應用案例
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深圳計為自動化技術有限公司
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音叉液位開關在生物發酵罐中的應用
工況痛點：
補料系統主要由進料隔膜閥、計量罐、高/低液位開關、出料隔膜閥等組成。發酵過程中，微生物通常生長的比較旺盛，在加入加入液后，在攪拌裝置啟動的情況下，會有大量的泡沫的產生。因此在液位測量上首先需保證液位開關不受泡沫的影響，檢測真實的液位，其次不受介電常數變化的影響，確保對液位的準確測量。
可選測量設備：
目前，市面上液位開關的種類較多，常見的有浮球液位開關、電容式液位開關、射頻導納液位開關、外測液位開關、光電液位開關以及音叉液位開關等。它們各有不同的工作原理、產品性能和應用場景。浮球液位開關的結構主要是基于浮力和靜磁場原理設計而成的。帶有磁體的浮球（簡稱浮球）在被測介質中的位置受浮力作用影響：液位的變化導致磁性浮子位置的變化。浮球中的磁體和傳感器（磁簧開關）作用，產生開關信號。
電容式液位開關的測量原理是：液位高低變化導致探頭被覆蓋區域大小發生變化，從而導致電容值發生變化。探頭與罐壁（導電材料制成）構成一個電容。當罐體中有物料注入時，電容值將隨探頭被物料所覆蓋區域面積的增加而相應地增大，通過檢測電容值的變化輸出開關報警信號。
射頻導納液位開關是一種從電容式物位控制技術發展起來的，增加防掛料電路，與電容式工作原理相似。
外測液位開關是一種利用“變頻超聲波技術”實現液位測量的非接觸式液位開關，廣泛適用于各種液體的液位檢測。其測量探頭安裝在容器外壁上，是一種從罐外檢測液位的完全非接觸檢測儀表。儀表測量探頭發射超聲波，并檢測其在容器壁中的余振信號，當液體漫過探頭時，此余振信號的幅值會變小，這個改變被儀表檢測到以后會輸出一個開關信號，達到液位報警的目的。
光電液位開關使用紅外線探測，利用光線的折射及反射原理，光線在兩種不同介質的分界面將產生反射或折射現象。當被測液體處于高位時則被測液體與光電開關形成一種分界面，當被測液體處于低位時，則空氣與光電開關形成另一種分界面，這兩種分界面使光電開關內部光接收晶體所接收的的反射光強度不同，即對應兩種不同的開關狀態。
音叉液位開關的工作原理是通過安裝在基座上的一對壓電晶體使音叉在一定共振頻率下振動。當音叉液位開關的音叉與被測介質相接觸時，音叉的頻率和振幅將改變，通過檢測這一物理量的變化輸出開關報警信號。
不同測量設備工況適應性對比：
|
種類 |
是否受 泡沫影響 |
是否受介電常數變化影響 |
產品穩定性 |
安裝是否方便 |
單價 |
|
浮球液位開關 |
否 |
否 |
機械式，穩定性差 |
是 |
低 |
|
電容式液位開關 |
稍有影響 |
是 |
需要根據介電常數調整儀表參數，穩定性差 |
是 |
適中 |
|
射頻導納液位開關 |
稍有影響 |
是 |
需要根據介電常數調整儀表參數，穩定性差 |
是 |
適中 |
|
外測液位開關 |
否 |
否 |
穩定性好 |
否 |
高 |
|
光電液位開關 |
是 |
否 |
穩定性差 |
是 |
低 |
|
音叉液位開關 |
否 |
否 |
穩定性好 |
是 |
適中 |
從上述對比表中我們看出：
1．浮球液位開關：采用浮力原理，本身不受泡沫和介電常數變化的影響，這是其主要優勢，較低的采購成本，對于預算有限的用戶較有吸引力，在不少裝置中都有應用。但采用機械連桿結構在活動頻次高的情況下，機械疲勞損壞概率大大增加，另外磁簧開關的使用壽命也相對較短。浮球液位計的這些應用缺陷顯然無法滿足用戶的需求。
2．電容式液位開關和射頻導納液位開關：在生物發酵過程中，過程溫度會維持一段時間相對較高的溫度，而溫度的變化會使物料的介電常數發生變化，從而導致電容值也發生變化，這促使電容式液位開關和射頻導納液位開關對這些變化進行不斷的標定，而這對測量無疑增加了不確定性。另外具有極強吸附性的泡沫，會粘附在探頭上，這也為儀表的準確測量帶來了干擾。所以，這兩款液位開關也不是用于生物發酵罐液位測量的理想儀表。
3．外貼式液位開關和光電液位開關：非接觸式的外貼式液位開關的安裝相對復雜，對于安裝位置也很有講究，維護使用成本相對較高。光電液位開關，在有大量泡沫的情況下，對真實液位的檢測影響較大，整體的使用效果較差。這兩種液位開關也被用戶所舍棄。
4．音叉液位開關：由于音叉液位開關無活動部件，即裝即用無需針對介電常數額外調試，叉體的振動不受液體飛濺以及泡沫的影響，且產品性價比較高，所以音叉液位開關是生物發酵罐液位測量的不錯選擇。
經過上述綜合對比，廣東一家生物科技公司將要購買的品類鎖定在購買音叉液位開關上。通過對比市場上的音叉液位開關，該用戶發現計為Ring-11音叉液位開關除具有音叉液位開關所共有的上述特點外，還具有媲美進口產品的一系列特點和優點：
1．叉體長僅40mm，特別適合管道等狹小空間的液位測量。
2．叉體經過精密調諧，可測介質密度最小僅0.5g/cm3。
3．抗干擾能力強，免受泡沫、氣泡、粘稠、振動以及液體特性的影響。
4．擁有繼電器、二線制、Namur、晶體管4種信號輸出方式。
5．通過本安、隔爆防爆認證。
6．基于檢測頻率變化的設計，具有高可靠性。
一番對比后，計為Ring-11音叉液位開關以其超高的性價比在眾多的音叉液位開關中勝出。用戶最終決定選擇適用計為Ring-11音叉液位開關用于生物發酵罐的液位測量。計為Ring-11音叉液位開關憑借出色的叉體調諧工藝，應用至今測量準確可靠，使用效果良好，深受用戶認可。
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