Aktuální vydání

celé číslo

06

2022

Vodohospodářství, energetika a využití obnovitelných zdrojů energie

IIoT, vestavné a průmyslové počítače a edge computing

celé číslo

Speciální případy použití ultrazvukových snímačů

Automatizace se uplatňuje v dalších a dalších oblastech lidské činnosti a z toho plynou i nové požadavky na informace o řízeném procesu a o technologii výroby. Firma Sonotec s. r. o. vyvíjí a vyrábí ultrazvukovou techniku určenou pro měření a technickou diagnostiku. V článku jsou na dvou příkladech představeny nové směry vývoje a možnosti použití ultrazvukových snímačů.
 

Snímače k detekci bublin v hadičce malého průměru

 
S rostoucími požadavky na kvalitu a spolehlivost výroby se v mnoha různorodých oborech uplatňuje požadavek na dodávku kapaliny neobsahující absolutně žádné bubliny. S tímto požadavkem se lze nejčastěji setkat u medicínské techniky, kde je např. v infuzních pumpách nezbytné detekovat i mikroskopické bubliny v roztoku, aby nebyl ohrožen život pacienta. Toto je příklad velmi kritické úlohy.
 
V průmyslu, kde mazivo představuje „krev“ strojů, je nutné kontrolovat, proudí-li v mazacím systému olej, nebo vzduch. Dále se tyto snímače využívají v oborech, kde je nutné dávkovat přesné množství kapaliny, nebo tam, kde přítomnost bublin (vzduchu) může znehodnotit další návazný proces.
 
Nejvhodnější metoda detekce bublin v kapalině je založena na šíření ultrazvukového vlnění (obr. 1). Měřicí člen tohoto přístroje má tvar písmene U, na jehož protilehlých stranách jsou umístěny ultrazvukový vysílač a přijímač. Vysílač emituje vždy sérii vysokofrekvenčních pulzů. Jeli v hadičce kapalina, signál projde stěnou hadičky a kapalinou k přijímači. Je-li hadička prázdná nebo jsou v kapalině bubliny, ultrazvukový signál buď neprojde vůbec, nebo je silně ztlumen. Výstup snímače je nastaven na hodnotu 1, nebo 0 podle toho, zda byla, nebo nebyla překročena nastavená hodnota
(obsah bublin v kapalině). Tato metoda detekce je naprosto spolehlivá a bezpečná a má mnoho výhod:
  • neinvazivní metoda; měření přes stěnu hadičky (stěna zůstává kompaktní bez jakéhokoliv zásahu),
  • nezávislost na vlastnostech kapaliny, na změnách její hustoty, teploty, barvy apod.,
  • snadná instalace snímače i případná výměna hadičky,
  • značná bezpečnost sepnutí; k dispozici je rovněž varianta zajištěná proti selhání (fail-safe),
  • žádný kontakt snímače s měřenou kapalinou.
 

Snímače průtoku kapalin Sonoflow

K měření průtoku kapalin lze vybírat z široké nabídky metod a snímačů. Velmi často se uplatňuje ultrazvukový princip. Co však na trhu až dosud chybělo, byl snímač k měření malých průtoků kapalin v potrubí malých průměrů určený hlavně pro zástavbu do větších celků. V tom případě jsou vhodné snímače Sonoflow (obr. 2). Jsou založeny na jednoduchém principu. Na protilehlých koncích krátkého potrubí (měřicího můstku) jsou nainstalovány ultrazvukové vysílače a přijímače. Řídicí elektronika přepíná vysílání signálu tak, aby se střídavě šířil ve směru a proti směru toku kapaliny. Rozdíl v době přijetí signálu odpovídá rychlosti proudění kapaliny. Ze známých rozměrů potrubí je pak vypočítán objemový průtok. Ultrazvukový princip tohoto měření vykazuje četné výhody:
  • neinvazivní metoda; snímač nepřichází do kontaktu s kapalinou,
  • nulové opotřebení; snímač neobsahuje žádné pohyblivé díly,
  • nulová tlaková ztráta; snímač nezasahuje do profilu proudění kapaliny,
  • nezávislost na typu kapaliny; měřicí metoda je v širokém rozsahu nezávislá na teplotě, barvě, hustotě a elektromagnetických vlastnostech měřené kapaliny, aniž je nutné přístroj kalibrovat,
  • okamžitá reakce; vzhledem k vysoké rychlosti měření reaguje výstup snímače okamžitě na změny rychlosti proudění kapaliny.
Pro upřesnění je třeba uvést, že měřit touto metodou je vhodné pouze kapaliny, které neobsahují velký podíl pevných částic. Měření mohou také ovlivnit prudké teplotní gradienty a náhlé změny hustoty.
Ing. Martin Dostalík, SONOTEC s. r. o.
 
Obr. 1. Snímač pro detekci kapaliny nebo bublin v hadičce malého průměru
Obr. 2. Funkční schéma snímače průtoku Sonoflow
Obr. 3. Ultrazvukový snímač průtoku Sonoflow