#08 Snímače hladiny | Meranie hladiny v rôznych prostrediach

Na meranie výšky hladiny sa priemysle využívajú snímače hladiny. Snímačmi je možné merať rôzne typy hladín a látok. Existujú snímače hladiny pre kvapalné a sypké látky, snímače so spojitou funkciou, kontaktné alebo bezkontaktné. Vhodný typ snímača sa volí závislosti od prostredia do ktorého sú integrované. V tomto článku sú popísané jednotlivé typy snímačov hladiny a ich využitie na jednotlivých prostrediach.

Typy snímačov podľa pricípu na ktorom fungujú

Mechanické :

1. Vibračné

- princíp merania prebieha vyhodnocovaním útlmu vibrácií indikačného prvku. Tento typ snímačov je vhodný pre meranie polohy hladiny pre kvapaliny ale aj sypké látky. Schopnosť merania hladiny použitým snímačom nrzávisí od elektrických vlastností meraného prvku a ani na veľkosti častíc.

2.Lopatkové

- vyhodnocuje zmenu otáčok rotujúceho prvku. Vhodné pre meranie sypkých a ganulovaných látok. Znížením rýchlosti otáčania sa lopatiek senzora sa zvyšuje výška hladiny kvapaliny alebo aj sypkých látok.

3. Plavákové

- pricíp merania je závislý na polohe plaváku, ktorý pláva na hladine. V závislosti od výšky hladiny sa buď zdvíha alebo klesá. Tento typ je najvhodnejší hlavne pre čisté kvapaliny s nízkou viskozitou. Základnou súčiastkou tohto typu hladinomeru je plavák, ktorý je obvykle vyrobený z ľahkej dutej trubky s nízkou hustotou. Plavák je na hladine udržiavaný vztlakovou silou a hustota plaváku musí byť teda vždy nižšia ako hustota meraného média kvôli tomu aby sa trubka neponorila do kvapaliny. Meniacou sa výškou hladiny kvapaliny sa mení aj výška polohy plaváka pretože pláva na hladine.

4. Vztlakové

- princíp merania prebieha na základe zmeny vztlakovej sily, ktorá sa kompenzuje pri ponore telesa. Vhodné pre čisté kvapaliny s nízkou viskozitou Na trubke z nemagnetického materiálu je navinuté primárne a sekundárne vinutie. Sekundárne vinutie je od polovice vinuté opačným smerom. Vo vnútri uzatvorenej trúbky sa pohybuje železné jadro, ktoré je mechanicky spojené s ponorným telesom zaveseným na pružine. Zmena polohy jadra ku ktorej dochádza zmenou meranej veličiny sa mení koeficient vzájomnej indukčnosti medzi primárnym a sekundárnym vinutím, ktorá sa prevádza na výstupný signál.

Tento typ snímača využíva na meranie výšky hladiny Archimedov zákon, ktorý hovorí o vyrovnávaní síl. 5.Tyčové - princíp merania je na vizuálne posúdenie a slúžia ako orientačné snímacie zariadenia tzn. ich výsledok je len orientačný alebo približný. Pri tomto type snímačov je najideálnejšie rozpoznávať dva stavy a to buď prázdna nádoba alebo plná. Takýto spôsobom je možné napríklad v priemysle, pri automatizovaných výrobných linkách, upozorniť operátora na to, aby doplnil komponenty napríklad do vibračného podávača ako je na obrázkoch nižšie.

Hydrostatické:

1. Snímače hydrastického tlaku

- princíp činnosti je založený na meraní hydrostatického tlaku a sú vhodné prevažne na meranie čistých kvapalín. Na obrázku nižžšie je znázornený princíp merania hydrostatického tlaku a to za predpokladu že nádoba je otvorená a hustota kvapaliny sa nemení. Za takýchto podmienok je možné merať výšku hladiny kvapaliny v nádobe.

Pri zmene výšky hladiny sa zmení výška vodného stĺpa, ktorá pôsobí na snímač a pri zachovaní stálej hodonoty g a hustoty kvapaliny ( to znamená nezmenený druh kvapaliny) sa zmení výsledný tlak, ktorý senzor nameria a na základe toho je možné určiť výšku hladiny.   Elektrické: 1.Vodivostné - vyhodnocujú zmeny elektrickej vodivosti medzi elektródami. Ide o jednoduchý a lacný snímač hodný aj pre odpadvé vody. Druhy elektrických vodivostných hladinomerov sú: dvojelektródový systém pre nevodivé nádoby, trojelektródový spínač s tyčovými elektródami, dvojelektródový spínač s lanovými elektródami. Snímanie hladiny Vodivostné hladinomery sú tvorené elektródami umiestnenými v nádrži s vodivou kvapalinou. U spojitých hladinomerov sa meria zmena elektrického odporu so zmenou polohy hladiny. Presnosť meraní je závislá od vodivosti a zmenami teploty meraného média.

2.Kapacitné

- meranie elektrickej kapacity snímača. Vhodné na meranie meniacej sa hladiny elektricky vodivých aj nevodivých kvapalín a sypkých hmôt. Možnosť vykonávať limitné ale aj spojité merania.

3.Tepelné snímače hladiny

- základom snímacie prvku je čidlo s elektricky vyhrievaným elementom v ktorého blízkosti je umiestnený vhodný senzor teploty ako napríklad odporový teplomer alebo termistor. Niektoré tepelné čidlá sú vybavené dvoma teplomermi z ktorých jeden je referenčný a druhý je ohrievaný ohrievaným prvkom. Prostredie obklopujúce snímač ovplyvňuje prenos tepla z ohrievaného prvku do okolia. Pri kontakte snímača s hladinou kvapaliny dôjde k náhlemu ochladeniu vyhrievaného prvku a ku skokovej zmene teploty.

Optické:

1.Transmisný snímač hladiny

- princíp činnosti je založený na tom, že vyhodnocuje priechod, odraz alebo lúče viditeľného infračerveného alebo laserového žiarenia. Vhodný na limitné meranie kvapalín.   Snímanie hladiny Pokiaľ hladina vstúpne na úroveň umistnenia snímača, dochádza k absobácii svetla a detektor tak zaznemenáva zmenu intenzity svetla. Pri spojitých meranich dochádza so zmenou výšky hladiny aj k zmene intezity svetla. Na základe zmeny intenzity svetla je možné zistiť výšku hladiny. Transmisné snímače sú vhodné na detekciu hladiny kvapalín ale je možné ich využiť aj napríklad na detekovanie polohy rozhrania medzi kalom a usadeninou. Ide o bezdotykový typ snímača. 2.Reflexný snímač hladiny - fungujú na princípe vyhodnocovania odrazu svetla od hladiny kvapaliny. V prechádzajúcom prípade sa na odraz svetla využívala odrazka od ktorej sa svetlo vrátilo späť do vysielača. V tomto prípade nie je potrebné odrazka pretože svetlo vysielané so snímača sa priamo odráža od hladiny. Ide o bezdotykový typ snímača. Funkcia snímača je výrazne ovplyvnená schopnosťou odrazu od hladiny kvapaliny. Reflexný snímač hladiny | Snímanie hladiny Ultrazvukové snímače hladiny 1.Spojité - Vyhodnocuje sa zmena hladiny v čase a na základe doby odrazu ultrazvukových vĺn, ktoré sú vyslané vysielačom, odrazené od hladiny a priaté späť sa dokáže určiť výška hladiny kvapaliny. Výpočet výšky hladiny realizuje počítačový procesor ktorý na základe časového oneskorenia ultrazvukových vĺn prepočíta výšku hladiny. Piezoelektrické kryštály, ktoré sú umiestnené vo vnútri snímača konverujú elektrické signály na ultrazvukové vlny.

2.Limitné

- vyhodnocujú útlm ultrazvukového signálu. Využívajú sa na meranie polohy hladiny alebo rozhrania.

Radarové snímače hladiny

1.Bezkontaktné snímače hladiny

- Pulzní radarový hladinomer pracuje s krátkymi mikrovlnnými impulzami, ktoré sú pomocou antény vysielané k hladine meraného média. Na hladine sa vlna čiastočne odazí späť k vysielaču a čiastočne prechádza do druhého prostredia. Princí vyhodnocovania je založený na meraní času od ktorého sa vyslaná vlna dostane z antény, odrazí sa od hladiny a vráti sa späť. Radarové snímače hladiny Hlavnou výhodou radarových snímačov od ultrazvukových je to, že radarové nie sú tak náchylné na zmeny prostredia a signál výsledný signál to neovplyvní tako ako ultrazvukové.

2.Kontaktný radarový snímač hladiny

- Využívajú šírenie mikrovlnného impulzu po vlnovode inštalovnom v nádrži. Ako vodov môže byť koaxiálny kábel, dvojlinka, jedna alebo dve tyče prípadne lano. Funkcia reflektometrického hladinomeru spočíva v tom, že pokiaľ nie je vedenie zakončené charakteristickou impedanciou, signál sa odráža v rovine hladiny pričom intenzita odrazeného signálu závisí na permitivite média.


Zdroje:

Autor: Bc. Adamec Ján | Dailyautomation | adamec@dailyautomation.com