Aktuální vydání

celé číslo

03

2021

Digitální transformace, chytrá výroba, digitální dvojčata

Komunikační sítě, IIoT, kybernetická bezpečnost

celé číslo

Nové vysokofrekvenční hladinoměry pro vodní hospodářství

Společnost Level Instruments CZ – Level Expert, s. r. o., představuje zcela novou generaci vysokofrekvenčních radarových hladinoměrů Vegapuls. Jde o radarové hladinoměry Vegapuls 1x, 2x, 3x a v provedení s kabelem pracující na frekvenci 80 GHz nižší cenové kategorie, které byly vyvinuty obzvláště pro vodní hospodářství. Lze je však použít i v mnoha dalších úlohách v nejrůznějších odvětvích průmyslu.

Jádrem nových radarových hladinoměrů Vegapuls (obr. 1) je 80GHz mikročip vyvinutý firmou VEGA Grieshaber a speciálně optimalizovaný pro měření výšky hladiny ve vodním hospodářství.

Snímače Vegapuls vynikají malými rozměry, malou spotřebou energie a optimalizovaným frekvenčním rozsahem. Mohou tak nyní v podstatě ve všech úlohách kompletně nahradit dříve používané ultrazvukové snímače, a to se všemi přednostmi radarových hladinoměrů, ale za cenu ultrazvukových snímačů.

Na rozdíl od ultrazvukových snímačů nemají radarové snímače mrtvou zónu a mohou měřit bezprostředně od čela anténního systému.

Zaostření měřicího paprsku

Základním předpokladem pro spolehlivé měření polohy hladiny je dobré zaostření vyzařovaného radarového paprsku. V nádržích se mohou vytvářet rušivé signály způsobené odrazy od nánosů na stěně nebo od zařízení, jako jsou čerpadla, potrubí nebo žebříky. V zásadě platí, že čím vyšší frekvence, tím lepší zaostření.

V oblasti radarového měření trend směřuje k využití pásma 80 GHz. Radarový senzor Vegapuls nové generace, který pracuje právě v tomto pásmu, dosahuje vyzařovacího úhlu do 4°. To také znamená, že moderní radarové senzory jsou mnohem méně ovlivněny podmínkami instalace. Potlačení falešného signálu (často vyžadované ultrazvukovými snímači) je sice v nabídce nastavovacího menu, ale zřídkakdy je skutečně zapotřebí v praxi.

Nánosy a kondenzace

V mnoha nádržích ve vodním hospodářství se v průběhu času na snímači tvoří nánosy od lehkého znečištění a kondenzace až po velmi silné nánosy způsobené např. zaplavením snímače v čerpací stanici čistírny odpadních vod. Příliš silné nánosy jsou problematické pro téměř všechny hladinoměry, protože kondenzace a nečistoty na anténě tlumí signál. Čočkovitá anténa hladinoměrů Vegapuls C 21 však usnadňuje měření i při kondenzaci na anténním systému.

Moderní radarové hladinoměry navíc mají velmi velký dynamický rozsah, který umožňuje spolehlivé měření hladiny i v případě silných nánosů.

Bezpečnost radarové techniky

Při použití snímačů emitujících elektromagnetické záření je třeba hledat odpověď na otázku bezpečnosti s ohledem na energii tohoto záření. Existují jasné pokyny týkající se výkonu a frekvenčního rozsahu emitovaného záření. Průměrná energie vyzařovaná senzory VEGA je menší než 1 μW, a tedy mnohokrát menší než u chytrého telefonu. Všechny hladinoměry Vegapuls jsou schváleny i pro venkovní použití.

Konstrukce speciálně přizpůsobená pro vodní hospodářství

Cílem vývoje nových 80GHz radarových hladinoměrů Vegapuls bylo tedy nabídnout kvalitní, cenově zajímavý radarový hladinoměr pro všestranné použití v běžných provozních podmínkách, zejména ve vodním hospodářství. Přesnost těchto hladinoměrů je ±2 mm. Speciální pouzdro i celá konstrukce nového hladinoměru jsou přizpůsobeny podmínkám v zamýšlené oblasti použití. K dispozici jsou dvě verze. Kompaktní se svorkovnicí Vegapuls 11, 21, 31 nebo s kabelovým vývodem se stupněm krytí IP68 s označením Vegapuls C11, C21, C22, C23. Jednotlivé typy se liší měřicím rozsahem 0 až 8 m, 0 až 15 m a 0 až 30 m. Díky konstrukci pouzdra s krytím IP68 a integrovanému kabelu může být tento hladinoměr zcela ponořen.

Kompletní anténní systém vychází z úspěšného konceptu vysokofrekvenčních hladinoměrů Vegapuls 64 a Vegapuls 69. Mikrovlnný čip je ale menší než u vyšší řady snímačů a elektronické moduly jsou přizpůsobeny požadavkům na zpracování signálů ve vodním hospodářství. Vzhledem k nulové mrtvé zóně umožňuje bez problémů měřit i v případě velmi malých měřicích rozsahů.

Výhody radarových hladinoměrů ve srovnání s ultrazvukovými

Ultrazvukové senzory jsou citlivé na kondenzát nebo nánosy na snímači. Je-li na hladině vody hustá pěna, mohou ztratit signál. Kolísání teploty, plyny nad hladinou (např. v nádržích s odpadní vodou) a rušivé odrazy od překážek v nádrži často způsobují významné chyby měření.

Radarové senzory umožňují spolehlivé, bezkontaktní měření polohy hladiny vody. Protože plyny nebo teplotní výkyvy nemají v podstatě žádný vliv na rychlost šíření elektromagnetické vlny, je výsledek měření vždy velmi přesný a zajišťuje optimální ovládání čerpadla.

V porovnání s dříve používanými ultrazvukovými snímači nabízejí nové radarové hladinoměry ve vodním hospodářství a při zpracování odpadních vod četné výhody. Jejich technické parametry jsou vesměs zcela dostačující a cena je v současné době totožná s cenou ultrazvukových snímačů.

Měření radarovými hladinoměry není ovlivňováno teplotou, větrem, mlhou nebo deštěm. Díky mnohem vyšší citlivosti ve srovnání s ultrazvukovými snímači je možné měřit dokonce i médium se slabou vrstvou pěny. Zejména při měření průtoku v otevřených žlabech je radarový hladinoměr mnohonásobně přesnější než ultrazvukový snímač, protože činnost  ultrazvukového snímače značně ovlivňuje jeho teplota, a tak snímač, na který svítí slunce, může vykazovat chybu až 20 %.

Použití

Radarové hladinoměry lze využít v přečerpávacích šachtách ke hlídání přetečení nebo zaplavení (obr. 2), k měření průtoku v otevřených žlabech nebo definovaných profilech, jako je např. Parshallův žlab, k měření a hlídání hladiny řek, vodních toků a nádrží. Vzhledem k jednoduché konstrukci tohoto hladinoměru je možná velmi snadná konfigurace bez doplňkového příslušenství.

Snímače se připojují závitem 1,5", výstupní signál je analogový 4 až 20 mA/HART, Modbus nebo SDI-12. Varianta s výstupem 4 až 20 mA/HART má schválení do prostředí s nebezpečím výbuchu (u varianty s výstupem Modbus bude certifikace následovat, u varianty s výstupem SDI-12 se s použitím v prostředí s nebezpečím výbuchu nepočítá).

Snímače jsou k dispozici ve dvou verzích, s kabelovým vývodem nebo se svorkovnicí.

Snímače je možné nastavit pomocí chytrého telefonu a aplikace VEGATools nebo lze využít software PACTware.

Závěr

Představené hladinoměry dodává společnost Level Instruments CZ – Level Expert. Všechny dodávané přístroje vyhovují příslušným českým i evropským normám. Rychlá reakce na poptávku, velmi kvalitní zboží, nejmodernější technika, široký sortiment nabízených produktů, certifikovaný servis do 24 hodin po sedm dní v týdnu – to vše vede ke spokojenosti zákazníků.

(Level Instruments CZ – Level Expert)

Obr. 1. Vegapuls 31 – vysokofrekvenční radarový hladinoměr s displejem a komunikací Bluetooth

Obr. 2. Vegapuls C 21 – vysokofrekvenční radarový hladinoměr v kabelovém provedení do prostředí s nebezpečím výbuchu

Obr. 3. Měření hladiny v jímce radarovým hladinoměrem je cenově efektivním řešením pro obsluhu čerpadla

Obr. 4. Radarové hladinoměry Vegapuls C 21 na montážních konzolách