Aktuální vydání

celé číslo

07

2020

Řízení distribučních soustav a chytrá města

Měření a monitorování prostředí v budovách a venkovním prostředí

celé číslo

Měření polohy hladiny pomocí ultrazvukových snímačů

Ultrazvukové snímače díky svému principu měření doby odezvy zvukové vlny naleznou uplatnění tam, kde jiné typy detekce selhávají. Jejich nejoblíbenějším použitím je měření polohy hladiny kapalných nebo sypkých materiálů – zde jsou využívány snímače s analogovým nebo digitálním výstupem.

 

Princip měření a příklady použití ultrazvukových snímačů polohy hladiny

Ačkoliv jsou ultrazvukové hladinoměry poměrně známým typem snímačů, neuškodí si pro začátek připomenout, na jakém principu fungují. Ultrazvukový snímač cyklicky vysílá vysokofrekvenční impulz, který se šíří prostorem rychlostí zvuku. Narazí-li na jakýkoliv předmět, odrazí se od něj a vrací se zpět k senzoru jako ozvěna. Z časového intervalu mezi vysláním impulzu a přijetím ozvěny snímač vypočítá vzdálenost detekovaného předmětu.
 
Vzhledem k měření doby odezvy, a nikoliv intenzity, mají ultrazvukové snímače výbornou schopnost potlačit vliv pozadí. Jsou vhodné k měření polohy hladiny téměř všech materiálů, které odrážejí zvuk, nezávisle na jejich barvě nebo skupenství. Lze je tedy bez problémů použít k měření polohy hladiny téměř jakýchkoliv kapalin, ale i dřevěných pelet či kovových špon.
 
Snímače umožňují měřit vzdálenosti od 30 mm do 10 m s přesností 1 mm. Některé z nich mají rozlišení až 0,18 mm. Měří stejně dobře v čistém ovzduší jako v barevné mlze a jejich spolehlivému fungování nebrání ani tenké nánosy na membráně senzoru. Pomocí vibrací membrány se senzory dokážou samy zbavit drobných nečistot.
 
Pohltivost zvuku v prostředí je závislá na teplotě, tlaku a vlhkosti. Větší pohltivost pro danou frekvenci zvuku má vzduch suchý a relativně chladný než vzduch vlhký a teplý. Na teplotě a vlhkosti závisí také rychlost zvuku v prostředí. Snímače značky Microsonic jsou vybaveny teplotní kompenzací, která tyto vlivy dokáže do jisté míry potlačit. Při jejich instalaci do prostředí se zvýšenou teplotou je však doporučeno uskutečnit sérii zkušebních měření.
 
Mezi případy z praxe, kdy ultrazvukové snímače vykazovaly chybu měření z důvodu teploty, patří detekce hladiny roztavené čokolády nebo měření hladiny roztaveného plastu v nádrži. V těchto případech snímač nedokázal konstantně měřit stejnou hodnotu a měření vykazovalo chybu. Oproti tomu úspěšná jsou veškerá měření polohy hladin kapalin při běžné teplotě, včetně kapalin s pěnou na hladině.
 

Provedení snímačů Microsonic

Snímače Microsonic lze dodat i v provedení pro přetlak až 0,6 MPa, s těsnicím O-kroužkem, membránou z PTFE (teflonu) a pouzdrem z korozivzdorné oceli nebo z plastu PVDF (polyvinylidenfluorid). Díky odolné membráně je možné tyto snímače použít i v agresivním prostředí, např. v chemickém průmyslu. V praxi se používají např. ke hlídání polohy hladiny kyseliny chlorovodíkové v nádrži. Zákazníci snímače dále s úspěchem využívají při hlídání polohy hladiny těsta v hnětači nebo v automatizovaných podavačích dřevěných pelet do násypky kotle. Podobně jako u drobných pelet jsou ultrazvukové hladinoměry používány také ke hlídání množství zrní v silech.
 
Ať už jde o barevnou nebo bezbarvou kapalinu, kovové třísky nebo dřevěné pelety, ultrazvukové hladinoměry jsou skvělou volbou pro měření polohy jejich hladiny. Snadné nastavení prostřednictvím rozhraní k PC nebo tlačítka teach-in zvládne opravdu každý.
Obr. 1. Ultrazvukové snímače lze použít k měření polohy hladiny nejen kapalin, ale také dřevěných pelet, kovových špon apod.
Obr. 2. Ultrazvukové snímače polohy hladiny značky Microsonic