Aktuální vydání

celé číslo

07

2019

Řízení dopravy a budov

celé číslo

Indikace výšky hladiny v průmyslových aplikacích

číslo 2/2004

Indikace výšky hladiny v průmyslových aplikacích

Výrobní sortiment německé firmy VEGA Grieshaber KG, kterou pro český trh zastupuje společnost Datacon MSI, zahrnuje měřidla hladiny založená na téměř všech průmyslově užívaných principech. Patří mezi ně hladinoměry radarové, ultrazvukové, hydrostatické, kapacitní a vibrační. V tomto čísle se budeme věnovat technickým parametrům a oblastem použití tzv. limitních hladinoměrů – hladinových spínačů. Uvedeme spínače pracující na principu vibračního válce nebo vidlice a také spínače s kapacitní elektrodou.

Rozdělení měřidel výšky hladiny

  • snímače (v pravém smyslu slova), tj. kontinuální měřidla, jejichž výstupem je spojitá informace o výšce hladiny, zpravidla v jednotkách délky nebo v procentech zaplnění nádoby či nádrže,

  • spínače, tj. limitní měřidla, jejichž výstupem je dvoustavová informace o dosažení jedné nebo několika pevně daných úrovní hladiny.

Podle druhu získávané informace lze měřidla výšky hladiny rozčlenit do dvou skupin:

Hladinové spínače se v praxi používají pro indikaci provozních stavů. Od jejich výstupu je odvozeno např. zapínání či vypínání čerpadla, dopravníku, plnicího nebo vypouštěcího systému. Obdobně tyto přístroje fungují jako ochrana proti přeplnění nádrže nebo naopak proti běhu čerpadla naprázdno.

Obr. 1.

Rozumným provozním požadavkem je nezávislost havarijní indikace na provozním měření. V tom případě jsou řízení čerpadla a indikace hladiny realizovány kontinuálním (radarovým, ultrazvukovým, hydrostatickým či kapacitním) měřidlem, zatímco ochrana proti přeplnění limitním spínačem zapojeným v nezávislém elektrickém okruhu.

Pro limitní indikaci hladiny používá VEGA princip vibračního válce nebo vidlice. Elektromagnetický oscilátor, mechanicky spojený s aktivní částí senzoru, rozechvívá vibrační válec či vidlici na rezonanční frekvenci řádu stovek hertzů. Zasypáním či zaplavením senzoru dojde ke změně rezonanční frekvence. Řídicí elektronika stav vyhodnotí a přepne relé či bezkontaktní spínací obvod na výstupu spínače.

Jako limitní člen se velmi často používá také senzor s kapacitní elektrodou. Elektrodu je třeba instalovat tak, aby její kontakt s médiem vyvolal dostatečnou změnu kapacity. Rozhodovací úroveň je třeba nastavit pečlivě a přesně. Elektronika spínače je pro ten účel zpravidla vybavena otočným nastavovacím prvkem.

Indikace hladiny sypkých látek

Pro sypké látky jsou vhodné všechny již zmíněné principy měření.

Vibrační vidlice typu VIB 31 je vhodná pro jemný materiál s malou hustotou. Vibrační válec řady VIB 40 nebo VIB 50 je robustní senzor, který vyhoví ve většině aplikací. Kapacitní elektroda je nenahraditelná pro pracovní teploty nad 150 °C a její použitelnost sahá až k 400 °C.

Tab. 1. Hladinové spínače pro sypké látky

Typ VIB 31 VIB 41, VIB 51 VIB 52 VIB 43, VIB 53 EL 60, EL 61
Princip vidlice válec kapacita
Výstupní signál relé 250 V/3 A bezkontaktní spínač 20 až 250 V AC/DC, tranzistorový výstup NPN nebo PNP, 10 až 55 V DC, relé 250 V/3 A
Min. hustota (kg/m3) 15 20
Max. teplota (°C) 100 150 80 150 400
Montážní rozměr G1" G1", G1,5" G1,5" G1", G1,5" G1,5"
Délka (mm) 148 140, popř. 238 600 až 20 000 300 až 4 000 400 až 4 000, popř. 600 až 25 000
Materiál (norma AISI) korozivzdorná ocel 316Ti korozivzdorná ocel 316Ti korozivzdorná ocel 316Ti, kabel PUR korozivzdorná ocel 316Ti uhlíkatá ocel nebo korozivzdorná ocel 316Ti
Certifikát do výbušného prostředí ne ATEX II 1G EEx ia IIC T6, ATEX II 1/2G EEx ia IIC T6, ATEX II 2G EEx ia IIC T6, ATEX II 1/2D IP65 T ATEX II 1/2D IP65 T

Vlastnosti vybraných senzorů jsou shrnuty v tab. 1. Sortiment kapacitních elektrod VEGA je velmi široký a přesahuje rámec tohoto článku. S výběrem nejvhodnějšího typu s ohledem na požadavky aplikace poradí odborníci firmy Datacon MSI.

Vybrané aplikace

Indikace zaplnění zásobníku páleného vápna
Nehašené vápno může u korozivzdorné oceli způsobovat mezikrystalickou korozi. Při dlouhodobém působení vápna na neupravený povrch korozivzdorné oceli dochází k bodové korozi, která tubus senzoru po čase na mnoha místech proděraví. Dostatečnou ochranu proti mezikrystalické korozi poskytuje vyleštění vnějšího povrchu senzoru na velmi malou drsnost.

Indikace pevné složky pod hladinou vody
Brambory ve výrobní lince na bramborové lupínky jsou nejprve omyty, pak zbaveny slupky a transportovány do plátkovače. Po celou dobu pohybu suroviny ve stroji je třeba udržet výšku vrstvy brambor pod hladinou vody, aby nezhnědly a tím nebyly znehodnoceny. Senzor VIB 53 s aktivní částí ponořenou pod hladinou vody indikuje dosažení maximální úrovně brambor pod hladinou vody a v případě nutnosti odstaví loupací automat. Podobným způsobem lze indikovat hladinu písku nebo jiných naplavenin např. v čističce odpadních vod.

Obr. 2.

Indikace přeplnění násypky pásového dopravníku
Na konci pásového dopravníku uhlí či jiné suroviny je násypka, která usměrňuje tok materiálu na další pás nebo do zásobníku. Může se stát, že větší kus transportovaného materiálu násypku ucpe. Hladina rychle stoupne, dojde k přesypání nebo zablokování pásu. Uvedenému havarijnímu stavu zabrání senzor VIB 52 vhodně instalovaný nad násypkou, který odstaví dopravník a upozorní obsluhu.

Ochrana proti abrazi
Do zásobníku je sypán slinek nebo jiný vysoce abrazivní materiál. Kapacitní nebo vibrační senzor je chráněn kovovým profilem ve tvaru obrácené stříšky (obr. 1). Materiál zůstane nasypaný uvnitř profilu a sám chrání profil i senzor proti opotřebení.

Indikace hladiny kapalin

Pro limitní indikaci hladiny kapalin se používají senzory s vibrační vidlicí nebo kapacitní elektrodou. Vodivostní princip je v poslední době na ústupu, neboť je vhodný pouze pro elektricky vodivá média. Ve venkovním prostředí dochází k zanášení elektrod a vytváření vodivých můstků, které měření znehodnocují. Vodivostní elektrody navíc vyžadují pravidelnou kontrolu a údržbu.

Nová vibrační vidlice senzorů VEGA se vyznačuje kompaktní robustní konstrukcí. Její délka je pouze 40 mm, instalace do úzkého profilu proto není problém.

Kromě běžných výstupních signálů (relé, bezkontaktní spínač, tranzistor) nabízí VEGA i proudový výstupní signál podle normy NAMUR. Proudový výstup dokáže přenést více než dva stavy. To se využívá pro indikaci poruchy elektroniky nebo mechanického poškození vibrační vidlice.

Tab. 2. Hladinové spínače pro kapaliny

Typ SWING 51 SWING 71A SWING 61 SWING 63 EL 26
Princip vidlice kapacita
Výstupní signál bezkontaktní spínač 250 V, tranzistor NPN neboPNP 55 V bezkontaktní spínač 250 V, tranzistor NPN nebo PNP 55 V, dvojité relé 250 V/5 A, dvouvodičové proud. připojení NAMUR IEC 60947-5-6 bezkontaktní spínač, tranzistor, relé 250 V/3 A
Rozsah teplot (°C) –40 až +100 –40 až +150 –50 až +250 až 200
Max. tlak (MPa) 6,4 4
Montážní rozměr G3/4", G1" G1" G3/4" a větší, příruby, hygienické koncovky G1" a větší, příruby, hygienické koncovky
Délka (mm) 66 128 66 150 až 3 000 200 až 4 000
Materiál (norma AISI) korozivdorná ocel 316L korozivdorná ocel 316L, Hastelloy C22, keramický potah, plast ECTFE, PFA uhlíková ocel, korozivzdorná ocel 316Ti, teflonový potah
Certifikát do výbušného prostředí ne ATEX II 1G EEx ia IIC T6, ATEX II 1/2G EEx ia IIC T6, ATEX II 1/2G EEx d IIC T6, ATEX II 2G EEx d IIC T6 ATEX II 1G EEx ia IIC T6, ATEX II 1/2G EEx ia IIC T6

Vlastnosti vybraných senzorů shrnuje tab. 2. Z kapacitních senzorů byl vybrán zástupce pro měření velmi adhezivních materiálů (např. vaječné směsi, majonézy, barviva, latexu apod.), které vibračním principem měřit nelze. Sortiment kapacitních elektrod pro měření kapalin je velmi široký, podobně jako u sypkých látek. Nejsnazším řešením je kontaktovat odborníky firmy Datacon MSI, kteří vhodný typ doporučí.

Obr. 3.

Vybrané aplikace

Hladina kapalného čpavku
Do zásobní nádrže je čerpáno chladivo – kapalný čpavek o teplotě mezi –10 a –40 °C a tlaku stovek kilopascalů. Dosažení horní a dolní provozní hladiny je indikováno dvojicí senzorů SWING 61.

Ochrana čerpadla
Díky krátké vidlici lze senzor instalovat do potrubí o světlosti od 25 mm. Při vyprázdnění potrubí senzor odpojí čerpadlo a zabrání jeho poškození při běhu naprázdno. Takto je používán senzor SWING 61 pro ochranu výkonného čerpadla hasičského vozu (obr. 2).

Chemický reaktor s vysoce agresivní látkou
Vysoce agresivní média v chemickém průmyslu, kde nevyhoví ani korozivzdorná ocel (v tab. 1 a tab. 2 uvedené oceli 316L a 316Ti odpovídají ocelím třídy 17 podle ČSN), ani hastelloy, řeší VEGA potažením všech částí senzoru uvnitř nádoby keramickým povlakem. V nádobě je indikována horní i dolní provozní mez dvojicí senzorů SWING 61 a 63 (obr. 3).

Závěr

Na všechny snímače a spínače z produkce firmy VEGA je poskytována záruka tři roky. Odborníci firmy Datacon MSI poradí s výběrem nebo přímo navrhnou řešení pro danou aplikaci. Nabízejí též bezplatné zapůjčení přístroje, aby jeho funkce mohla být prověřena ve všech ohledech.

Martin Šilhavý,
Datacon MSI, s. r. o.

Datacon MSI, s. r. o.
1. pluku 12a, 186 00 Praha 8
tel.: 222 315 942, 222 315 397
tel./fax: 224 816 858
e-mail: martin.silhavy@datacon.cz, datacon@datacon.cz
http://www.datacon.cz

Inzerce zpět