Jste zde

Přesné snímače hladiny s technologií TDR

Mimo ultrazvukových či kapacitních čidel lze pro měření výšky hladiny využít i metodu TDR. Ta funguje na principu radaru a umožňuje měřit výšku hladiny od několika mm až do 2 metrů s přesností 3 mm.

Měření či detekce výšku hladiny kapaliny v láhvi, nádrži či barelu lze v zásadě řešit mnoha způsoby:

V základní limitní detekci dosažení požadované úrovně se lze běžně setkat například s kapacitními snímači, které jsou schopny detektovat přítomnost kapaliny přes stěnu nádoby na základě vyhodnocení změny kapacity. Dále se používají nejjednodušší kontaktní vodivostní senzory, které vyhodnocují dotyk kapaliny s měřícími hroty u nichž se zjišťuje změna vodivosti, či vibrační čidla (vibrační vidličky), jejichž snímací část vibruje a přítomnost kapaliny tyto vibrace tlumí. Úroveň zatlumení se pak vyhodnocuje. Případně lze použít ještě optické snímače, ať již difuzní nebo reflexní, které však v případě čiré kapaliny s malou hustotou, nepracují příliš spolehlivě. Kamerové snímače s vyhodnocováním obrazu jsou pak sice přesné, ale zase drahé a složité. V obou případech však musí být nádoba průhledná.

Pro skutečné kontinuální měření výšky hladiny je však již k dispozici méně možností. Jmenovat lze například bezdotykově pracující ultrazvuková čidla, která otevřeným hrdlem nádoby vysílají ultrazvukové paprsky, které se odrážení zpět od hladiny a z doby mezi jejich vysláním a zpětným návratem k snímači se vypočítává vzdálenost hladiny od čela snímače. Dále lez případně využít difuzní optické snímače, které na rozdíl od ultrazvukových vyhodnocují odraz světla od hladiny. Tato metoda však je dost nepřesná. A nakonec je tu asi doposud nejméně známá technologie TDR, kterou například najdete zastoupenou v nabídce společnosti Sick.

Měření hladiny metodou TDR

Zkratka technologie TDR vychází z plného anglického názvu „Time Domain Reflectometry“, volně přeloženo jako měření doby odrazu. Jinak řečeno, jde o princip podobný radaru. Také proto je na stránkách českých společností obvykle najdete pod položkou „Řízený radar“ nebo "Radarový hladinoměr s vedenou vlnou".

Jak již tedy výše uvedené napovídá, tato metoda využívá technologie měření doby šíření (letu) elektromagnetické vlny. Zde však navíc vedené uvnitř vlnovodu (koaxiální sondy). Elektronika snímače ji vysílá v podobě nízkoenergetických elektromagnetických pulsů, které se šíří měřicí sondou snímače až k jejímu konci. Pokud není sonda v kontaktu s kapalinou, elmag. pulsy se neodrážejí zpět a snímač tedy kapalinu „nevidí“. Jakmile elmag. puls v sondě dosáhne hladiny kapaliny, jeho část (část energie pulsu) se odrazí a zpět se šíří po sondě do elektroniky snímače. Ta pak následně z rozdílu času mezi vysláním a zpětným přijetím pulsu vypočítá aktuální výšku hladiny kapaliny, kterou zobrazí na displeji či ji například převede na odpovídající analogový výstup, případně sepne nebo rozepne příslušné limitní výstupy.

Z principu je patrné, že jde o kontaktní měřicí metodu, kde sonda snímače musí být v přímém kontaktu s měřenou kapalinou. Kapalina tak musí být takové povahy a chemického složení, aby nebyla ovlivňována nebo naopak neovlivňovala (degradovala) sondu. Nelze ji tedy použít pro snímání agresivních látek, kam se naopak výborně hodí bezkontaktní metody měření. Nejde tedy o přímou konkurenci například bezkontaktních ultrazvukových či kapacitních hladinových snímačů, které pracují zcela bezdotykově či bez přímého dotyku s kapalinou. Na druhou stranu je tento měřicí princip velmi přesný (měření s chybou jen 3 mm) i při použití měřících sond délky až 2 m. Navíc například oproti ultrazvukovým čidlům není měření ovlivňováno pěnou na hladině kapaliny či výpary nad ní. Také na měření nemá žádný vliv změna parametrů kapaliny, jako je její hustota, teplota, chemické složení apod. Laicky řečeno: Jednou nakalibrovaný snímač umožňuje měřit jakoukoliv kapalinu se stejnou přesností. Sondy lze také vybavit polyamidovým filtrem v podobě síťky, která propustí kapalinu, ale nečistoty na ní ulpí a nedojde tak k narušení měření ve znečištěných tekutinách.

 

Výhody technologie TDR pro měření výšky hladiny:

  • Žádné pohyblivé části snímače
  • Malé mrtvé zóny, ideální pro měření i v malých nádobách
  • Není třeba kalibrace snímače při změně kapaliny
  • Funkčnost nezávislá na materiálu nádrže
  • Délka sondy dle požadavků zákazníka, max. 2000 mm
  • Varianta s polyamidovým filtrem proti nečistotám
  • Rychlá a jednoduchá instalace
  • Jeden hladinoměr pro různé velikosti nádrže
  • Průběžné i limitní snímání hladiny
  • Nedetekuje pěnu na hladině kapaliny, přesné měření aktuální výšky kapaliny

Vhodné aplikace snímačů s technologií TDR:

  • Chladicí a lubrikační kapaliny v obráběcích strojích
  • Měření výšky hladiny čisticích a mycích prostředků
  • Snímání provozních kapalin průmyslových brusek
  • Monitorování stavu oleje v hydraulických systémech
  • Míchací stroje
  • Chemický a petrochemický průmysl (nafta, oleje, barvy, laky)
  • Potravinářství (výroba nápojů)
  • Farmaceutický průmysl
  • Těžební průmysl (kamenolomy, těžba štěrku, štěrkopísku)
  • Zpracovatelský průmysl (cementárny, vápenky, keramičky)
  • Zemědělství (odpadní jímky)
  • Vodárenství (úpravny vody, čistírny odpadních vod)
  • atd.

Snímače Sick s technologií TDR

V nabídce společnosti Sick jsou aktuálně hned dva typy snímačů využívající technologii TDR. Jsou jimi řady LFT a LFP.
Prvně jmenovaná řada LFT představuje univerzální TDR snímače pro přesné a spolehlivé měření ve standardních i malých nádobách a zásobnících, které umožňují limitní i analogové měření nezávisle na druhu kapaliny. V případě, že je kapalina kterou potřebujete měřit znečištěná, nabízí LFT řešení v podobě polyamidového filtru, který zabrání znečištění sondy kapaliny.

Řada LFP pak představuje hygienické provedení snímačů hladiny kapaliny díky použití materiálů ve shodě s FDA, jako je speciální potravinářská verze nerezové oceli. To plně dostačuje všem hygienickým předpisům, což dokazuje i certifikát EHEDG, který garantuje optimální čistotu i při nejvyšších požadavcích na hygienu. Snímači řady LFP také disponují systémem mechanického připojení s možností použití různých adaptérů pro snadnou a rychlou montáž v různých částech výrobního procesu. Odolnost proti vysokým teplotám a tlakům umožňuje využít čisticích procesů CIP a SIP. LFP snímače mohou opět pracovat v podobě průběžného měření nebo limitní detekci výšky hladiny. S tím korespondují i spínané a analogové výstupy, kde místo jejich spínání a rozsah analogového signálu lze volně nastavit dle potřeby. Varianta s IO-Link rozhraním je pak určena pro výrobní procesy, kde je vyžadována digitální komunikace a přenos dat do nadřazeného řídicího systému (procesu) či napojení mnoha snímačů na PLC či PC jedním kabelem.

 

Hladinové radarové snímače (TDR) řady LFT (nahoře) a LFP (dole).

 

Základní parametry snímačů LFT a LFP:

  • Hladinoměry vhodné pro široké spektrum aplikaci (verze LFP i pro hygienické aplikace)
  • Měřící rozsah: 30 až 2000 mm (dle délky sondy)
  • Průběžné a limitní snímání
  • Rozlišení: 1 mm
  • Přesnost: +/- 3 mm
  • Opakovatelnost měření: lepší než 2 mm
  • Provozní teplota: -10 až 80°C (verze LFP až 150 °C)
  • Provozní tlak: až 1 bar (verze LFP až 16 bar)
  • Analogový výstup: 4 mA … 20 mA / 0 V … 10 V
  • Spínané výstupy: až 4 tranzistorové výstupy
  • Napájení: 18 až 30 VDC
  • Verze LFP vhodná i pro čistící procesy CIP/SIP
  • Stupeň krytí IP 67 (verze LFP i IP 69K)
  • Možnost výměny adaptéru pro mechanické připojení
  • Verze LFT: obsahuje ovládací tlačítky a indikační LED
  • Verze LFP: obsahuje displej

Rozměry radarového hladinoměru Sick LFT.

Z materiálů výrobce vytvořil: Antonín Vojáček

DOWNLOAD & Odkazy

Hodnocení článku: