Mesure précise du niveau des matériaux solides - Méthodes courantes et difficultés

Un solide granulaire est une collection de particules, telles que la neige, le sable, le riz ou le charbon. Bien que la forme des solides granulaires soit facile à expliquer, leur comportement est complexe et différent de celui des liquides et des gaz. Mesurer précisément la quantité de solides dans les réservoirs ou les silos est crucial pour la gestion des produits et le contrôle des transferts en entrepôt.
Type de capteur
Comme pour la mesure du niveau liquide, les équipements de mesure du niveau des matériaux solides sont également divisés en deux catégories : non contact et contact. Dans ces catégories, les équipements peuvent être subdivisés en surveillance de niveau ponctuel et niveau continu. Cet article présente les principes sous-jacents à ces appareils et certaines applications.
La mesure du niveau des solides n'est pas aussi propre et précise que la mesure du niveau des liquides. Les caractéristiques de poids des liquides peuvent être converties en poids de niveau liquide à l'aide d'un dispositif de pression statique ; les solides peuvent subir des changements significatifs au sein de la même batch. Les liquides possèdent également des propriétés d'auto-nivellement et peuvent offrir une surface uniforme pour les appareils de mesure sans mélange ou autres interférences. C'est l'un des défis auxquels est confrontée la mesure du niveau des matériaux solides.

Les solides ne fournissent généralement qu'une surface inégale aux appareils de mesure et sont chargés ou se déposent de manière irrégulière dans les conteneurs où ils sont stockés. Trouver une surface horizontale pour refléter les signaux représente un certain défi pour les matériaux solides.
Les équipements sans contact utilisés pour la mesure de l'état solide, similaires aux équipements sans contact utilisés pour la mesure du niveau de liquide, sont les équipements les plus courants, y compris l'ultrason, le radar et le laser. Les dispositifs ultrasonores ont l'avantage d'un coût faible, et nous avons une compréhension très claire de leurs modèles de comportement. Malheureusement, cela peut parfois entraîner un usage inapproprié, résultant en des résultats incohérents. C'est la même chose pour les équipements radar.
Les solides sont généralement difficiles à stabiliser sur une surface uniforme et horizontale. Un scénario plus courant est que les solides sont transportés vers une cuve d'eau ou un silo par un convoyeur, qui déverse les solides en un point, formant un cône déterminé par l'« angle de repos » du solide. Lorsque cet angle est dépassé, il y a un affaissement massif ou un détachement. Si l'appareil non contact surveille le sommet du cône, ce détachement provoquera un changement soudain du niveau de matériau. Généralement, lorsque l'équipement est installé près de la zone de livraison, il est difficile de mesurer le niveau réel du matériau, et tout détachement provoquera à nouveau un changement soudain du niveau de matériau.
Les Difficultés de la Mesure des Solides
Le problème est le reflet des surfaces inclinées. Les dispositifs ultrasonores, à ondes guidées (GWR) et aux lasers reposent sur la réflexion de signaux sur la surface du matériau testé. La surface liquide est uniforme et offre une bonne surface réfléchissante pour la réflexion du signal. La consistance, la taille des particules et bien sûr, l'angle de repos des solides varient. L'angle de repos est l'angle sous lequel un solide se dépose naturellement lorsqu'il est transporté à un débit uniforme et constant. Chaque solide a un angle de repos unique. Cela peut être utilisé dans l'application de mesure des points de matériaux.
Un capteur de dispositif de mesure sans contact peut être installé à un angle de repos pour déterminer lorsque le cône solide atteint le point de contrôle, comme une alarme de niveau élevé. La mesure de niveau continue n'est pas facile. Le manque d'une surface uniforme empêchera la réflexion cohérente de revenir au transmetteur, et la taille variable des particules produira des effets de diffusion, ce qui peut entraîner des signaux non fiables. Le laser est un dispositif plus fiable pour mesurer les points matériels et est plus précis pour déterminer la présence de solides aux points de contrôle.

S'il est impraticable d'installer le laser sur le conteneur de l'appareil, il peut être installé sur l'épaule de l'appareil. Par exemple, dans l'application de chargement de boues sur des camions, il est impraticable d'installer des dispositifs de surveillance de niveau liquide sur les camions en raison de l'équipement de manipulation et de convoyage des matériaux.
La poussière, l'expansion solide et les charges inégales dans les conteneurs peuvent tous affecter les équipements sans contact. Veuillez noter que la poussière peut s'enflammer. Avant la mise en place de procédures de sécurité, des explosions de poussière de charbon et de silos à grains se produisaient souvent. Cette caractéristique doit être prise en compte lors de la conception du système. En plus du carburant, de l'oxygène et d'une source d'allumage nécessaires à la combustion du carburant, la poussière doit être dispersée et confinée dans des récipients fermés pour devenir combustible. La dispersion peut interférer avec le fonctionnement des équipements de mesure de niveau de matériaux sans contact.
Les boîtiers d'équipement appropriés doivent être conçus dans le système pour fournir une protection adéquate. Lorsqu'un solide "s'agglomère" et se sépare du reste du matériau de remplissage dans la silo pour former un objet distinct, une expansion du solide se produit, comme le solide entassé sur un côté de la silo. Cela peut entraîner l'impossibilité de venir en contact avec le niveau ou que le niveau ne puisse pas entrer en contact avec le matériau. Une mesure corrective courante consiste à utiliser des vibrations ou de l'air pour "fluidifier" le solide afin de garantir une répartition uniforme. En raison de diverses raisons, un chargement inégal peut survenir. Dans certains cas, l'expérience des personnels de conception et d'exploitation du système, combinée à l'agitation mécanique, peut aider à atténuer ce problème.
Le dispositif de mesure par contact utilisé pour cette application est spécifique à la mesure à l'état solide. Ces appareils dépendent d'un contact direct ou du poids avec le matériau. La taille, la densité, le contenu en humidité et le poids des solides varient. Ces caractéristiques peuvent être utilisées pour détecter ou inférer les niveaux de matériaux. Le dispositif de détection commun des niveaux de matériaux est un capteur à ressort vibrant ou à fourche à diapason. Une autre méthode de mesure courante consiste à utiliser des systèmes de poids et de câbles. L'appareil est mécanique et inclut un capteur à ligne glissante qui peut suivre le mécanisme mécanique pour descendre jusqu'au sol. Des jauges de contrainte sont utilisées pour modifier les conteneurs ou silos existants afin d'indiquer la charge solide à l'intérieur du conteneur.