Technologické procesy v moderním světě vyžadují časté měření objemu palivových materiálů, plnění vodou a jinými kapalnými látkami. Pro sledování naplnění jakékoli nádoby kapalinou v automatickém režimu se používá snímač hladiny kapaliny. V tomto článku se podíváme na hlavní typy a princip oddělení hladinoměrů.
Zařízení a princip činnosti
Dnes existuje obrovské množství snímačů hladiny kapalin, které se liší jak designem, tak způsobem měření. S ohledem na to budeme zařízení uvažovat na příkladu nejjednoduššího plovákového modelu hladinoměru. Konstrukčně se plovákový snímač hladiny kapaliny skládá z následujících součástí:
- plovák 1 – určený k interakci s povrchem kapaliny;
- vlnovec 2 – je citlivý vlnitý prvek schopný zachovat si své vlastnosti při opakovaných mechanických deformacích;
- příruba 3 – slouží pro připojení k montážní ploše, umožňuje zvýšit těsnost upevnění
- mikrospínač 4 – spouští se pohybem plováku v geometrické rovině, pro zamezení interakce s vlhkostí je umístěn v utěsněném pouzdře.
- těsnění 5 – slouží k utěsnění otvoru a zabránění úniku kapaliny z nádoby.
Princip činnosti takového senzoru je založen na Archimedově síle jakékoli kapaliny.
Rýže. 2. Princip činnosti snímače hladiny kapaliny
Když je senzor umístěn v nádobě s kapalinou, plovák interaguje s hladinou. Působením Archimedovy síly je plovák vytlačen a je ve stejné poloze jako hladina.
Když je poloha kapaliny uprostřed, plovák 1 zůstane v neutrální poloze, signál ze spínače nedorazí na ovládací panel nebo panel alarmu. Pokud je nádrž naplněna do polohy 2, plovák se zvedne výše a přesune mikrospínač do odpovídající polohy. Pokud kapalina v nádrži klesne pod jmenovitou hladinu, plovák se přesune do spodní polohy 3 a posune kontakty mikrospínače. Pokaždé se na výstupu senzoru objeví odpovídající signál o stupni naplnění, princip fungování se však bude lišit v závislosti na typu zařízení.
Odrůdy podle typu
Existuje široká škála kritérií, podle kterých lze snímače hladiny klasifikovat. Počínaje principem činnosti a konče způsobem přenosu signálu. Všechny senzory však lze rozdělit do dvou velkých skupin – kontaktní a bezkontaktní.
kontakt
Kontaktní senzor je zařízení, které ke svému fungování vyžaduje fyzický kontakt s měřeným povrchem. Zpravidla se takové senzory používají v podmínkách vystavení faktorům, které výrazně komplikují měření – vysoká teplota nebo tlak. Hojně se používají i pro práci s pěnícími kapalinami, kde vrchní vrstva může vnést značnou chybu při měření jinými metodami. Všechna kontaktní zařízení lze podle principu činnosti rozdělit do následujících typů:
- Kapacitní – skládá se ze dvou desek ponořených v kapalině. Měření se provádí na principu kondenzátoru, jehož kapacita se bude měnit v závislosti na výšce kapalinové náplně prostoru mezi deskami kondenzátoru. Často se používá pro nádoby s malým objemem kapaliny. Vyznačují se nízkou přesností měření, ale pracují bez pohyblivých částí, což výrazně zvyšuje jejich spolehlivost.
- Hydrostatický – na základě Pascalova zákona. Měří rozdíl hydrostatického tlaku v nádrži, který závisí pouze na výšce sloupce kapaliny. Mají dobrou přesnost, ale lze je použít pouze v nádobách, kde je tlak srovnatelný s atmosférickým tlakem. Nejsou vhodné pro kapaliny s proměnlivou hustotou.
- Bypass – využívají principu komunikujících nádob, u takových senzorů se informace o hladině měřené kapaliny zobrazují nejzřetelněji. Když se změní výška sloupce v hlavní nádrži, senzor zobrazí tyto údaje na vlastním hladinoměru. Takové modely se však nepoužívají v podmínkách nad +250°C a v prostředích, která s klesající teplotou zvyšují svou vlastní viskozitu.
- Magnetický – jsou podtypem plovákových snímačů, protože hladina kapaliny je měřena plovákem pohybujícím se po hermeticky uzavřené trubici. Uvnitř tubusu je jazýčkový spínač, který se spustí, když se plovák s magnetem přiblíží nebo oddálí.
- Reflexní mikrovlnná trouba – princip činnosti těchto senzorů je založen na reflektometrii v závislosti na časovém intervalu. Vysílač směrových vln vyšle signál a senzor vnímá rychlost návratu pulsu.
Hlavní nevýhodou těchto modelů je nutnost ponořit zařízení v celé jeho hloubce, což není vždy vhodné pro velké nádrže. Na rozdíl od jiných snímačů hladiny kapalin však reflexní modely nezávisí na přítomnosti nebo nepřítomnosti pěny, pevných částic plovoucích v tloušťce nebo na povrchu nebo dielektrické konstantě.
Bezkontaktní
Bezkontaktní snímače jsou zařízení, která ke své funkci nevyžadují fyzický kontakt s měřeným povrchem. Taková zařízení se používají v agresivním kapalném prostředí, kde je možné rychlé opotřebení senzorových prvků vlivem aktivních součástí. Instalují se také do viskózních kapalin a prostředí s vysokou viskozitou. Všechny bezkontaktní senzory jsou konvenčně rozděleny do následujících kategorií:
- Ultrazvukové – jsou jedním z nejběžnějších typů bezkontaktních snímačů hladiny kapalin. Princip činnosti je založen na schopnosti kapaliny odrážet ultrazvukové spektrum záření. Ultrazvukový generátor, neslyšitelný pro lidské ucho, vysílá signál z horního bodu do rozhraní mezi médii. Když narazí na kapalinu, signál se odrazí a vrátí zpět do senzoru, kde je senzorem snímán. V závislosti na době pohybu ultrazvuku se udělá závěr o hladině v nádrži.
- Radarová mikrovlnná trouba – obdoba předchozí možnosti, až na to, že předmětem měření není ultrazvuk, ale mikrovlny.
Významnou nevýhodou snímačů radarového typu je jejich náchylnost k plynovým polštářům, které se mohou hromadit nad hladinou kapaliny.
Vzhledem k nebezpečí expozice živým organismům je to nejdražší a nejméně obvyklá varianta. Při jeho používání jsou nutná další bezpečnostní opatření pro obsluhující personál.
Odrůdy podle funkčnosti
Kromě rozdílů v principu interakce s měřeným médiem a principu činnosti se mohou snímače hladiny kapalin lišit také ve způsobu přenosu signálu. Všechna zařízení ohledně principu signalizace změny polohy hladiny jsou rozdělena na hladinoměry a alarmy.
Hladinoměry.
Hladinoměry znamenají zařízení, která neustále sledují aktuální polohu horní hrany měřeného média. S ohledem na to neustále vysílají signál o provedených měřeních nebo poskytují data na stupnici. V závislosti na způsobu zobrazení informací mohou být digitální nebo analogové.
Alarmy.
Alarmy, na rozdíl od hladinoměrů, nesledují neustále hladinu kapaliny, ale spouští se pouze při dosažení určité prahové hodnoty. V takových zařízeních kapalina, klesající nebo stoupající, pohybuje citlivým prvkem. Které v určité poloze spouští relé, spínač nebo mikrokontrolér.
Který z nich si vyberete?
Při výběru konkrétního modelu snímače hladiny byste měli věnovat pozornost následujícím charakteristikám:
