możliwe są oszczędności sięgające nawet 50%.

Również w codziennej eksploatacji PanCake® przekonuje niskimi kosztami całkowitymi. Urządzenie praktycznie nie wymaga konserwacji, ponieważ nie zawiera elementów podatnych na zużycie. Jednocześnie dokładność pomiaru pozostaje stabilna przez wiele lat. To przekłada się na mniejsze nakłady serwisowe i dłuższą żywotność – czynniki, które znacząco poprawiają całkowity koszt posiadania (Total Cost of Ownership).

Kontrola poziomu również w ekstremalnych warunkach

Niezależnie od tego, czy chodzi o strefy zagrożone wybuchem, czy obszary o dużych wahaniach temperatur – systemy wagowe, wykorzystujące czujniki takie jak PanCake®, są certyfikowane do pracy w ekstremalnych warunkach (ATEX, IECEx) i zapewniają maksymalne bezpieczeństwo. W branżach takich jak przemysł chemiczny, gdzie pracuje się z toksycznymi, łatwopalnymi lub wyjątkowo lepkimi mediami, stanowi to istotną przewagę. W zakładzie Solvay Fluor wdrożenie czujników wagowych PanCake® nie tylko zwiększyło bezpieczeństwo procesowe, ale także znacząco usprawniło cały proces kontroli poziomu napełnienia.

Gotowość na przyszłość dzięki cyfrowej integracji

Kolejną zaletą systemów wagowych jest ich gotowość do integracji cyfrowej. Nowoczesna elektronika wagowa, taka jak wskaźniki MiNexx®, może być bezproblemowo włączone do istniejących systemów sterowania – zarówno przez analogowe interfejsy, jak i cyfrowe standardy, takie jak ProfiNet, Ethernet/IP czy Modbus. Dzięki temu kontrola poziomu napełnienia staje się częścią nadrzędnego systemu zarządzania sterowaniem i jakością – z dostępem do danych w czasie rzeczywistym, możliwością śledzenia procesów oraz pełną dokumentacją przebiegu produkcji.

Masa jako rzeczywisty punkt odniesienia

Wymagania wobec nowoczesnych systemów pomiaru poziomu stale rosną – podobnie jak złożoność procesów przemysłowych. Technologie takie jak radar czy ultradźwięki szybko osiągają swoje granice. Systemy grawimetryczne oferują natomiast obiektywne, precyzyjne i ekonomiczne rozwiązanie – niezależnie od rodzaju medium, kształtu zbiornika czy warunków otoczenia.

Dzięki rozwiązaniom takim jak czujnik wagowy PanCake® czy Inteco®, firma Minebea Intec dostarcza sprawdzone w praktyce technologie, które realnie robią różnicę. Oferują one nie tylko najwyższą dokładność i bezpieczeństwo procesowe, ale także rzeczywistą opłacalność – przez cały cykl życia produktu. W czasach, gdy bezpieczeństwo produkcji, efektywność i higiena nie są już życzeniem, lecz koniecznością, technika wagowa staje się punktem odniesienia, według którego należy oceniać nowoczesne rozwiązania do pomiaru poziomu.

Najważniejsze informacje

W skrócie: Pomiar poziomu przez ważenie
Co jest mierzone?
• Rzeczywista masa zawartości zbiornika – a nie wartość pośrednia

Jak to działa?
• Precyzyjny pomiar masy za pomocą czujników wagowych montowanych na zewnątrz zbiornika
• Całkowicie bezkontaktowy – idealny przy agresywnych, klejących się lub lepkich mediach

Zalety w porównaniu z klasycznymi metodami:
• Niezależność od gęstości, kształtu zbiornika, tworzenia się piany czy przywierania materiału
• Niezawodność nawet przy wahaniach temperatury oraz w strefach zagrożonych wybuchem
• Higieniczność: brak kontaktu z medium, możliwość czyszczenia CIP/SIP
• Możliwość modernizacji: łatwa integracja także w istniejących instalacjach
• Ekonomiczność: minimalne wymagania serwisowe, stabilna dokładność pomiaru przez lata

Typowe obszary zastosowania:
• Zbiorniki magazynowe i procesowe – wszędzie tam, gdzie liczy się precyzja, bezpieczeństwo i efektywność