Aktuální vydání

celé číslo

08

2019

MSV 2019 v Brně

celé číslo

Kontinuální měření ve vodárenských sítích – velká výzva pro senzoriku

Pro moderní a bezpečné řešení vodárenských a kanalizačních sítí je klíčový vývoj senzorů určených pro sledování kvality vody a měření látek v odpadních vodách (viz studie na str. 10). Na to, jak je tento vývoj daleko, jsme se zeptali jednatele odborného svazu pro senzoriku AMA (AMA Fachverband für Sensorik) Dirka Reina.
 

Jaká je úloha senzorů při úpravě a dodávkách pitné vody?
V pitné vodě je na jedné straně třeba ponechat uhličitany a hydrogenuhličitany, které dávají vodě „chuť“, a ostatní soli nezbytné pro lidský organismus. Na druhé straně je nutné z ní odstranit dusičnany a dusitany, které se do spodních vod dostávají při hnojení polí a představují značné ohrožení především malých dětí. V celém procesu úpravy a dodávky vody by bylo vhodné kontinuálně měřit koncentrace uvedených solí, což je výzva pro dlouhou životnost příslušných senzorů.

 

Jaké senzory a metody se uplatňují při čištění odpadních vod?
Při čištění odpadních vod se uplatňuje měření tří veličin: pH, elektrochemické vodivosti a rozpuštěného kyslíku, popř. také rozpuštěného chloru. V čističkách jsou mnohde ještě na jednotlivých měřicích místech tradiční skleněné elektrody s robustními ochrannými armaturami a při jejich nahrazování např. robustními měřicími buňkami ISFET (Ion-Sensitive Field Effect Transistor) se nepostupuje nijak závratným tempem. Také miniaturizace měřicích systémů a využívání mikrotechnologií postupují spíše „plíživě“. Problémem, který je však třeba řešit rychle, je zatížení odpadních vod ionty, které se do řek nemají vypouštět. Značné rezervy tedy zůstávají v iontově selektivní senzorice, tedy měření koncentrací určitých iontů.

 

Jaký podíl na trhu senzorů mají měřicí systémy používané v čističkách odpadních vod?
Cena měřicích systémů pro zpracování odpadních vod je poměrně vysoká a poptávka po čističkách odpadních vod je značná, zejména v zemích, které nyní procházejí velkým rozvojem. Tržní podíl těchto měřicích přístrojů je relativně velký, pokud je vyjádřen obratem, ale malý, vyjadřuje-li se počtem kusů.

 
Kdy je možné podle vašeho odhadu očekávat, že se na trhu objeví měřicí systémy, jako jsou biosenzory, analytické senzory s rychlou odezvou (Lab on Chip) nebo bioanalytická řešení, v provedení vhodném k použití ve vodárenských a kanalizačních sítích?
Pro medicínu, farmacii a potravinářství již existují četné laboratorní měřicí systémy uvedených typů s velkou přesností a spolehlivostí. Je nyní na vývojářích, aby z těchto laboratorních systémů učinili přístroje použitelné v průmyslu a dalších oborech. Příkladem takového vývoje je laboratorní měřič pH, který je vždy po několika měřeních potřeba zkalibrovat.
To je překážkou jeho využití v provozu, kde musí přístroje bez kalibrace poskytovat přesné hodnoty alespoň dvanáct měsíců, tj. 10 000 provozních hodin. Zavedení do provozu také často brání rozměry laboratorních přístrojů.
Pro mnoho měřicích úloh v úpravě pitné vody a odvodu odpadních vod již byly vyvinuty funkční laboratorní modely, které je nyní nutné převést na sériové produkty. To může trvat ještě tři až pět let.
 
Pro sítě senzorů ve vodárenských a kanalizačních soustavách je důležitá schopnost komunikovat. Jaké vidíte perspektivy tzv. inteligentních senzorů, které jsou schopny vysílat digitální měřicí signál?
Z výsledků různých průzkumů je známo, že většina německých výrobců již ve své nabídce má měřicí systémy s integrovaným digitálním výstupem. Tato řešení dnes představují maximálně 5 % z celkového počtu vyráběných senzorů. Většinou jde o speciální řešení vyrobená na přání zákazníků. Současné sítě senzorů jsou převážně založeny na analogovém měřicím systému s výstupem 4 až 20 mA. Do sítě jsou zapojeny prostřednictvím oddělených jednosměrných sběrnicových uzlů, popř. vysílacích modulů. Podle mého názoru vývoj jednoznačně směřuje k sítím senzorů s obousměrnou komunikací, což se neobejde bez „inteligentních“ senzorů. Proto se domnívám, že pětiprocentní podíl inteligentních senzorů bude brzy minulostí.
 
Jaké metody se v budoucnosti uplatní pro komunikaci mezi senzory?
Zájmové skupiny prosazující různá komunikační řešení přesvědčují dnes téměř jarmarečním způsobem odbornou veřejnost o tom, že se v blízké budoucnosti budou používat pouze různé typy bezdrátového řešení, lišící se délkou vysílací trasy. Přitom se ale zapomíná na to, že bezdrátová komunikace bez bezdrátového, tj. autarktního napájení řídicího a vysílacího systému je protimluv. Domnívám se, že se nynější příliš vzrušená diskuse pozvolna uklidní a v dohledné době bude vedle sebe existovat několik kabelových sběrnicových systémů – např. CAN nebo Profibus, a několik bezdrátových systémů.
 
Rozmlouvala Eva Vaculíková
 
Obr. 1. Dirk Rein, jednatel odborného svazu pro senzoriku AMA
Obr. 2. Lab-on-chip: senzor používaný pro proteomickou analýzu (foto: Fondation Rhone – Alpes Futur)