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食品行業(yè)

音叉液位開關(guān)在生物發(fā)酵罐中的應(yīng)用

　　生物發(fā)酵技術(shù)與我們的日常生活息息相關(guān)，比如我們喝的啤酒，用的醬油、味精等物品都離不開生物發(fā)酵技術(shù)。但在整個(gè)發(fā)酵工藝過(guò)程中，需要對(duì)溫度、PH酸堿度、溶解氧濃度以及液位進(jìn)行檢測(cè)。這其中液位的檢測(cè)，也就是補(bǔ)料控制對(duì)于生產(chǎn)的順利進(jìn)行尤為重要。因?yàn)殡S著發(fā)酵過(guò)程的進(jìn)行，需要向發(fā)酵系統(tǒng)中補(bǔ)加一定的物料，以維持生物生長(zhǎng)和生產(chǎn)所需要的營(yíng)養(yǎng)。
　　工況痛點(diǎn)：
　　補(bǔ)料系統(tǒng)主要由進(jìn)料隔膜閥、計(jì)量罐、高/低液位開關(guān)、出料隔膜閥等組成。發(fā)酵過(guò)程中，微生物通常生長(zhǎng)的比較旺盛，在加入加入液后，在攪拌裝置啟動(dòng)的情況下，會(huì)有大量的泡沫的產(chǎn)生。因此在液位測(cè)量上首先需保證液位開關(guān)不受泡沫的影響，檢測(cè)真實(shí)的液位，其次不受介電常數(shù)變化的影響，確保對(duì)液位的準(zhǔn)確測(cè)量。

音叉液位開關(guān)在生物發(fā)酵罐中的應(yīng)用

計(jì)為Ring-11音叉液位開關(guān)

　　可選測(cè)量設(shè)備：

　　目前，市面上液位開關(guān)的種類較多，常見的有浮球液位開關(guān)、電容式液位開關(guān)、射頻導(dǎo)納液位開關(guān)、外測(cè)液位開關(guān)、光電液位開關(guān)以及音叉液位開關(guān)等。它們各有不同的工作原理、產(chǎn)品性能和應(yīng)用場(chǎng)景。
　　浮球液位開關(guān)的結(jié)構(gòu)主要是基于浮力和靜磁場(chǎng)原理設(shè)計(jì)而成的。帶有磁體的浮球（簡(jiǎn)稱浮球）在被測(cè)介質(zhì)中的位置受浮力作用影響：液位的變化導(dǎo)致磁性浮子位置的變化。浮球中的磁體和傳感器（磁簧開關(guān)）作用，產(chǎn)生開關(guān)信號(hào)。
　　電容式液位開關(guān)的測(cè)量原理是：液位高低變化導(dǎo)致探頭被覆蓋區(qū)域大小發(fā)生變化，從而導(dǎo)致電容值發(fā)生變化。探頭與罐壁（導(dǎo)電材料制成）構(gòu)成一個(gè)電容。當(dāng)罐體中有物料注入時(shí)，電容值將隨探頭被物料所覆蓋區(qū)域面積的增加而相應(yīng)地增大，通過(guò)檢測(cè)電容值的變化輸出開關(guān)報(bào)警信號(hào)。
　　射頻導(dǎo)納液位開關(guān)是一種從電容式物位控制技術(shù)發(fā)展起來(lái)的，增加防掛料電路，與電容式工作原理相似。
　　外測(cè)液位開關(guān)是一種利用“變頻超聲波技術(shù)”實(shí)現(xiàn)液位測(cè)量的非接觸式液位開關(guān)，廣泛適用于各種液體的液位檢測(cè)。其測(cè)量探頭安裝在容器外壁上，是一種從罐外檢測(cè)液位的完全非接觸檢測(cè)儀表。儀表測(cè)量探頭發(fā)射超聲波，并檢測(cè)其在容器壁中的余振信號(hào)，當(dāng)液體漫過(guò)探頭時(shí)，此余振信號(hào)的幅值會(huì)變小，這個(gè)改變被儀表檢測(cè)到以后會(huì)輸出一個(gè)開關(guān)信號(hào)，達(dá)到液位報(bào)警的目的。
　　光電液位開關(guān)使用紅外線探測(cè)，利用光線的折射及反射原理，光線在兩種不同介質(zhì)的分界面將產(chǎn)生反射或折射現(xiàn)象。當(dāng)被測(cè)液體處于高位時(shí)則被測(cè)液體與光電開關(guān)形成一種分界面，當(dāng)被測(cè)液體處于低位時(shí)，則空氣與光電開關(guān)形成另一種分界面，這兩種分界面使光電開關(guān)內(nèi)部光接收晶體所接收的的反射光強(qiáng)度不同，即對(duì)應(yīng)兩種不同的開關(guān)狀態(tài)。
　　音叉液位開關(guān)的工作原理是通過(guò)安裝在基座上的一對(duì)壓電晶體使音叉在一定共振頻率下振動(dòng)。當(dāng)音叉液位開關(guān)的音叉與被測(cè)介質(zhì)相接觸時(shí)，音叉的頻率和振幅將改變，通過(guò)檢測(cè)這一物理量的變化輸出開關(guān)報(bào)警信號(hào)。
　　不同測(cè)量設(shè)備工況適應(yīng)性對(duì)比：

種類

是否受

泡沫影響

是否受介電常數(shù)變化影響

產(chǎn)品穩(wěn)定性

安裝是否方便

單價(jià)

浮球液位開關(guān)

否

否

機(jī)械式，穩(wěn)定性差

是

低

電容式液位開關(guān)

稍有影響

是

需要根據(jù)介電常數(shù)調(diào)整儀表參數(shù)，穩(wěn)定性差

是

適中

射頻導(dǎo)納液位開關(guān)

稍有影響

是

需要根據(jù)介電常數(shù)調(diào)整儀表參數(shù)，穩(wěn)定性差

是

適中

外測(cè)液位開關(guān)

否

否

穩(wěn)定性好

否

高

光電液位開關(guān)

是

否

穩(wěn)定性差

是

低

音叉液位開關(guān)

否

否

穩(wěn)定性好

是

適中

　　測(cè)量方案選擇：
　　從上述對(duì)比表中我們看出：
　　1．浮球液位開關(guān)：采用浮力原理，本身不受泡沫和介電常數(shù)變化的影響，這是其主要優(yōu)勢(shì)，較低的采購(gòu)成本，對(duì)于預(yù)算有限的用戶較有吸引力，在不少裝置中都有應(yīng)用。但采用機(jī)械連桿結(jié)構(gòu)在活動(dòng)頻次高的情況下，機(jī)械疲勞損壞概率大大增加，另外磁簧開關(guān)的使用壽命也相對(duì)較短。浮球液位計(jì)的這些應(yīng)用缺陷顯然無(wú)法滿足用戶的需求。
　　2．電容式液位開關(guān)和射頻導(dǎo)納液位開關(guān)：在生物發(fā)酵過(guò)程中，過(guò)程溫度會(huì)維持一段時(shí)間相對(duì)較高的溫度，而溫度的變化會(huì)使物料的介電常數(shù)發(fā)生變化，從而導(dǎo)致電容值也發(fā)生變化，這促使電容式液位開關(guān)和射頻導(dǎo)納液位開關(guān)對(duì)這些變化進(jìn)行不斷的標(biāo)定，而這對(duì)測(cè)量無(wú)疑增加了不確定性。另外具有極強(qiáng)吸附性的泡沫，會(huì)粘附在探頭上，這也為儀表的準(zhǔn)確測(cè)量帶來(lái)了干擾。所以，這兩款液位開關(guān)也不是用于生物發(fā)酵罐液位測(cè)量的理想儀表。
　　3．外貼式液位開關(guān)和光電液位開關(guān)：非接觸式的外貼式液位開關(guān)的安裝相對(duì)復(fù)雜，對(duì)于安裝位置也很有講究，維護(hù)使用成本相對(duì)較高。光電液位開關(guān)，在有大量泡沫的情況下，對(duì)真實(shí)液位的檢測(cè)影響較大，整體的使用效果較差。這兩種液位開關(guān)也被用戶所舍棄。
　　4．音叉液位開關(guān)：由于音叉液位開關(guān)無(wú)活動(dòng)部件，即裝即用無(wú)需針對(duì)介電常數(shù)額外調(diào)試，叉體的振動(dòng)不受液體飛濺以及泡沫的影響，且產(chǎn)品性價(jià)比較高，所以音叉液位開關(guān)是生物發(fā)酵罐液位測(cè)量的不錯(cuò)選擇。
　　經(jīng)過(guò)上述綜合對(duì)比，廣東一家生物科技公司將要購(gòu)買的品類鎖定在購(gòu)買音叉液位開關(guān)上。通過(guò)對(duì)比市場(chǎng)上的音叉液位開關(guān)，該用戶發(fā)現(xiàn)計(jì)為Ring-11音叉液位開關(guān)除具有音叉液位開關(guān)所共有的上述特點(diǎn)外，還具有媲美進(jìn)口產(chǎn)品的一系列特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)：
　　1．叉體長(zhǎng)僅40mm，特別適合管道等狹小空間的液位測(cè)量。
　　2．叉體經(jīng)過(guò)精密調(diào)諧，可測(cè)介質(zhì)密度最小僅0.5g/cm3。
　　3．抗干擾能力強(qiáng)，免受泡沫、氣泡、粘稠、振動(dòng)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(hào)輸出方式。
　　5．通過(guò)本安、隔爆防爆認(rèn)證。
　　6．基于檢測(cè)頻率變化的設(shè)計(jì)，具有高可靠性。
　　一番對(duì)比后，計(jì)為Ring-11音叉液位開關(guān)以其超高的性價(jià)比在眾多的音叉液位開關(guān)中勝出。用戶最終決定選擇適用計(jì)為Ring-11音叉液位開關(guān)用于生物發(fā)酵罐的液位測(cè)量。計(jì)為Ring-11音叉液位開關(guān)憑借出色的叉體調(diào)諧工藝，應(yīng)用至今測(cè)量準(zhǔn)確可靠，使用效果良好，深受用戶認(rèn)可。
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