Датчики уровня для цемента — это специализированные приборы, предназначенные для контроля предельных значений или непрерывного измерения количества цемента, песка, гипса и других сухих строительных смесей в силосах, бункерах и технологических ёмкостях. Они работают в исключительно сложных условиях: постоянная высокозапылённая среда, абразивность материала, образование сводов и налипание. Основные задачи — предотвращение переполнения силоса, защита от «нулевого» уровня для исключения просыпания материала в аспирацию и точный учёт остатков сырья.
Ключевое отличие от датчиков для жидкостей — устойчивость к пыли и механическим воздействиям. Наиболее популярными решениями для цементной промышленности являются вибрационные (вилочные) сигнализаторы и радарные уровнемеры, способные справляться с облаком цементной пыли.
Принцип работы датчиков уровня для цемента
Принцип действия зависит от типа датчика и решаемой задачи (точечная сигнализация или постоянный мониторинг).
- Вибрационные датчики: Это самый распространённый тип для сигнализации уровня. Пьезоэлектрический элемент заставляет вибрировать чувствительную вилку или стержень на резонансной частоте. Когда цемент покрывает вилку, колебания затухают или меняют частоту. Электронная схема детектирует это изменение и переключает выходное реле, подавая сигнал «уровень достигнут».
- Радарные датчики непрерывного уровня: Используют микроволновое излучение. Антенна излучает высокочастотные импульсы, которые отражаются от поверхности цемента. Время прохождения импульса туда и обратно с высокой точностью преобразуется в расстояние до материала, а затем в значение уровня. Радары с технологией FMCW (непрерывный сигнал с изменяющейся частотой) наиболее эффективны для сильной пыли.
- Микроволновые датчики (волноводные, например, MicroTREK): Один из самых точных методов для сыпучих сред. Микроволновый импульс распространяется по погружному зонду (волноводу). При контакте зонда с материалом часть энергии отражается. Анализируя интерференцию отражённых сигналов, процессор с высочайшей точностью определяет уровень границы раздела. Нечувствителен к пыли, налипанию и изменению свойств материала.
- Ультразвуковые датчики: Бесконтактный метод. Датчик, установленный вверху силоса, излучает ультразвуковой импульс, который отражается от поверхности материала. Уровень вычисляется по времени прохождения сигнала. Могут быть эффективны, но их точность может снижаться в условиях сильного пылевого облака или при наличии препятствий (например, креплений силоса).
- Ёмкостные датчики: Работают по принципу измерения изменения электрической ёмкости между зондом (электродом) и стенкой силоса. При заполнении ёмкости цементом диэлектрическая проницаемость среды меняется, что приводит к изменению ёмкости и срабатыванию пороговой схемы. Эффективны, но требуют настройки под конкретный материал.
- Ротационные (лопастные) датчики: Электродвигатель вращает лопасть в зоне контроля. При наполнении силоса до этого уровня цемент блокирует вращение лопасти, что вызывает срабатывание механического реле. Подходят для цемента, но могут страдать от износа при очень высокой абразивности.
Особенности датчиков уровня для цемента
- Пылезащищённое исполнение: Корпус должен иметь степень защиты не ниже IP65, а часто и IP66/IP67. Электронные компонры надёжно изолированы от проникновения тонкой цементной пыли.
- Устойчивость к абразиву: Чувствительные элементы (вилки, зонды) изготавливаются из износостойких материалов — нержавеющей стали с особыми покрытиями или карбида вольфрама.
- Защита от налипания и сводообразования: Вибрационные датчики часто имеют функцию периодической самоочистки (импульсный режим работы), разрушающей слой налипшего материала. Радарные датчики, устанавливаемые в верхней части силоса, не контактируют с материалом.
- Взрывозащита (Ex): Важно отметить, что цементная пыль сама по себе имеет высокую температуру воспламенения и обычно не классифицируется как взрывоопасная (в отличие, например, от мучной или угольной пыли). Однако в специфических условиях или на объектах со смешанными средами может требоваться взрывозащищённое исполнение датчиков. Необходимость определяется анализом конкретного производства.
Преимущества и недостатки датчиков уровня для цемента
Преимущества:
- Высокая надёжность в тяжёлых условиях: Специально разработаны для работы в абразивной и запылённой среде.
- Автоматизация процессов: Позволяют автоматически управлять подачей цемента в силос и его выгрузкой, исключая человеческий фактор.
- Защита оборудования: Предотвращают переполнение силоса и повреждение аспирационных фильтров при опустошении.
- Учёт сырья: Непрерывные уровнемеры (радары) позволяют точно знать остаток цемента для логистики и планирования.
Недостатки:
- Влияние условий: Сильное налипание может затруднить работу контактных датчиков, а облако пыли — снизить точность ультразвуковых аналогов (не радарных).
- Требовательность к монтажу: Место установки должно быть выбрано с учётом зон возможного застоя материала и динамики заполнения/опорожнения.
- Стоимость: Высококачественные радарные уровнемеры с взрывозащитой представляют собой значительную инвестицию.
- Необходимость обслуживания: Вибродатчики могут требовать периодической очистки вилки от плотных налипаний.
Область применения датчиков уровня для цемента
Датчики уровня для цемента являются неотъемлемой частью инфраструктуры:
- Цементные заводы: Силосы гомогенизации сырьевой муки, силосы готового цемента, бункеры подачи в печи.
- Бетонные заводы (РБУ) и ЦБЗ: Силосы для цемента, золы-уноса, микрокремнезёма.
- Заводы сухих строительных смесей: Бункеры для цемента, гипса, наполнителей.
- Портские терминалы: Приёмные и отгрузочные силосы для навального цемента.
- Промышленные котельные: Бункеры для подачи цемента в системы очистки дымовых газов.
Назначение датчиков уровня для цемента
Основные функции на производстве:
- Аварийная сигнализация верхнего уровня (MAX): Подача сигнала для отключения подающего транспортера или пневмоподъёмника при заполнении силоса, предотвращение перелива.
- Сигнализация нижнего уровня (MIN): Подача сигнала для остановки выгрузки или включения аварийной заслонки, защита от подсоса воздуха и повреждения фильтров.
- Сигнализация среднего уровня (MID): Управление последовательным заполнением нескольких силосов или включение/отключение системы аэрации.
- Непрерывное измерение: Контроль текущего количества цемента в силосе для складского учёта, планирования заказов и отгрузок.
Схема подключения датчиков уровня для цемента
- Для сигнализаторов (вибрационных, ёмкостных): Имеют простой дискретный выход — релейный («сухой контакт») или транзисторный (PNP/NPN). Подключаются напрямую к цепям управления электромагнитными клапанами пневмотранспорта, шнеками, или к дискретным входам программируемого логического контроллера (ПЛК).
- Для уровнемеров (радарных): Имеют аналоговый выход 4-20 мА (реже 0-10 В) и/или цифровые интерфейсы (HART, Modbus, Profibus). Подключаются к аналоговым/цифровым входам контроллера, SCADA-системе или панельному индикатору для отображения уровня в тоннах или метрах.
Типы и виды датчиков уровня для цемента
По принципу действия (наиболее применимые):
- Вибрационные (вилочные): Основной тип для сигнализации уровня.
- Радарные: Основной тип для непрерывного измерения.
- Ёмкостные: Альтернатива вибрационным для сигнализации.
- Ротационные (лопастные): Применяются реже из-за абразивного износа.
- Микроволновые (волноводно-радарные, микроимпульсные): Обеспечивают высокоточное непрерывное измерение уровня в силосах с цементом, устойчивы к пыли, завихрениям и изменениям температуры; особенно эффективны при наличии сложной геометрии резервуара или при необходимости минимального проникновения в технологическую среду
По типу измерения:
- Сигнализаторы предельного уровня: Вибрационные, ёмкостные, ротационные.
- Датчики непрерывного уровня: Радарные.
Технические характеристики датчиков уровня для цемента
Измеряемая среда: Цемент, цементная пыль, сухие строительные смеси.
Температура среды: От -40°C до +80°C (в стандартном силосе).
Давление в резервуаре: От атмосферного до 3-4 бар в силосах с аэрацией.
Степень защиты корпуса (IP): Не ниже IP65/66. Для особо запылённых мест — IP67.
Материал чувствительного элемента/вилки: Нержавеющая сталь AISI 316, с покрытием из карбида вольфрама для абразивных сред.
Взрывозащита: Маркировка ATEX/IECEx: Ex ia IIC T135°C (T6) или Ex d.
Выходной сигнал: Для сигнализаторов — реле (NO/NC), PNP/NPN. Для уровнемеров — 4-20 мА, HART, Modbus.
Длина вилки/зонда: Подбирается индивидуально под диаметр силоса и точку монтажа.
Строение датчиков уровня для цемента
Рассмотрим на примере вибрационного сигнализатора:
- Корпус с крышкой: Литой алюминиевый или нержавеющий, обеспечивает степень защиты IP66/67. Содержит клеммную колодку.
- Вибрационная вилка: Изготовлена из износостойкой стали, является чувствительным элементом, который входит в материал.
- Пьезокерамический вибратор: Находится в основании вилки, создаёт высокочастотные механические колебания.
- Электронный блок: Генератор, который питает вибратор, и анализатор, отслеживающий изменение амплитуды/частоты колебаний и управляющий выходным реле.
- Кабельный ввод: Герметичный ввод для подключения силового и сигнального кабеля.
- Резьба или фланец для монтажа: Обычно резьба G1½", NPT 1" или фланец DN50/80 для крепления на стенку силоса.
Когда применяются датчики уровня для цемента
Датчики уровня для цемента критически важны в следующих случаях:
- На любом бетонном или растворном узле (БСУ, РБУ): Для автоматизации подачи цемента из силоса в смеситель.
- На цементном складе: Для контроля остатков и планирования закупок.
- В системе пневмотранспорта: Для управления загрузкой и выгрузкой цемента, предотвращения переполнения приёмных бункеров.
- Во взрывоопасных зонах: Где образование цементной пыли требует использования специального оборудования.
- При необходимости точного учёта: Для коммерческих операций (продажа, отгрузка) или контроля расхода сырья в производстве.
ООО “АНКОРН” — эксклюзивный дистрибьютор завода «NIVELCO» в России.
Уже более 10 лет поставляем контрольно-измерительные приборы ведущим промышленным предприятиям страны: «ЕвроХим», «Мираторг», «Русал», «Технониколь», «Henkel», «Bonolit» и др.
Наша техника — это гарант точности, безопасности и стабильности технологических процессов.
Если нужно найти решение под особенности вашей среды — инженеры АНКОРН всегда на связи: ☎️ 8 800 333-43-14 или ✉️ info@ankorn.ru
Реклама. ООО «Анкорн», ИНН 2631036482. ERID: 2VtzqvJwLxS