Αισθητήρες Υγρασίας

Συνεχής, μη καταστροφική μέτρηση υγρασίας γραμμής για χύδην στερεά και πάστες

Τι είναι οι αισθητήρες υγρασίας και γιατί έχουν σημασία

Κάθε χύδην υλικό (άμμος, δημητριακά, άργιλος, πριονίδι, αλάτι, γύψος) φέρει εγγενή περιεκτικότητα σε υγρασία που διακυμαίνεται ανάλογα με τις συνθήκες αποθήκευσης, τον καιρό και τα προηγούμενα στάδια της διεργασίας. Όταν η υγρασία αυτή είναι άγνωστη ή ανεξέλεγκτη, η ποιότητα στα επόμενα στάδια υποβαθμίζεται: οι ξηραντήρες λειτουργούν αναποτελεσματικά, τα μείγματα εκτρέπονται από τις προδιαγραφές και τα προϊόντα αποτυγχάνουν στις απαιτήσεις διάρκειας ζωής ή δομικής αντοχής.

Οι αισθητήρες υγρασίας (γνωστοί επίσης ως μεταδότες υγρασίας ή αισθητήρες υγρασίας γραμμής) επιλύουν αυτό το πρόβλημα μετρώντας την περιεκτικότητα σε υγρασία ενός υλικού συνεχώς, απευθείας εντός της γραμμής παραγωγής, και μεταδίδοντας σήμα σε πραγματικό χρόνο στο σύστημα ελέγχου διεργασίας (PLC ή SCADA).

Πώς λειτουργεί η μέτρηση

Η μέτρηση βασίζεται στην αρχή της χωρητικότητας: ο αισθητήρας μετρά τη σχετική διαπερατότητα (διηλεκτρική σταθερά, εr) του υλικού που βρίσκεται σε επαφή με την επιφάνειά του. Το νερό έχει διηλεκτρική σταθερά περίπου 80, ενώ τα ξηρά χύδην στερεά συνήθως κυμαίνονται μεταξύ 2 και 10. Οποιαδήποτε μεταβολή της περιεκτικότητας σε υγρασία μεταβάλλει τη διηλεκτρική σταθερά του υλικού, και αυτή η μεταβολή συλλαμβάνεται από έναν χωρητικό αισθητήρα πεδίου διάχυσης πίσω από ανθεκτική κεραμική επιφάνεια μέτρησης.

Ο αισθητήρας ACO πραγματοποιεί χωρητική μέτρηση υψηλής συχνότητας της διηλεκτρικής μετατόπισης εr του προϊόντος, επιτρέποντας βαθμονόμηση σε έξοδο σήματος 4…20 mA που δίνει την περιεκτικότητα υγρασίας σε ποσοστό κατά μάζα. Αυτό το σήμα οδηγείται απευθείας στο PLC ή στο δίκτυο PROFIBUS/PROFINET.

Μη καταστροφική μέτρηση

Η μέθοδος είναι μη καταστροφική: ο αισθητήρας διαβάζει την περιεκτικότητα σε υγρασία του υλικού καθώς αυτό διέρχεται από τη γραμμή παραγωγής, χωρίς να μεταβάλλει, να δειγματίζει ή να καταναλώνει κανένα μέρος του προϊόντος. Η διεργασία συνεχίζεται αδιάλειπτα και το μετρούμενο υλικό προχωρά κανονικά στο επόμενο στάδιο παραγωγής.

Η μέτρηση φτάνει σε βάθος περίπου 150 mm και δεν επηρεάζεται από επιφανειακή ρύπανση. Μετράται η υγρασία του χύδην υλικού και όχι μόνο η επιφανειακή, επομένως η ένδειξη αντιπροσωπεύει το χύδην υλικό και όχι μόνο την εξωτερική στρώση.

Συνεχής έξοδος

Η συνεχής έξοδος σήματος είναι ιδιαίτερα χρήσιμη στις διεργασίες ξήρανσης: ο ελεγκτής ξηραντήρα λαμβάνει ζωντανή ένδειξη υγρασίας και ρυθμίζει αυτόματα τη θερμοκρασία ή τον χρόνο παραμονής, και αποφεύγει έτσι την υπερξήρανση (σπατάλη ενέργειας) και την ανεπαρκή ξήρανση (απόρριψη προϊόντος).

Σε σύγκριση με άλλες μεθόδους μέτρησης υγρασίας, η χωρητική μέθοδος επαφής επηρεάζεται λιγότερο από ρύπανση, αποχρωματισμό, μέγεθος σωματιδίων και θερμοκρασία του υλικού.

Η ακρίβεια μέτρησης εξαρτάται από τη θέση εγκατάστασης. Οι μηχανικοί εφαρμογών της ACO συνεργάζονται με τους πελάτες για τον εντοπισμό της βέλτιστης θέσης μέτρησης και, όπου απαιτείται, παρέχουν ειδικά κατασκευασμένα κιτ εγκατάστασης για τη σταθεροποίηση της ροής υλικού στην επιφάνεια του αισθητήρα.

Εφαρμογές ανά κλάδο και υλικό

Οι αισθητήρες υγρασίας ACO χρησιμοποιούνται στις παρακάτω βιομηχανίες.

Τρόφιμα και ποτά: αλάτι, κακάο, αλεύρι, τσιπς

Η ACO κατατάσσεται μεταξύ των βασικών προμηθευτών μέτρησης υγρασίας για επιτραπέζιο αλάτι και αλάτι απόψυξης στη Γερμανία και την Αυστρία. Στην επεξεργασία κακάο, η μέτρηση γραμμής αμέσως πριν και μετά τον ξηραντήρα/ψηστήρα έχει υλοποιηθεί επιτυχώς πολλές φορές με αισθητήρες ACO και επιτρέπει ενεργειακά αποδοτικό έλεγχο ξηραντήρα και βελτιωμένη ποιότητα του ενδιάμεσου προϊόντος κακάο. Περαιτέρω εφαρμογές στα τρόφιμα περιλαμβάνουν αλεύρι, τσιπς, κόκκους καφέ και δημητριακά κατά την ξήρανση.

Βιομάζα και πέλετ ξύλου: πριονίδι, θρύμματα ξύλου

Τα πέλετ ξύλου παράγονται από πριονίδι και θρύμματα ξύλου και απαιτούν ακριβή στόχο υγρασίας για να είναι συμπιέσιμα. Οι αισθητήρες ACO μετρούν την υπολειπόμενη υγρασία σε πραγματικό χρόνο και επιτρέπουν γρήγορο, ακριβή έλεγχο της διεργασίας ξήρανσης ή κλιματισμού. Εάν η υπολειπόμενη υγρασία στα θρύμματα ξύλου δεν είναι σωστή, ο σφυρόμυλος φράζει, η πελετοποιός υπερθερμαίνεται και τα πέλετ ξύλου θρυμματίζονται. Στον τομέα πέλετ ξύλου της Γερμανίας, Αυστρίας και Ελβετίας, τα συστήματα μέτρησης υγρασίας ACO έχουν καταστεί απαραίτητα.

Γύψος και δομικά υλικά: γύψος FGD, γυψοσανίδες

Οι αισθητήρες ACO χρησιμοποιούνται επιτυχώς για μέτρηση υγρασίας γραμμής σε γύψο FGD (από αποθείωση καπναερίων) σε σταθμούς παραγωγής ενέργειας για περισσότερα από 10 χρόνια. Στην παραγωγή γυψοσανίδων, τρεις αισθητήρες ACO τοποθετημένοι παράλληλα σε κυλινδρικό μεταφορέα επιτρέπουν μέτρηση σε διαφορετικά πάχη σανίδων χωρίς καμία ανάγκη προσαρμογής.

Ορυκτά προϊόντα: άμμος, χαλίκι, σκωρία, χυτοάμμος

Στην παραγωγή έτοιμου σκυροδέματος και ξηρού κονιάματος, όπως και στη χυτηριακή βιομηχανία, η υπολειπόμενη περιεκτικότητα σε υγρασία των αδρανών υλικών αποτελεί παράγοντα ποιότητας. Εκατοντάδες αισθητήρες μέτρησης υγρασίας ACO χρησιμοποιούνται σε αυτόν τον τομέα. Στην παραγωγή ξηρού κονιάματος, ο αισθητήρας ACO μπορεί να μετρήσει υπολειπόμενη υγρασία έως 0,3%.

Πρώτες ύλες και μεταλλεύματα: σιδηρομετάλλευμα, άνθρακας, ασβεστόλιθος

Σιδηρομετάλλευμα, άνθρακας, χαλαζιακή άμμος και άλλα συστατικά αναμειγνύονται και πυροσυντερίζονται πριν τηχθούν σε υψικάμινο. Οι αισθητήρες ACO προσδιορίζουν την υπολειπόμενη υγρασία αυτών των προϊόντων σε πραγματικό χρόνο πριν αναμειχθούν. Σε εγκαταστάσεις πυροσυντερισμού, οι αισθητήρες ACO χρησιμοποιούνται χάρη στην ανθεκτική κατασκευή, την εύκολη χρήση και την αξιοπιστία.

Άργιλος και κεραμικά: τούβλα, κεραμίδια

Στην παραγωγή τούβλων και κεραμιδιών, η περιεκτικότητα σε νερό είναι εξίσου σημαντική για τη διεργασία ξήρανσης όσο και για την όπτηση. Οι αισθητήρες ACO την παρακολουθούν συνεχώς. Μια μονάδα συμπίεσης (τύπου TFM1) εγκατεστημένη αμέσως μετά τον τροφοδότη κόσκινου έχει αποδείξει την αξία της σε πολλές εγκαταστάσεις επί πολλά χρόνια.

Περιβάλλον και λάσπες: λυματολάσπη, τέφρα λιγνίτη

Η υπολειπόμενη υγρασία λυματολάσπης ή χωνευμένης λάσπης μετράται μετά την αφυδάτωση (π.χ. με φυγόκεντρο) ή μετά την ξήρανση. Ένας αισθητήρας ACO εγκατεστημένος σε κοχλιακό συμπιεστήρα επιτυγχάνει σταθερές συνθήκες υλικού, γεγονός που βελτιώνει σημαντικά την ακρίβεια της μέτρησης. Για την τέφρα λιγνίτη, ο αισθητήρας ACO προσδιορίζει την υπολειπόμενη υγρασία σε πραγματικό χρόνο· εάν τα αποτελέσματα πέσουν κάτω από την οριακή τιμή, το υλικό επαναδιαβρέχεται.

Χημική και φαρμακευτική βιομηχανία: διττανθρακικό, καρβίδιο του βολφραμίου

Στον χημικό και φαρμακευτικό τομέα, η περιεκτικότητα σε υγρασία αποτελεί κριτήριο ποιότητας. Πρώτες ύλες, ενδιάμεσα και τελικά προϊόντα παρουσιάζονται σε υφές που κυμαίνονται από κοκκώδη υλικά και σκόνη έως λεπτή σκόνη και πάστα, απαιτώντας λεπτομερή και ακριβή σχεδιασμό της μέτρησης υγρασίας γραμμής.

Ζωοτροφές: δημητριακά, αραβόσιτος, ελαιοκράμβη, πέλετ

Η περιεκτικότητα σε υγρασία αποτελεί καθοριστικό παράγοντα για την ποιότητα και τη διάρκεια ζωής των ζωοτροφών. Οι αισθητήρες ACO έχουν χρησιμοποιηθεί για τον προσδιορισμό της περιεκτικότητας σε υγρασία στον αραβόσιτο κατά τη διεργασία ξήρανσης, καθώς και σε πέλετ ιχθυοτροφής και συμπυκνωμένες ζωοτροφές.

Διαθέσιμα μοντέλα: σύγκριση οικογενειών αισθητήρων ACO

Τα DMMS, BMMS και MMS βασίζονται όλα στην αρχή της χωρητικής μέτρησης, αλλά διαφέρουν ως προς την κατασκευή, το εύρος λειτουργιών και τον τύπο εξόδου σήματος.

Συχνές ερωτήσεις

Ε: Πώς λειτουργεί ένας χωρητικός αισθητήρας υγρασίας;

Ο αισθητήρας μετρά τη διηλεκτρική σταθερά του υλικού, η οποία αυξάνεται με την περιεκτικότητα σε νερό. Μετά από βαθμονόμηση για το συγκεκριμένο υλικό δίνει συνεχές σήμα υγρασίας σε πραγματικό χρόνο. Η αρχή περιγράφεται αναλυτικά στην ενότητα «Πώς λειτουργεί η μέτρηση» παραπάνω.

Ε: Είναι η μέτρηση μη καταστροφική;

Ναι. Ο χωρητικός αισθητήρας διαβάζει τις διηλεκτρικές ιδιότητες του υλικού καθώς αυτό διέρχεται από την επιφάνεια του αισθητήρα. Το προϊόν δεν δειγματίζεται, δεν μεταβάλλεται και δεν καταναλώνεται με κανέναν τρόπο. Το υλικό συνεχίζει στο επόμενο στάδιο παραγωγής εντελώς ανέπαφο. Αυτό καθιστά τους αισθητήρες ACO κατάλληλους για τρόφιμα, φαρμακευτικά και άλλες εφαρμογές όπου η ακεραιότητα του προϊόντος είναι ουσιώδης.

Ε: Χρειάζεται ο αισθητήρας βαθμονόμηση για κάθε υλικό;

Ναι. Κάθε μέτρηση υγρασίας πρέπει να βαθμονομείται ως προς το αντίστοιχο υλικό και τις συγκεκριμένες συνθήκες διεργασίας. Ο αισθητήρας καταγράφει μια ηλεκτρική παράμετρο που επηρεάζεται από τη διηλεκτρική σταθερά του υλικού, και η περιεκτικότητα σε υγρασία υπολογίζεται για κάθε συγκεκριμένο υλικό βάσει αυτής της συσχέτισης. Η βαθμονόμηση πραγματοποιείται μέσω λογισμικού PC (DMMS, BMMS) ή μέσω περιστροφικού ποτενσιόμετρου (MMS), και μπορεί να διεξαχθεί απευθείας στη θέση εγκατάστασης για τα συστήματα DMMS και BMMS.

Ε: Ποια υλικά μπορούν να μετρήσουν οι αισθητήρες ACO;

Η χωρητική μέτρηση υγρασίας σε πραγματικό χρόνο είναι κατάλληλη για πολλά μη αγώγιμα χύδην στερεά. Τυπικές εφαρμογές περιλαμβάνουν βιομάζα, πριονίδι, ορυκτές πρώτες ύλες, γύψο, άργιλο, αλάτι, ζωοτροφές, τρόφιμα, σκόνες, κοκκώδη υλικά και πολυάριθμα ανακυκλωμένα υλικά. Περιορισμοί προκύπτουν κυρίως με πολύ χονδρόκοκκα ή έντονα ανομοιογενή υλικά και με ιδιαίτερα αγώγιμες ουσίες.

Ε: Πότε χρειάζομαι κιτ εγκατάστασης;

Ένα κιτ εγκατάστασης είναι σκόπιμο εάν η ροή υλικού διακυμαίνεται σημαντικά, δεν υπάρχει σταθερό ύψος υλικού, το υλικό είναι πολύ χαλαρό ή υπόκειται σε έντονες δομικές μεταβολές, ή απαιτούνται αναπαραγώγιμες τιμές αναφοράς εργαστηρίου. Η ACO προσφέρει μια σειρά από τυποποιημένα κιτ (TFM1, SFM1, SFM1-Hack, SFM4, PN1) καθώς και λύσεις κατ’ εντολή.

Ε: Μπορεί μία μονάδα αξιολόγησης να διαχειριστεί πολλαπλά σημεία μέτρησης;

Το σύστημα DMMS υποστηρίζει έως 16 αισθητήρες ανά κεντρική μονάδα αξιολόγησης, συνδεδεμένους μέσω τεχνολογίας bus. Το σύστημα bus μπορεί να διαχειριστεί μέγιστο μήκος καλωδίου 1.200 μέτρων, γεγονός που επιτρέπει την κάλυψη ακόμη και πολύ μεγάλων εγκαταστάσεων. Λειτουργία μέσου όρου σε 2–3 αισθητήρες είναι επίσης διαθέσιμη για πλατιές ταινίες μεταφοράς ή ανομοιογενή υλικά.

Ε: Είναι οι αισθητήρες κατάλληλοι για επικίνδυνες (ATEX) ζώνες;

Το σύστημα DMMS διατίθεται με πιστοποίηση ATEX για χρήση σε δυνητικά εκρηκτικές ατμόσφαιρες (Ζώνη 21 ή 22).

Ε: Υπάρχει τοπική υποστήριξη στην Ελλάδα;

Ναι. Η process.gr είναι ο εξουσιοδοτημένος αντιπρόσωπος για τα συστήματα μέτρησης υγρασίας ACO στην Ελλάδα. Παρέχουμε συμβουλευτικές υπηρεσίες εφαρμογών, επιτόπια υποστήριξη εγκατάστασης και πρόσβαση σε αισθητήρες δοκιμών, ώστε να μπορείτε να αξιολογήσετε την τεχνολογία στο δικό σας παραγωγικό περιβάλλον πριν λάβετε απόφαση αγοράς.

Επικοινωνήστε μαζί μας για να κανονίσετε επίδειξη ή για να συζητήσετε τη συγκεκριμένη εφαρμογή σας. Αισθητήρες δοκιμών είναι διαθέσιμοι για δοκιμές στις εγκαταστάσεις σας.