利用电磁传感器对特殊工况进行液位测量

图1 利用电磁波进行探测的FlexLevel Switch极限开关对充填介质中的泡沫“视而不见”

喜欢焦糖玛奇朵的人们大都认为是浓重的奶油泡沫使得这种热咖啡成为咖啡中的王冠。而在许多食品生产企业中，发泡则是生产过程中一种非常讨厌的伴随现象，是一种有可能影响充填量检测结果的不良现象。最理想的情况是传感器对膨起的泡沫“视而不见”。

在许多日常生活中是需要泡沫的，例如具有医疗作用的泡沫浴或者一杯刚刚扎出来的新鲜啤酒。然而在工业领域中，例如在酿造工业、果汁生产或是在奶制品生产加工中，泡沫往往是一个令人头痛的问题。在这类流程工业企业中，应用最多的是液位的检测和监控。这里，人们有多种多样的、基于不同检测原理的液位极限开关可供选用。哪一种检测技术最好则取决于其应用领域，尤其是在医药、食品和饮料生产领域中，这些液位极限开关需满足极高的卫生消毒标准要求。其中就包括多种不同的认证、许可；例如3A认证、EHEDG认证和FDA认证等有关产品设计、原材料和生产过程卫生条件的认证。

在生产领域，许多生产过程中都会在液体产品的表面产生泡沫，对正确的判断液体产品的液位产生不良影响，导致在达到正确的液位之前充填控制开关就做出了动作，使泡沫消失后的灌装液位高度不准确。Baumer公司专门为有卫生消毒要求的这一应用领域提供了专用的FlexLevel Switch极限开关。利用软件工具Flex-Progemmer 9701使得这一极限开关能够对其灵敏度和反应时间进行设置。从而能够使流程工艺师们，例如酿造业中的酿造师们能够简单、方便的战胜泡沫带来的麻烦。这种极限开关对液体表面的泡沫“视而不见”，只有在真正到达规定的液位高度时，传感器才发出信号。从而可以很好的避免发出错误信号，避免超过最高、最低液位的误操作，缩短了流程设备不必要的停机时间，最终提高流程设备的生产能力。

   

工作原理：电磁波检测

这种极限开关利用的是高频电磁信号进行液位检测。被测介质相当于一个虚拟的电容器，与传感器头部的线圈构成了一个完整的、发出开关控制信号的控制电路。虚拟电容的电容量与大多数被测介质不同的绝缘电阻值有关。其开关控制功能，即触点的断开与闭合，可以通过改变连接方式或者利用FlexProgrammer 9701软件工具进行设置。利用编程器可以选择不同的输出信号方式（PNP、NPN和数字信号）。当被测介质的液位高低发生变化时，例如在向容器中添加液体介质时，输出信号将变弱。这一检测技术的优点是：只有一个很小的锥形接头进入被测液体之中，而其他检测技术则需要较大的接头进入被测液体中，粘稠的、或者附着性很强的介质很容易粘附在检测探头上，从而影响传感器的正常工作、发出错误的信号。



图2 极限开关的工作原理

检测仪器设备的3A认证只有结合3A认证零部件才是有意义的，这里使用的3A认证零部件是一个保证安装位置更加有利的焊接式螺纹接头。传感器所有与被测介质接触的部分都是由耐酸不锈钢或者PEEK塑料制成的，满足了不同3A使用场合的FDA、EHEDG和3A认证。

当传感器探测到被测介质真实的液位时，传感器头部蓝色的指示灯会发光。即使是传感器安装在容器的上部时，指示灯也会发光。FlexLevel Switch极限开关能够识别（水、奶、啤酒等）液体介质、粘稠状原材料（蜂蜜、酸奶、牙膏等）的极限位置，甚至还能对干燥物体（例如：燃烧后的残渣、面粉或者果核）进行检测。检测设备在出厂前已经完成了调试和设定，在生产现场安装后无需再次调试。对于特殊的被测介质，例如有粘连性质的物体，检测仪的Teach-in自学功能允许对液位识别进行手工调整和设置。

包括在医药产品生产领域中使用时，例如在医药注射液灌装的自动识别时需要使用FlexLevel Switch极限开关。泡沫、气泡或者形成的絮状物以及震动和涡流等都不会对液位检测的结果产生影响。而且传感器的安装位置也不会对传感器检测结果的正确性产生影响。传感器既可安装在侧面，也可以在有干运行保护时安装在管道的下方。

标准规格的FlexLevel Switch极限开关的工作温度范围为-40"85℃。但在CIP原位清洁和SIP原位消毒的流程设备中，允许短时间（max. 1h）承受140℃的温度。在理想的、有着100mm或者250mm冷却长度的情况下，这种检测仪器甚至可以在200℃的环境中使用。这一冷却区的长度可以用不同长度的连接接头来实现，从而实现不同长度的调节：例如要把传感器更深的插入到像酸奶那样粘稠的介质中，或者要穿过容器的隔热保温层。

   



图3 符合3A认证的焊接式管接头适合于在有卫生消毒要求的场合中使用，并通过其侧面的溢流孔准确判别液位高低

极限开关的开、关状态可以通过控制程序设置为常开或者常闭型。这种检测仪器既可在敞开式的容器中使用，也可在封闭式的容器中使用，容器的最高工作压力可达40bar。由于传感器没有任何移动零部件，全部的电子线路都集成在传感器内部，因此实践中做到了免维护。可以在不调整开关控制点的情况下精确的检测到开关控制的极限值数据。

食品生产企业中的应用

具有卫生消毒能力的FlexLevel Switch极限开关非常适合在食品和饮料生产领域中使用。丹麦Brabrand市的大型酸奶生产厂Arla Foods公司就在不同的酸奶生产设备中使用了这种传感器，用以识别液体介质的最高和最低液面位置。一般情况下，被测介质是酸奶，在特定的生产工序中被测介质是含脂肪10％"38％的鲜奶油。这两种被测介质都非常粘稠，很容易粘附在检测传感器上。Arla Foods公司把原来使用的震动传感器换掉了，因为当粘稠的被测介质粘附在传感器的震动杆上时，传感器的检测精度就受到了影响，导致错误的报警、误动作。现在使用的FlexLevel Switch极限开关能够可靠的识别被测介质的位置，即使是传感器的端部粘满了粘稠的酸奶时也一样。因为传感器的Teach in自学功能保障了在对粘稠介质检测时能够通过手动方式识别到被测介质的液位，并自动的记住这一过程。

符合用户要求的专用解决方案

Baumer公司除了提供FlexLevel Switch系列的极限开关之外，还有很多基于不同检测原理的连续式和间断式检测系统。例如能够在卫生消毒场合中使用的、基于压电晶体、压电陶瓷、电容式或者薄膜式的压力检测仪、压差检测仪。另外，它们还生产利用超声波原理和光学原理的充填量检测传感器以及依据导电性进行检测的仪器设备。无论是在流程生产设备中需要与液体介质接触的传感器还是非接触式的传感器，Baumer公司为用户提供了适合于各种应用场合的、技术上最合适的解决方案。不同的充填量传感器、液位传感器适合于在化工流程工业企业、精细化工企业以及医药、食品和饮料生产企业中使用。