Aparatura kontrolno-pomiarowa dla branży WOD-KAN. Czujniki i sondy poziomu cieczy

Prawidłowy i wiarygodny pomiar poziomu, zarówno wody, jak i ścieków, to niewątpliwie podstawa bezpieczeństwa i stabilnej technologii na obiektach, tj. w oczyszczalniach ścieków, przepompowniach czy stacjach uzdatniania wody. Od odpowiedniej regulacji zapełnienia zbiorników zależy to, jak często i długo pracują pompy i inne urządzenia wykonawcze. To niewątpliwie przekłada się na koszty, a co za tym idzie na zyskowność w zakładach WOD-KAN.

Pomiar poziomu vs. różnica ciśnienia

Hydrostatyczny pomiar poziomu jest najbardziej powszechną i niezawodną metodą do monitorowania zapełnienia zbiorników z różnorodnymi cieczami. Przy odpowiednim montażu można go stosować zarówno w idealnych warunkach, gdzie medium to czysta woda, jak i w bardziej wymagających – ściekach bytowych i przemysłowych, gdzie występują zanieczyszczenia w postaci stałych elementów, wynikające z fizyki procesu.

Zasada działania polega na zależności wysokości słupa cieczy od ciśnienia hydrostatycznego w zbiorniku. Zmieniający się w czasie poziom medium powoduje zwiększenie lub zmniejszenie nacisku na membranę czołową sondy, co w odniesieniu do ciśnienia atmosferycznego wprost przenosi się na wskazanie ilości / poziomu cieczy w zbiorniku. Doprowadzenie ciśnienia referencyjnego/zewnętrznego do czujnika piezorezystancyjnego odbywa się przez kapilarę znajdującą się w kablu, odpowiednio wzmocnionym i zabezpieczonym przed rozszczelnieniem.

Wzmocnienie sygnału z czujnika ciśnienia (zabezpieczonego grubą membraną wykonaną ze stali nierdzewnej) na standardowe sygnały przemysłowe prądowe (4/20 mA) i napięciowe (0/10 V) sprawia, że sondy mogą być stosowane zarówno jako części zamienne współpracujące z już istniejącym oprogramowaniem obiektu, jak i jako element składowy przy nowych inwestycjach.

Sonda poziomu LIM18.605G została zaprojektowana z myślą o rynku wodno-kanalizacyjnym. Jej miniaturowe gabaryty sprawiają, że może być stosowana zarówno w przepompowniach, jak i dużych zbiornikach w oczyszczalniach ścieków. Sonda ma atest PZH. Dzięki akcesoriom i odpowiedniej długości przewodu można ją w pełni dostosować do warunków obiektowych.

Parametry techniczne i metrologiczne sondy LIM18.605G to:

• ciśnienie nominalne: 0...1 m słupa H2O do 0...10 m słupa H2O,
• dokładność: 0,5 % FSO,
• napięcie zasilania: 8–32 V DC,
• dopuszczalne przeciążenie: do 3 barów / ciśnienie niszczące do 5 barów,
• długoterminowa stabilność pomiaru: 0,2 %/rok FSO,
• średnica obudowy: 24 mm,
• piezorezystancyjny czujnik wykonany ze stali nierdzewnej,
• pomiar poziomu wody, ścieków i innych cieczy,
• wykonanie zgodne z dyrektywą EMC 2014/30/WE.

Pomiar poziomu vs. siła wyporu

Prawo Archimedesa opisuje zależność między ciężarem płynu, w którym znajduje się przedmiot a działającą na niego siłą wyporu, która jest zwrócona pionowo w górę. Jeżeli siła wyporu jest większa niż ciężar przedmiotu. to będzie on unosił się ku górze.

Zastosowanie w czujnikach pływakowych nierdzewnej „bańki” wypełnionej powietrzem, która ma niską gęstość i bardzo dużą wyporność spowodowało, że czujniki te nadają się idealnie do pomiaru poziomu cieczy w zbiornikach. Pływak, poruszając się swobodnie po pionowo zamontowanej rurce, unosi się i opada wraz ze zmianą wysokości słupa wody lub innej substancji. Umieszczony wewnątrz magnes oddziałuje polem magnetycznym na drabinkę kontaktronową znajdującą się w rurze nośnej i powoduje aktywowanie kolejnych kontaktronów, które znajdują się aktualnie w polu jego oddziaływania. Z kolei układ wzmacniacza konwertuje sygnał z kontaktronów na prąd w zakresie 4–20 mA.

W przeciwieństwie do standardowych czujników, w których element czynny zachowuje się jak rezystor o rezystancji zależnej od poziomu cieczy, rozwiązanie firmy Limatherm Sensor – czujnik LIM-1 – pracuje analogicznie do potencjometru, gdzie stosunek napięcia zmienia się w zależności od położenia pływaka. Mimo że rezystancja czujnika w wykonaniu potencjometrycznym zależy od długości listwy kontaktronowej – podobnie jak w układzie rezystancyjnym – to stopień podziału jest niezależny od długości listwy i liczby kontaktronów. Takie zachowanie sprawia, że czujnik może być dowolnie konfigurowany pod względem długości bez wpływu na parametry metrologiczne. Podczas uruchamiania czujnika nie ma potrzeby regulacji górnej i dolnej wartości.

Dodatkowym atutem takiego rozwiązania jest mniejsza zależność pracy czujnika od temperatury. Temperatura wpływa na rezystancje oporników w linijce potencjometrycznej, jednak zmiany te są mniej więcej współbieżne. Oporność rezystorów składowych będzie się zmieniać na skutek zmiany temperatury zgodnie ze współczynnikiem temperaturowym rezystancji, jednak stosunek podziału potencjometru pozostanie w przybliżeniu niezmienny.

Czujnik może być montowany zarówno w górnej, jak i dolnej części zbiornika bez wpływu na jego funkcjonowanie. W każdej z sytuacji maksymalne oddalenie pływaka od przyłącza procesowego powoduje wskazanie 4 mA. Wraz z zapełnianiem zbiornika wartość wskazania zbliża się do 20 mA. Jeżeli specyfika procesu lub układów sterowania wymaga odwrotnego wskazania niezależnie od umiejscowienia czujnika, jest to możliwe – wówczas sygnał wyjściowy kształtuje się w zakresie od 20 mA do 4 mA. Dodatkowo czujnik wyposażony jest w diodę LED sygnalizującą prawidłowe podłączenie sondy do zasilania.

Parametry techniczne i metrologiczne czujnika LIM-1 to:

• zakres pomiarowy: od 60 mm do 1 m słupa cieczy,
• napięcie zasilania: 8–32 V DC,
• przyłącze elektryczne: wtyczka DIN 43650,
• czas odpowiedzi: < 1 s,
• temperatura pracy: maksymalnie 60 °C,
• zabezpieczenie czujnika przeciw odwrotnej polaryzacji.

W strukturach firmy funkcjonuje Akredytowane Laboratorium Pomiarowe, które dba o jakość wyprodukowanych urządzeń oraz zapewnia o prawidłowości wskazań dostarczanych urządzeń pomiarowych. Dodatkowo świadczy usługi wyjazdowe gdzie bezpośrednio na obiekcie odbywa się wzorcowanie aparatury kontrolno-pomiarowej.

Laboratorium Pomiarów Temperatury Limatherm Sensor świadczy usługi pomiarowe na najwyższym poziomie technicznym i wykonawczym w pełnej zgodzie z wymaganiami klienta. Laboratorium ma Certyfikat Akredytowanego Laboratorium Wzorcującego AP 108 wydany przez Polskie Centrum Akredytacji, potwierdzający spełnienie wymagań normy PN-EN ISO/IEC 17025. Laboratorium wykonuje usługi w zakresie wzorcowania czujników temperatury, termometrów elektrycznych, przetworników temperatury, kalibratorów temperatury oraz termometrów wskazówkowych.

LIMATHERM SENSOR Sp. z o.o. 
ul. Skrudlak 1
34-600 Limanowa
tel. 18 330 10 01

źródło: Automatyka 5/2024