Czujniki MICROmote firmy Balluff w systemach dozowania firmy Brand

Z uwagi na konieczność odmierzania coraz mniejszych objętości wysoce precyzyjne dozowanie mediów wodnych stanowi rosnące wyzwanie nie tylko w codziennej pracy laboratorium. Od zautomatyzowanych systemów dozowania wymaga się również zapewnienia coraz większej precyzji i niezawodności procesu. Pociąga to za sobą konieczność zastosowania bardziej złożonych elementów systemu, takich jak jednostki odmierzające małe objętości, a także czujniki przeznaczone do instalacji w najbardziej ograniczonych przestrzeniach. – W przypadku naszej jednostki seripettor, odmierzającej objętość 2 ml, zwykle podajemy dokładność ±1 proc. lub 0,5 µl dla objętości docelowej 50 µl medium wodnego o niewielkiej lepkości – mówi Eberhard Albrecht, kierownik działu technologii produkcji i wytwarzania maszyn o specjalnym przeznaczeniu w firmie Brand GmbH + Co Kg z siedzibą w Wertheim w Niemczech. Dodaje jednak, że ta informacja dotyczy wartości standardowych. Z testów dozowania przy użyciu pierwotnego medium wynika, że w przypadku określonego zastosowania często możliwe jest osiągnięcie jeszcze mniejszych tolerancji.

Sprawdzona koncepcja

Nakręcane na butelkę dozowniki typu seripettor z linii produktów firmy Brand do pracy z cieczami są stosowane od lat w wielu różnych laboratoriach na całym świecie. Umożliwiają łatwe i precyzyjne dozowanie medium bezpośrednio z butli zasilającej. Ruch tłoka w górę sprawia, że jednostka odmierzająca napełnia się cieczą, która jest następnie dozowana przez kaniulę odmierzającą za pomocą systemu zaworów, gdy tłok przesuwa się w dół. – Mechanizm cylindra z tłokiem wykorzystywany w tym urządzeniu można również z powodzeniem zaadaptować do zastosowania w automatycznych precyzyjnych systemach dozowania. Już od wielu lat konstruujemy systemy dozowania do własnych zadań produkcyjnych w oparciu o tę koncepcję. Od 1998 r. oferujemy również rozwiązania w zakresie dozowania dostosowane do szczególnych potrzeb naszych klientów. Świadczymy kompleksowe usługi: od opracowania projektu i produkcji urządzenia, przez skonstruowanie i zaprogramowanie sterowania, do pierwszego uruchomienia i serwisowania w miejscu instalacji – wyjaśnia Eberhard Albrecht.

Początkowo systemów opartych na skoku tłoka używano jako centralnych elementów systemów dozowania objętości nominalnych 10 i 25 ml. – W przypadku dozowania mniejszych objętości przy użyciu małych jednostek odmierzających wcześniej stosowane czujniki pojemnościowe nie były w stanie zapewnić niezawodnego wykrywania niepożądanego gromadzenia się powietrza w cylindrze jednostki odmierzającej. Dlatego potrzebowaliśmy nowego rozwiązania z zastosowaniem czujników – mówi przedstawiciel firmy Brand. Szukając informacji w Internecie, natrafił na zminiaturyzowane czujniki fotoelektryczne firmy Balluff. Ich wyjątkowo małe wymiary zrobiły na nim wrażenie, a doskonała specyfikacja techniczna ostatecznie przekonała go do tego rozwiązania.

Imponująca technologia czujników

Głowice czujników fotoelektrycznych MICROmote, wielkości zaledwie kilku milimetrów, są umieszczone we wzmocnionej metalowej obudowie i obsługiwane za pośrednictwem osobnych wzmacniaczy. Dzięki temu doskonale nadają się do instalacji w ograniczonej przestrzeni, np. w modułach odmierzających systemów dozowania, w których – w zależności od modelu – różna liczba jednostek odmierzających jest umieszczona obok siebie w jednym rzędzie.

Wzmacniacze z wygodnymi kontrolkami i elementami sterującymi znajdują się poza systemem, w szafce sterowniczej. Wysoce elastyczne przewody elektryczne zapewniają niezawodną transmisję sygnałów między głowicą czujnika a wzmacniaczem. Czujniki zawdzięczają swój mały rozmiar autorskiej technologii firmy Balluff, opatentowanej w celu wytwarzania elementów mikrooptycznych o bezkonkurencyjnych właściwościach technicznych, takich jak diody LED, fotodiody, fototranzystory i zespoły z diodami laserowymi.

Te najmniejsze na świecie czujniki fotoelektryczne, wyposażone elementy optyczne o wysokiej wydajności, stosuje się w wielu różnych standardowych produktach o różnorodnej konstrukcji jako czujniki światła odbitego do detekcji rozproszonego światła odbitego od obiektu, refleksyjne czujniki fotoelektryczne lub czujniki optyczne typu bariera. W systemach dozowania firmy Brand są one używane jako czujniki optyczne typu bariera o zmodyfikowanej konstrukcji. – Niezawodne wykrywanie wody, które bywa problematyczne w przypadku innych technologii, ma dla nas również kluczowe znaczenie – podkreśla Eberhard Albrecht. W omawianym zastosowaniu czujniki MICROmote wykorzystują fale w zakresie podczerwieni, o długości około 1480 nm, w przypadku których woda wykazuje maksymalną absorpcję. Przy tej długości fali czujniki optyczne pracują niezawodnie również w przypadku czystej wody, nawet gdy cylindry wypełnione cieczą są wykonane z materiału półprzezroczystego. Ułatwia to znacznie wykrywanie cieczy z dużą zawartością wody. Niepożądane gromadzenie się powietrza w cylindrze odmierzającym, które może skutkować niedokładnym dozowaniem określonej objętości, jest wówczas wykrywane na podstawie braku obecności cieczy. Czujniki na cylindrach jednostek odmierzających są umieszczone w rozwidlonej obudowanie, zaprojektowanej z myślą o specjalnej instalacji.

Firma stosuje tę samą koncepcję czujników optycznych typu bariera również w instalacjach z wykorzystaniem zbiorników wyrównawczych, gdzie służą one jednocześnie jako element modułów odmierzających, zapewniający stałe ciśnienie w systemie oraz za syfonem. Pozwala to wykrywać minimalny i maksymalny poziom. Główny zbiornik jest monitorowany w ten sam sposób. W tym celu w rurze wlotowej umieszcza się moduły emitera i odbiornika o bardzo małych wymiarach. Jeśli w rurze nie zostanie wykryta żadna ciecz, system jest pusty.

Podsumowanie

Wysoce precyzyjne dozowanie mediów ciekłych wymaga przede wszystkim zastosowania odpowiedniej technologii dozowania. Firma Brand znalazła idealne rozwiązanie – nakręcany na butelkę dozownik seripettor. Z uwagi na bardzo małe objętości dozowania i niską tolerancję wymagane w przypadku wielu zastosowań, zaprojektowanie automatycznych i wysoce wydajnych systemów dozowania stanowi prawdziwe wyzwanie. Przestrzeń instalacyjna w modułach systemów dozowania jest bardzo ograniczona, a moduły można wymieniać albo w całości, albo w częściach. Konwencjonalne czujniki pojemnościowe są zbyt duże, by można było ich użyć do tego typu zastosowań. Z uwagi na specjalny kształt tłoku w jednostkach odmierzających objętość 2 ml oraz maksymalną dozwoloną odległość przełączania, nie można wówczas zagwarantować niezawodnego wykrywania cieczy w cylindrze. – Nawiasem mówiąc, światłowody również wymagałyby większej przestrzeni instalacyjnej niż bardzo małe czujniki fotoelektryczne firmy Balluff. Jednak na rynku nie ma dostępnych modeli pracujących w specjalnej długości fali pozwalającej wykrywać wodę – dodaje Eberhard Albrecht. Z tego względu czujniki fotoelektryczne MICROmote to idealne rozwiązanie w przypadku systemów dozowania firmy Brand. Zapewniają niezawodne wykrywanie mediów wodnych, a przede wszystkim przyczyniają się do znacznego zmniejszenia rozmiarów modułów odmierzających, co ostatecznie w dużym stopniu ułatwia użytkownikowi wymianę poszczególnych modułów podczas pracy.

BALLUFF Sp. z o.o.
ul. Graniczna 21A, 54-516 Wrocław
e-mail: balluff@balluff.pl
tel. 71 382 09 00, fax 71 338 49 30
www.balluf.com

źródło: Automatyka 3/2018