圖1 利用電磁波進行探測的FlexLevel Switch極限開關對充填介質中的泡沫“視而不見”

　　喜歡焦糖瑪奇朵的人們大都認為是濃重的奶油泡沫使得這種熱咖啡成為咖啡中的王冠。而在許多食品生產企業(yè)中，發(fā)泡則是生產過程中一種非常令人討厭的伴隨現象，是一種極有可能影響充填量檢測結果的不良現象。理想的情況是傳感器對膨起的泡沫“視而不見”。

　　在許多日常生活中是需要泡沫的，例如具有醫(yī)療作用的泡沫浴或者一杯剛剛扎出來的新鮮啤酒。然而在工業(yè)領域中，例如在釀造工業(yè)、果汁生產或是在奶制品生產加工中，泡沫往往是一個令人頭痛的問題。在這類流程工業(yè)企業(yè)中，應用多的是液位的檢測和監(jiān)控。液位是指密封容器（池子）或開口容器（池子）中液位的高低。這里，人們有多種多樣的、基于不同檢測原理的液位極限開關可供選用。哪一種檢測技術則取決于其應用領域，尤其是在醫(yī)藥、食品和飲料生產領域中，這些液位極限開關需滿足極高的衛(wèi)生消毒標準要求。其中就包括多種不同的、許可；例如3A、EHEDG和FDA等有關產品設計、原材料和生產過程衛(wèi)生條件的。

　　美國食品和藥物管理局（Food and Drug Administration）簡稱FDA，FDA 是美國政府在健康與人類服務部 （DHHS） 和公共衛(wèi)生部 （PHS） 中設立的執(zhí)行機構之一。作為一家科學管理機構，FDA 的職責是確保美國本國生產或進口的食品、化妝品、藥物、生物制劑、醫(yī)療設備和放射產品的安全。它是早以保護消費者為主要職能的聯邦機構之一。

　　在生產領域，許多生產過程中都會在液體產品的表面產生泡沫，對正確的判斷液體產品的液位產生不良影響，導致在達到正確的液位之前充填控制開關就做出了動作，使泡沫消失后的灌裝液位高度不準確。Baumer公司專門為有衛(wèi)生消毒要求的這一應用領域提供了專用的FlexLevel Switch極限開關。利用軟件工具Flex-Progemmer 9701使得這一極限開關能夠對其靈敏度和反應時間進行設置。從而能夠使流程工藝師們，例如釀造業(yè)中的釀造師們能夠簡單、方便的戰(zhàn)勝泡沫帶來的麻煩。這種極限開關對液體表面的泡沫“視而不見”，只有在真正到達規(guī)定的液位高度時，傳感器才發(fā)出信號。從而可以很好的避免發(fā)出錯誤信號，避免超過、液位的誤操作，縮短了流程設備不必要的停機時間，終提高流程設備的生產能力。

　　工作原理：電磁波檢測

　　電磁波又稱電磁輻射，是由同相振蕩且互相垂直的電場與磁場在空間中以波的形式移動，其傳播方向垂直于電場與磁場構成的平面，有效的傳遞能量和動量。電磁輻射可以按照頻率分類，從低頻率到高頻率，包括有無線電波、微波、紅外線、可見光、紫外光、X-射線和伽馬射線等等。這種極限開關利用的是高頻電磁信號進行液位檢測。被測介質相當于一個虛擬的電容器，與傳感器頭部的線圈構成了一個完整的、發(fā)出開關控制信號的控制電路。虛擬電容的電容量與大多數被測介質不同的絕緣電阻值有關。其開關控制功能，即觸點的斷開與閉合，可以通過改變連接方式或者利用FlexProgrammer 9701軟件工具進行設置。利用編程器可以選擇不同的輸出信號方式如：PNP、NPN和數字信號。當被測介質的液位高低發(fā)生變化時，例如在向容器中添加液體介質時，輸出信號將變弱。這一檢測技術的優(yōu)點是：只有一個很小的錐形接頭進入被測液體之中，而其他檢測技術則需要較大的接頭進入被測液體中，粘稠的、或者附著性很強的介質很容易粘附在檢測探頭上，從而影響傳感器的正常工作、發(fā)出錯誤的信號。

圖2 極限開關的工作原理

　　檢測儀器設備的3A只有結合3A零部件才是有意義的，這里使用的3A零部件是一個保證安裝位置更加有利的焊接式螺紋接頭。傳感器所有與被測介質接觸的部分都是由耐酸不銹鋼或者PEEK（聚醚醚酮樹脂是一種性能優(yōu)異的特種工程塑料，與其他特種工程塑料相比具有諸多顯著優(yōu)勢，耐高溫、機械性能優(yōu)異、自潤滑性好、耐化學品腐蝕、阻燃、耐剝離性、）塑料制成的，滿足了不同3A使用場合的FDA、EHEDG和3A。

　　3A，即AAA，AAA分別為Authentication、Authorization、Accounting。（Authentication）：驗證用戶的身份與可使用的網絡服務；授權（Authorization）：依據結果開放網絡服務給用戶；計帳（Accounting）：記錄用戶對各種網絡服務的用量，并提供給計費系統。整個系統在網絡管理與安全問題中十分有效。

　　當傳感器探測到被測介質真實的液位時，傳感器頭部藍色的指示燈會發(fā)光。即使是傳感器安裝在容器的上部時，指示燈也會發(fā)光。FlexLevel Switch極限開關能夠識別（水、奶、啤酒等）液體介質、粘稠狀原材料（蜂蜜、酸奶、牙膏等）的極限位置，甚至還能對干燥物體（例如：燃燒后的殘渣、面粉或者果核）進行檢測。檢測設備在出廠前已經完成了調試和設定，在生產現場安裝后無需再次調試。對于特殊的被測介質，例如有粘連性質的物體，檢測儀的Teach-in自學功能允許對液位識別進行手工調整和設置。

　　包括在醫(yī)藥產品生產領域中使用時，例如在醫(yī)藥注射液灌裝的自動識別時需要使用FlexLevel Switch極限開關。泡沫、氣泡或者形成的絮狀物以及震動和渦流等都不會對液位檢測的結果產生影響。而且傳感器的安裝位置也不會對傳感器檢測結果的正確性產生影響。傳感器既可安裝在側面，也可以在有干運行保護時安裝在管道的下方。

　　標準規(guī)格的FlexLevel Switch極限開關的工作溫度范圍為-40~85℃。但在CIP（CIP清洗即CLEAN IN PLACE（原位清洗）。CIP清洗即不分解生產設備，又可用簡單操作方法安全自動的清洗系統，幾乎被引進到所有的食品，飲料及制藥等工廠。CIP清洗不僅能清洗機器，而且還能控制微生物）原位清潔和SIP（Sanitize in Place，原位消毒系統或者在線（就地）滅菌，在制藥行業(yè)用于管道系統的在線消毒，消毒劑如臭氧。）原位消毒的流程設備中，允許短時間（max. 1h）承受140℃的溫度。在理想的、有著100mm或者250mm冷卻長度的情況下，這種檢測儀器甚至可以在200℃的環(huán)境中使用。這一冷卻區(qū)的長度可以用不同長度的連接接頭來實現，從而實現不同長度的調節(jié)：例如要把傳感器更深的插入到像酸奶那樣粘稠的介質中，或者要穿過容器的隔熱保溫層。

圖3 符合3A的焊接式管接頭適合于在有衛(wèi)生消毒要求的場合中使用，并通過其側面的溢流孔準確判別液位高低

　　極限開關的開、關狀態(tài)可以通過控制程序設置為常開或者常閉型。這種檢測儀器既可在敞開式的容器中使用，也可在封閉式的容器中使用，容器的工作壓力可達40bar。由于傳感器沒有任何移動零部件，全部的電子線路都集成在傳感器內部，因此實踐中做到了免維護?？梢栽诓徽{整開關控制點的情況下的檢測到開關控制的極限值數據。

　　食品生產企業(yè)中的應用

　　具有衛(wèi)生消毒能力的FlexLevel Switch極限開關非常適合在食品和飲料生產領域中使用。丹麥Brabrand市的大型酸奶生產廠Arla Foods公司就在不同的酸奶生產設備中使用了這種傳感器，用以識別液體介質的和液面位置。一般情況下，被測介質是酸奶，在特定的生產工序中被測介質是含脂肪10％~38％的鮮奶油。這兩種被測介質都非常粘稠，很容易粘附在檢測傳感器上。Arla Foods公司把原來使用的震動傳感器換掉了，因為當粘稠的被測介質粘附在傳感器的震動桿上時，傳感器的檢測就受到了影響，導致錯誤的報警、誤動作。現在使用的FlexLevel Switch極限開關能夠可靠的識別被測介質的位置，即使是傳感器的端部粘滿了粘稠的酸奶時也一樣。因為傳感器的Teach in自學功能保障了在對粘稠介質檢測時能夠通過手動方式識別到被測介質的液位，并自動的記住這一過程。

　　符合用戶要求的專用解決方案

　　Baumer公司除了提供FlexLevel Switch系列的極限開關之外，還有很多基于不同檢測原理的連續(xù)式和間斷式檢測系統。例如能夠在衛(wèi)生消毒場合中使用的、基于壓電晶體、壓電陶瓷、電容式或者薄膜式的壓力檢測儀、壓差檢測儀。另外，它們還生產利用超聲波原理和光學原理的充填量檢測傳感器以及依據導電性進行檢測的儀器設備。無論是在流程生產設備中需要與液體介質接觸的傳感器還是非接觸式的傳感器，Baumer公司為用戶提供了適合于各種應用場合的、技術上合適的解決方案。BAUMER傳感器工作原理的分類物理傳感器應用的是物理效應，諸如壓電效應，磁致伸縮現象，離化、極化、熱電、光電、磁電等效應。被測信號量的微小變化都將轉換成電信號?；瘜W傳感器包括那些以化學吸附、電化學反應等現象為因果關系的傳感器，被測信號量的微小變化也將轉換成電信號。向傳感器提供±15V電源，激磁電路中的晶體振蕩器產生400Hz的方波，經過TDA2030功率放大器即產生交流激磁功率電源，通過能源環(huán)形變壓器T1從靜止的初級線圈傳遞至旋轉的次級線圈，得到的交流電源通過軸上的整流濾波電路得到±5V的直流電源，該電源做運算放大器AD822的工作電源；由基準電源AD589與雙運放AD822組成的高穩(wěn)壓電源產生±4.5V的精密直流電源，該電源既作為電橋電源，又作為放大器及V/F轉換器的工作電源。當彈性軸受扭時，應變橋檢測得到的mV級的應變信號通過儀表放大器AD620放大成1.5v±1v的強信號，再通過V/F轉換器LM131變換成頻率信號，通過信號環(huán)形變壓器T2從旋轉的初級線圈傳遞至靜止次級線圈，再經過外殼上的信號處理電路濾波、整形即可得到與彈性軸承受的扭矩成正比的頻率信號，該信號為TTL電平，既可提供給專用二次儀表或頻率計顯示也可直接送計算機處理。由于該旋轉變壓器動--靜環(huán)之間只有零點幾毫米的間隙，加之傳感器軸上部分都密封在金屬外殼之內，形成有效的屏蔽，因此具有很強的抗干擾能力。有些傳感器既不能劃分到物理類，也不能劃分為化學類。大多數傳感器是以物理原理為基礎運作的?；瘜W傳感器技術問題較多，例如可靠性問題，規(guī)模生產的可能性，價格問題等，解決了這類難題，化學傳感器的應用將會有巨大增長。不同的充填量傳感器、液位傳感器適合于在化工流程工業(yè)企業(yè)、精細化工企業(yè)以及醫(yī)藥、食品和飲料生產企業(yè)中使用。