Aktuální vydání

celé číslo

10

2022

Chemie, potravinářství a farmacie

celé číslo

Detekce hladiny bezkontaktně přes stěnu nádrže

Detekce hladiny bezkontaktně přes stěnu nádrže

Nová generace ultrazvukových snímačů umožňuje detekovat polohu hladiny kapalin neinvazivně přes stěnu nádrže. Tento typ snímačů se instaluje na vnější povrch stěny nádrže a díky tomu nabízí několik na první pohled patrných předností:

  • snímač nepřichází do styku s měřenou kapalinou nebo jejími parami,
  • výrazně se prodlužuje doba života snímačů i v těch nejtěžších provozech,
  • v čistých provozech nehrozí kontaminace měřené látky,
  • u vysokotlakých instalací odpadá jinak nezbytná tlaková zkouška nádrže po instalaci snímače,
  • významně klesá riziko úniku měřené látky, což je zejména důležité u toxických anebo agresivních látek,
  • v existujících provozech lze snímače instalovat dodatečně za plného provozu (nádrž není nutné vyprázdnit),
  • výrazně klesají náklady na instalaci (včetně doby instalace).

Princip měření

Snímač funguje na principu detekce odraženého ultrazvukového signálu (obr. 1). Pokud je stěna nádrže v místě instalace snímače smáčena kapalinou, procházejí ultrazvukové impulsy vysílané snímačem stěnou nádrže do kapaliny. Kapalinou se ultrazvukový signál šíří k protější stěně nádrže, od ní se odráží a vrací se zpět ke snímači. Snímač v tomto případě vyhodnotí stav „kapalina přítomna“ a sepne či rozepne (podle zvolené logiky) výstupní obvod. Jestliže kapalina nedosahuje úrovně, na níž je instalován snímač, je cesta ultrazvukového signálu v nádrži přerušena, snímač nedostane odražené echo, což je opět vyhodnoceno – tentokrát jako stav „kapalina nepřítomna“. Z principu vyplývá, že na kvalitu a stabilitu měření nemají žádný vliv ani absolutní hodnota tlaku nebo podtlaku uvnitř nádrže, popř. jejich dynamické změny, ani přítomnost pěny na hladině kapaliny. Snímače lze použít pro nádrže o průměru od 100 mm do řádově několika metrů (maximální hodnota závisí na viskozitě měřené kapaliny).

Způsob instalace

Snímač je kompaktní konstrukce a lze ho namontovat bez přerušení technologického procesu (není nutné zasahovat do stěny nádrže ani nádrž vyprazdňovat atd.). Pro instalaci snímače na válcovou nádrž je k dispozici instalační sada, skládající se z destičky se závitem pro upevnění snímače a upínacích pásků stanovené délky včetně napínacího mechanismu. K zajištění optimální zvukové vazby mezi snímačem a nádrží je třeba použít dodávanou silikonovou vazelínu (lepidlo), která se nanese na aktivní plochu snímače a poté se snímač našroubuje do závitu zafixované destičky (obr. 2). Snímače mohou být použity také v kombinaci (obr. 3).

Nastavení parametrů

Před uvedením do vlastního provozu musí být snímač naprogramován, tj. musí do něj být vložen údaj o vnitřním průměru dané nádrže. Programuje se z PC přes sériové rozhraní s použitím dodávaného softwaru. Pokud je vnitřní průměr nádoby znám předem, snímač lze nastavit ještě před dodáním a zákazník ho již jen přímo nainstaluje.

Elektrické připojení snímače

Snímač má vyveden klasický konektor M12 se čtyřmi kontakty. Napájí se napětím 18 až 30 V DC při odběru nepřekračujícím 80 mA. Výstup může mít polaritu PNP nebo NPN. Připojuje se kabelem s úhlovým konektorem a indikačními LED běžným v přístrojové a automatizační technice.

Nevýhody a omezení

Z funkčního principu snímačů vyplývají i některé nevýhody a omezení. Nejdůležitějším faktem v tomto ohledu je požadavek na zvukovou vodivost celé měřicí trasy, tj. snímač – nádrž – kapalina. Stěny nádrže musí být tedy vyrobeny ze zvukově vodivého materiálu (v praxi nejčastěji jde o sklo, ocel nebo plast) a nesmí jít o dvojité stěny (naopak nevadí povrchová úprava stěny nádrže např. pogumováním nebo smaltováním). Stejný požadavek platí i pro zvukovou vodivost kapaliny. Nelze tedy detekovat polohu hladiny kapalin s velkým podílem pevných částic nebo bublin. Při instalaci je také třeba vzít v úvahu existenci konstrukčních prvků nebo míchadel v nádrži.

Závěr

Se současnou generací ultrazvukových snímačů lze velmi účelně vyřešit úlohy spjaté s měřením či detekcí polohy hladiny, které byly ještě v nedávné době realizovatelné jen s velkými obtížemi a náklady.

Ing. Martin Dostalík,
Sonotec s. r. o.

Obr. 1. Princip detekce přítomnosti kapaliny
Obr. 2. Detail snímače limitní hladiny v nádobě
Obr. 3. Detekce nízké a vysoké hladiny v nádobě

Příspěvek lze ve formátu PDF stáhnout zde