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食品行业

音叉液位开关在生物发酵罐中的应用

  生物发酵技术与我们的日常生活息息相关,比如我们喝的啤酒,用的酱油、味精等物品都离不开生物发酵技术。但在整个发酵工艺过程中,需要对温度、PH酸碱度、溶解氧浓度以及液位进行检测。这其中液位的检测,也就是补料控制对于生产的顺利进行尤为重要。因为随着发酵过程的进行,需要向发酵系统中补加一定的物料,以维持生物生长和生产所需要的营养。
  工况痛点:
  补料系统主要由进料隔膜阀、计量罐、高/低液位开关、出料隔膜阀等组成。发酵过程中,微生物通常生长的比较旺盛,在加入加入液后,在搅拌装置启动的情况下,会有大量的泡沫的产生。因此在液位测量上首先需保证液位开关不受泡沫的影响,检测真实的液位,其次不受介电常数变化的影响,确保对液位的准确测量。

音叉液位开关在生物发酵罐中的应用

计为Ring-11音叉液位开关

  可选测量设备:

  目前,市面上液位开关的种类较多,常见的有浮球液位开关、电容式液位开关、射频导纳液位开关、外测液位开关、光电液位开关以及音叉液位开关等。它们各有不同的工作原理、产品性能和应用场景。
  浮球液位开关的结构主要是基于浮力和静磁场原理设计而成的。带有磁体的浮球(简称浮球)在被测介质中的位置受浮力作用影响:液位的变化导致磁性浮子位置的变化。浮球中的磁体和传感器(磁簧开关)作用,产生开关信号。
  电容式液位开关的测量原理是:液位高低变化导致探头被覆盖区域大小发生变化,从而导致电容值发生变化。探头与罐壁(导电材料制成)构成一个电容。当罐体中有物料注入时,电容值将随探头被物料所覆盖区域面积的增加而相应地增大,通过检测电容值的变化输出开关报警信号。
  射频导纳液位开关是一种从电容式物位控制技术发展起来的,增加防挂料电路,与电容式工作原理相似。
  外测液位开关是一种利用“变频超声波技术”实现液位测量的非接触式液位开关,广泛适用于各种液体的液位检测。其测量探头安装在容器外壁上,是一种从罐外检测液位的完全非接触检测仪表。仪表测量探头发射超声波,并检测其在容器壁中的余振信号,当液体漫过探头时,此余振信号的幅值会变小,这个改变被仪表检测到以后会输出一个开关信号,达到液位报警的目的。
  光电液位开关使用红外线探测,利用光线的折射及反射原理,光线在两种不同介质的分界面将产生反射或折射现象。当被测液体处于高位时则被测液体与光电开关形成一种分界面,当被测液体处于低位时,则空气与光电开关形成另一种分界面,这两种分界面使光电开关内部光接收晶体所接收的的反射光强度不同,即对应两种不同的开关状态。
  音叉液位开关的工作原理是通过安装在基座上的一对压电晶体使音叉在一定共振频率下振动。当音叉液位开关的音叉与被测介质相接触时,音叉的频率和振幅将改变,通过检测这一物理量的变化输出开关报警信号。
  不同测量设备工况适应性对比:

种类

是否受

泡沫影响

是否受介电常数变化影响

产品稳定性

安装是否方便

单价

浮球液位开关

机械式,稳定性差

电容式液位开关

稍有影响

需要根据介电常数调整仪表参数,稳定性差

适中

射频导纳液位开关

稍有影响

需要根据介电常数调整仪表参数,稳定性差

适中

外测液位开关

稳定性好

光电液位开关

稳定性差

音叉液位开关

稳定性好

适中

  测量方案选择:
  从上述对比表中我们看出:
  1、浮球液位开关:采用浮力原理,本身不受泡沫和介电常数变化的影响,这是其主要优势,较低的采购成本,对于预算有限的用户较有吸引力,在不少装置中都有应用。但采用机械连杆结构在活动频次高的情况下,机械疲劳损坏概率大大增加,另外磁簧开关的使用寿命也相对较短。浮球液位计的这些应用缺陷显然无法满足用户的需求。
  2、电容式液位开关和射频导纳液位开关:在生物发酵过程中,过程温度会维持一段时间相对较高的温度,而温度的变化会使物料的介电常数发生变化,从而导致电容值也发生变化,这促使电容式液位开关和射频导纳液位开关对这些变化进行不断的标定,而这对测量无疑增加了不确定性。另外具有极强吸附性的泡沫,会粘附在探头上,这也为仪表的准确测量带来了干扰。所以,这两款液位开关也不是用于生物发酵罐液位测量的理想仪表。
  3、外贴式液位开关和光电液位开关:非接触式的外贴式液位开关的安装相对复杂,对于安装位置也很有讲究,维护使用成本相对较高。光电液位开关,在有大量泡沫的情况下,对真实液位的检测影响较大,整体的使用效果较差。这两种液位开关也被用户所舍弃。
  4、音叉液位开关:由于音叉液位开关无活动部件,即装即用无需针对介电常数额外调试,叉体的振动不受液体飞溅以及泡沫的影响,且产品性价比较高,所以音叉液位开关是生物发酵罐液位测量的不错选择。
  经过上述综合对比,广东一家生物科技公司将要购买的品类锁定在购买音叉液位开关上。通过对比市场上的音叉液位开关,该用户发现计为Ring-11音叉液位开关除具有音叉液位开关所共有的上述特点外,还具有媲美进口产品的一系列特点和优点:
  1、叉体长仅40mm,特别适合管道等狭小空间的液位测量。
  2、叉体经过精密调谐,可测介质密度最小仅0.5g/cm³。
  3、抗干扰能力强,免受泡沫、气泡、粘稠、振动以及液体特性的影响。
  4、拥有继电器、二线制、Namur、晶体管4种信号输出方式。
  5、通过本安、隔爆防爆认证。
  6、基于检测频率变化的设计,具有高可靠性。
  一番对比后,计为Ring-11音叉液位开关以其超高的性价比在众多的音叉液位开关中胜出。用户最终决定选择适用计为Ring-11音叉液位开关用于生物发酵罐的液位测量。计为Ring-11音叉液位开关凭借出色的叉体调谐工艺,应用至今测量准确可靠,使用效果良好,深受用户认可。


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