V mnoha provozech mnoha průmyslových aplikací a mnoha průmyslových odvětví, ať již těžkého nebo lehkého průmyslu, je nutné ve výrobní lince zajistit plně automatickou detekci kovových částic a předmětů, které tam nemají co dělat. Takové detektory kovů se běžně objevují v elektrárnách, kde např. detekují velké kovové předměty v uhlí, nebo v potravinářském průmyslu, kde jsou nutné pro kontrolu případných malinkých kovových prvků v potravinách, kam se mohou dostat z například některých strojů.

Kovodetektory, jak se jim také říká, se samozřejmě liší v provedení pro dopravní pás na uhlí nebo pro balící linku prášků do pečiva. Velkých výrobců takových to zařízení je celosvětově několik, ale zvláště v EU a u nás, patří mezi ty nejznámější německá firma Sartorius Aachen. A právě o principu těchto vyspělých kovodetektorů jsou následující řádky, i když stejný princip v zásadě využívají všichni přední výrobci.

Použití

• hutní průmysl, hlubinné i povrchové doly
• uhelné teplárny a elektrárny
• výroba balených stavebních směsí
• zpracování dřeva a papíru
• gumárenský průmysl
• výroba pneumatik, trubek, hadic
• balící linky potravinářských produktů (např. instantních polévek, mouky, cukru apod.)
• kontrola mražených i teplých výrobků
• farmaceutický průmysl (výroba léků)
• chemický průmysl

Princip moderní průmyslových kovodetektorů

V tomto článku jsou popisované kovodetektory, které jsou určené pro nasazení na dopravník s pásem, kde hlídané výrobky sami procházejí vnitřkem detektoru.

Základ kovodetektoru vždy tvoří následující dvě komponenty:

• detekční cívka s detekční dutinou, kterou prochází testované objekty
• vyhodnocovací elektronika spolu s ovládacím rozhraním

Sice existují i plošné varianty, ale ty nejsou tak obvyklé. Cívku tvoří "kovová bedna" uvnitř které se nachází tzv. vysílací a přijímací cívka - viz obrázek 1. Zatímco vysílací cívka (zelená - transmitter) generuje vysokofrekvenční magnetické pole v rozmezí 15 až cca 400 kHz, přijímací cívky (receiver 1 a 2) detekující deformované pole právě nalezeným kovem obsaženým v testovaném produktu (product).

Železné předměty a jiné feromagnetické materiály (např. magnetická ocel VA 1.4034) deformují (do sebe koncentrují) siločáry magnetického pole v dutině cívky. Ve výsledku způsobují nehomogenity generovaného pole, což se projeví jako rozdílné indukované napětí ve dvou přijímacích cívkách. Tento jev se označuje jako reaktivní. Naopak diamagnetické a paramagnetické kovy, jako například nerezová ocel jiné neferomagnetické materiály, odpuzují magnetické siločáry a naopak proměnné pole, vyvolané vysílací cívkou, v nich indukuje napětí. V závislosti na jeho elektrické vodivosti pak i elektrické proudy , tzv. vířivé proudy (eddy-current), které podle Lenzova pravidla generují vlastní magnetické pole. Každá taková kovová částice tak vytváří vlastní magnetické pole ve svém okolí, které se odpuzuje vnějším pole. To opět způsobuje nehomogemitu v místě výskytu kovu, která se na kontaktech přijímací cívky opět projeví jako generované signálové napětí. Protože v tomto případě dochází k odběru energie z excitovaného systému, označuje se tento efekt jako rezistivní - viz obrázek 3.

Na kontaktech přijímací cívky tak vzniká a měří se napětí - napěťový signál vzniklé deformací magnetického pole uvnitř dutiny cívky. Amplituda a fáze tohoto signálu je úměrná právě velikosti přítomného kovového prvku. Bohužel celkový fázor napětí (vector sum) fázorového diagramu neodpovídá jen samotnému detekovanému kovu, ale i tzv. efektu produktu. Různé nekovové materiály totiž nejsou úplně nevodivé a nemagnetické, ale více či méně vedou elektrický proud. Mezi nejznámější produkty s velkým efektem produktu například patří hořká čokoláda, guma, uhlí apod. I když je tato vlastnost mnohokrát nižší než u kovů, velké množství tohoto produktu může generovat stejně nebo větší signál na přijímací cívce než samotné hledané "zrnko" kovu - viz obr. 4. Takový vliv testovaného produktu se pak označuje jako "velký efekt produktu".

Aby bylo možné i za tohoto stavu detekovat kov obsažený v produktu, je nutné provést fázovou kompenzaci efektu produktu - viz obrázek 5. Ta se provádí postupnou změnou fáze na ovládacím rozhraní vyhodnocovací elektroniky během seřizování kovodetektoru na konkrétní druhy testovaných produktů. Nejlépe vyhovující hodnota fáze je pak uložena pro každý produkt do paměti přístroje. Dojde tak k eliminaci imaginární složky (Im) fázoru napětí produktu (product vector) ve fázorovém digramu - viz obrázek 5. Zvýrazní se tak imagimární složka fázoru od hledaného kovu (metal vector) - ΔU na ose Im, který je tak již možné detekovat.

V případech, kdy je efekt produktu příliš velký a podobný efektu kovu, tzn. že se nedá již vykompenzovat, je možné situaci řešit jinou volbou frekvence napětí vysílací cívky nebo je nutné se spokojit s nižší citlivostí detektoru. Ve většině případech to není na překážku.

Z pohledu obdélníkového geometrického průřezu detekční dutiny je nejnižší citlivost přesně uprostřed cívky a naopak nejvyšší u spodního a vrchního okraje - viz obr. 6. Právě tato vlastnost je při seřizování a pravidelného testování velmi důležitá. Právě na toto místo je nutné seřizovat detekční citlivost, tj. hranici, kdy dojde k vygenerování signálu oznamující přítomnost kovu, který rozezní sirénu, spustí značkovací nebo vyřazovací zařízení.

Výrobky firmy Sartorius

Volit lze provedení detektorů:

• Typ MDB – těžký průmysl – provedení elektroniky i detekční cívky pro venkovní použití a provozy pro zauhlování, výroby cementu, dřevo zpracujícího průmysl
• Typy MDE a MDP – lehký průmysl – provedení cívky umožňuje nasazení v prostředí výrobních hal, pro detekci balených produktů a pevných materiálů v potravinářském, farmaceutickém, chemickém, gumárenském průmyslu apod.

Detektory kovů MDE & MDP nabízejí:

• Kompaktní provedení detekční cívky a řídící elektroniky s možností i odděleného provedení
• Výška detekční dutiny 30 až 600 mm
• Multifrekvenční provedení pro odstranění rušení
• Mikroprocesorově řízená měřící a řídící elektronika
• Snadná obsluha funkčními tlačítky a grafickým displejem
• Přehledné a srozumitelné ovládací menu
• Provedení z nerezové oceli s IP 65
• Přímé řízení separátoru kontaminovaného zboží
• Možnost dodávky včetně dopravníku

Detektory kovů MDB nabízí:

• Rozměry detekční dutiny cívek až 2 x 1,2 m
• Detekci při rychlostech 0,05 m/s ... 5 m/s
• Rozebíratelná konstrukce cívky – není nutné přerušovat pás
• Provedení pro zvláštní materiály (např. kmeny)
• Mikroprocesorově řízená měřící a řídící elektronika
• Ovládání přes víceřádkový displej a funkční klávesy
• Jednoduché zadávání hodnot pomocí klikání v menu
• Nastavení parametrů až pro 40 různých druhů produktů
• Široký rozsah nastavení detekční citlivosti a fáze
• Velkou mechanickou odolnost proti okolním vlivům (IP 65)
• Značkování místa s kovem, ovládání separačního zařízení

Závěr

Detektory kovů se v současné době využívají čím dál tím častěji a to nejen u velkých nadnárodních firem. Ve výsledku umožňují zabránit poškození zpracovatelských strojů nebo poškození zdravý a zařízení spotřebitelů. Pro případné bližší informace o zařízení firmy Sartorius, kontaktujte autora článku:

DOWNLOAD & Odkazy

• Domovská stránka výrobce, firmy Sartorius Aachen, výrobce průmyslových kovodetektorů - www.sartorius.com