Snímače hladiny vody v nádržích | Snímače teploty nádrží

Vodní nádrže slouží pro technické potřeby podniku, zajištění požární bezpečnosti a skladování zásob pitné vody.

Správný provoz nádrží proto vyžaduje pečlivé sledování. Pro sledování tohoto technicky složitého zařízení se používají senzory, které ukazují výkon nádrže. Mezi tato zařízení patří také různé typy snímačů hladiny a teploty: plovákové, hydrostatické, ultrazvukové, konduktometrické, vícezónové a další.

Použití několika zařízení tvoří systém pro sledování hladiny vody v nádrži.

Typy snímačů pro kapalná média

Zařízení pro kontinuální měření hladiny

Zařízení pro sledování dosažení dané úrovně

V tomto článku se podíváme na běžně používané typy senzorů, jak fungují a jaké jsou jejich výhody.

Plovákové senzory

Výběr modelu plovákového senzoru závisí na typu vody v nádrži. To ovlivňuje materiál, ze kterého je snímač vyroben, jeho tvar a hmotnost. Například zařízení používané k měření hladiny odpadních vod musí být odolné vůči nečistotám v kapalině.

Zařízení jsou levná ve srovnání s jinými typy senzorů, o kterých budeme diskutovat níže.

Princip činnosti plovákového senzoru

Senzor se skládá z plováku, magnetu a utěsněného kontaktu. Zařízení je upevněno tak, aby kabel na jeho základně zůstal volný. To způsobí, že senzor stoupá a klesá s hladinou vody v nádrži. Změna polohy zařízení ovlivňuje magnet, který působí na kontakt a sepne jej. Poté je odeslán signál do ovládací skříně zařízení nádrže, indikující změny hladiny kapaliny.

Výhody plovákových senzorů:

• Široká škála úprav.
• Lze použít v uzavřených nádržích s vysokým tlakem.
• Používá se pro vodu, viskózní, pěnivé a agresivní kapaliny.

V prvních nádržích FLAMAX byly použity plovákové snímače hladiny vody. Tato zařízení byla opuštěna z následujících důvodů:

• Senzory se obtížně instalují a zajišťují na určité úrovni.
• Velký zdvih plováků vede k nepřesnému ovládání.
• Zařízení se vyznačují nízkou údržbou a vyžadují častou výměnu.

Konduktometrické senzory

Další typ snímačů hladiny kapalin v nádržích je konduktometrický. Jedná se o snímače s převodníkem elektrického odporu vody na reléový signál. K převodníku je připojeno několik tyčových elektrod: signální a společná. Proto se konduktometrické senzory také nazývají elektrodové senzory.

Konduktometrické snímače hladiny se v závislosti na úpravě používají pro otevřené a uzavřené nádrže.

Tyče mají různé délky, aby ukazovaly hladinu vody na několika místech. Počet tyčí závisí na tom, kolik úrovní je třeba opravit. Společná elektroda délkou odpovídá nejnižší hladině.

Elektrody jsou vyrobeny z nerezové oceli.

Princip činnosti konduktometrického senzoru

Elektrody ponořené do elektricky vodivé kapaliny tvoří uzavřený obvod. Signál o tom je přenášen do řídicích a řídicích zařízení. Pokud hladina kapaliny klesne, změní se odpor v elektrickém obvodu. To umožňuje senzoru určit hladinu vody v nádrži.

Stěna kovové nádoby může být použita jako běžná elektroda. Zbývající elektrody budou také odpovídat počtu úrovní. Aby stěna fungovala jako společná tyč, musí být galvanicky spojena s převodníkem.

Mezi výhody elektrodových senzorů patří:

• Rychlost fixace hladiny je vyšší než u typů plováků.
• Stabilní poloha elektrod umožňuje přesné stanovení hladiny kapaliny.
• Tyče se snadno udržují.
• Konduktometrické snímače hladiny se používají pro otevřené a uzavřené nádrže.

Mezi nevýhody patří:

• Snížená přesnost fixace při použití ve vysokých nádržích.
• Čím delší jsou tyče a čím více jich je, tím vyšší je cena snímače.
• Cena konduktometrického senzoru je vyšší než cena plovákového senzoru.

Z důvodu přesnosti a rychlosti záznamu se konduktometrické snímače používají v požárních nádržích FLAMAX, ale i v nádržích na zásoby technické vody. Zařízení jsou spolehlivá, což ospravedlňuje jejich cenu.

Alternativním způsobem měření úrovně naplnění nádrže je hydrostatický senzor.

Hydrostatické senzory

Hydrostatické snímače hladiny vody pomáhají měřit hloubku sloupce kapaliny a její tlak. Stejně jako u plovákových zařízení je úprava hydrostatických zařízení závislá na typu kapaliny uložené v nádrži.

Zařízení jsou rozdělena do typů:

• Submersible, jak název napovídá, je umístěn v kapalině.
• Zásuvný typ se instaluje do stěny nádrže v požadované úrovni. Při instalaci vestavěného čidla na venkovní nádrž je nutné počítat s minimální okolní teplotou.
• Přírubové snímače hydrostatického tlaku lze klasifikovat jako vestavěné. Jsou umístěny na dně nádrže a slouží k ovládání minimální hladiny kapaliny.

Princip činnosti hydrostatického senzoru

Hydrostatická zařízení v nádržích měří tlak sloupce vody na senzor. Pomocí dat získaných během měření senzor vypočítá objem a hladinu kapaliny v nádrži. Zařízení funguje na principu založeném na Pascalově zákoně: tlak vyvíjený na kapalinu je přenášen do libovolného bodu beze změn ve všech směrech.

Pro vyrovnání atmosférického tlaku vzduchu se používá vzduchová trubice. Dodává senzoru atmosférický tlak.

Výhody tohoto typu zařízení:

• Jednoduchá instalace, která vyžaduje spuštění zařízení do kontejneru a připojení jeho kabelu k ovládacímu zařízení.
• Odolnost vůči tlaku ve velkoobjemových nádobách.
• Přesnost měření.
• Snadná údržba.

• Posun nástroje, který lze eliminovat použitím vodicí trubky. Čidlo může být také instalováno v určité vzdálenosti od pohybujících se proudů vody v nádrži.
• Zařízení se může ucpat, pokud kapalina obsahuje suspendované látky. Proto je snímač umístěn v určité vzdálenosti ode dna.

Ultrazvukové senzory

Ultrazvukové snímače hladiny vody jsou zařízení, která bezkontaktní metodou měří hladinu kapaliny v nádrži. Nejsou ponořeny do skladovaného produktu, a proto nevyžadují zvýšenou odolnost proti opotřebení. Jejich použití ve zpracovatelském průmyslu pro práci s agresivním prostředím však vedlo ke vzniku modifikací, které se vyznačují svou odolností. Senzory se používají v rafinaci ropy, zemědělství atd.

Ultrazvukové senzory nefungují ve vakuu, plynovém polštáři nebo látkách tvořících pěnu.

Princip činnosti ultrazvukového senzoru

Zařízení vytváří akustické vlny, které se odrážejí od skladovaného produktu a vracejí se zpět do zařízení. Senzor detekuje rychlost signálu a poté vypočítá vzdálenost k hladině kapaliny v nádrži a hladinu naplnění. Zařízení obsahuje teplotní čidlo, které kompenzuje změny rychlosti zvuku v případě změny teploty.

Výhody senzoru jsou:

• Bezkontaktní metoda měření.
• Přesnost signálu a záznam výsledků měření bez ohledu na typ média a jeho hustotu.

Mezi nevýhody patří:

• Provoz ultrazvukových zařízení pouze za normálního atmosférického tlaku.
• Kuželová dráha akustického signálu. Odráží se nejen od povrchu kapaliny, ale také od stěn, jiných zařízení a prvků. Tomu se říká rozptyl signálu, kterému se lze vyhnout správnou instalací.
• Méně přesné než hydrostatické senzory ve vysokých a úzkých nádržích.
• Zkreslení signálu v nádržích s kontinuálně míchaným médiem.
• Snížená přesnost odečtů senzoru v důsledku kontaminace skladovanými látkami a výpary. Tento problém je vyřešen volbou správné vlnové frekvence.
• Průsečík signálu vysílaného a odraženého senzorem v zóně mezi zařízením a okolím. Aby se tomu zabránilo, používá se modifikace, kdy jedna hlava zařízení vysílá signál a druhá jej přijímá.

Radarové senzory

Radarové snímače hladiny vody, stejně jako ultrazvukové, jsou zařízení s bezkontaktním měřením. Jeho princip fungování je podobný jako u předchozího zařízení. Radarový senzor je vybaven anténou, která vysílá vysokofrekvenční impulsy. Odrážejí se od povrchu skladovaného produktu a vracejí se zpět do zařízení. Jeho charakteristickým rysem je schopnost pracovat ve vakuu, vysokém tlaku a v nádržích s látkami, které tvoří páru a pěnu.

Vícezónové senzory

Na rozdíl od výše diskutovaných zařízení se k měření teploty v nádrži používají vícezónové senzory.

Vícezónové senzory se také nazývají termočlánky. Měří teplotu na několika místech v nádobě. Zařízení jsou vícežilové kabely v provedení odolném proti korozi a teplu. Vysoce odolné snímače lze použít v agresivním prostředí. Pro dodatečnou ochranu jsou kabely umístěny v nerezové trubce.

Princip činnosti vícezónového senzoru

Po délce kabelu jsou termočlánky – pájené vodiče ze dvou rozdílných kovů, které reagují na změny teploty prostředí a vytvářejí elektrické napětí úměrné kolísání teploty. Čidlo zaznamenává napětí a na základě těchto údajů zobrazuje hodnoty teploty.

Délka kabelu může být až 10 metrů. Jeho flexibilita a průměr umožňují měření na těžko dostupných místech. Počet řízených zón odpovídá počtu termočlánků.

Výběr senzoru pro měření hladiny

Při výběru senzoru se musíte zaměřit na následující faktory:

• Účel nádoby.
• Výrobní materiál a objem nádrže.
• Složení kapaliny. Nečistoty ve vodě mohou ovlivnit přesnost odečtů měřiče.
• Nutnost připojení k automatizovanému řízení.
• Možnost ovládání maximální, minimální úrovně, aktuálního stavu prostředí.

Správné vyhodnocení technických a provozních charakteristik pomáhá zúžit výběr zařízení na zařízení vhodná pro práci ve specifických podmínkách.

Cena senzorů a výhody při provozu

V nádržích na vodu se nejčastěji používají plovákové, konduktometrické nebo hydrostatické snímače, které svou funkčností a technologií postačují pro neagresivní kapalná média.

Plovákové senzory ve srovnání s jinými zařízeními poskytují méně přesné údaje a rychleji selhávají, takže použití těchto senzorů v high-tech nádržích je nepraktické.

V nádrži se 4 nebo méně úrovněmi bude použití hydrostatických a konduktometrických senzorů cenově srovnatelné. Pokud je nutné opravit větší počet úrovní a také pokud je výška nádrže větší než 12 m, bude použití zařízení prvního typu výhodnější.

Při návrhu nádrží pomocí hydrostatických snímačů je nutné počítat s chybou měření, která může být 1 %, 0,5 % nebo 0,25 % UML. Tato vlastnost ovlivňuje přesnost fixace úrovně.

Je možné používat současně hydrostatické a konduktometrické senzory. Tento systém kontroly hladiny vody v nádrži spolehlivě ochrání před úniky.

Závěr

Přesnost upevnění, cena, technologie, spolehlivost a snadná údržba konduktometrických a hydrostatických snímačů se staly hlavními výhodami, díky kterým jsou instalovány do vertikálních ocelových nádrží, včetně prefabrikovaných ocelových nádrží FLAMAX. Konstrukce zařízení a principy jejich činnosti jsou optimální pro sledování stavu vody v nádobách se zásobami pitných, hasicích nebo technických kapalin.