Jste zde

Senzory kapalin a mikrobublin v hadičkách

Antonín Vojáček, 11. Březen 2012 - 20:02

V některých zařízení určené pro potravinářství, chemický i farmaceutický průmysl může vyvstat požadavek na detekci přítomnosti kapalin v malých hadičkách a trubičkách či detekci přítomnosti vzduchových bublin v kapalině v trubičce. Toto řešení například umožňují optické senzory řady TSB, TSD a TSL společnosti STMsensors.

V nabídce méně známého německého výrobce snímačů a senzorů, společnosti STM Sensors, jsou široce zastoupené i speciální detektory přítomnosti kapaliny v hadičkách a dokonce jeden speciální detektor mikrobublin. Přesněji řečeno každý snímač je tvořen samostatnou snímací jednotkou (hlavicí) a pak univerzálním vyhodnocovacím modulem (elektronikou), které lze vzájemně různě kombinovat a tak výslednou konfiguraci plně přizpůsobit požadavkům snímání i výsledného vyhodnocení a požadavku elektrické připojovací rozhraní k nadřazenému systému.

Snímací hlavice pro detekci kapalin

Tyto senzory nesou podle principu své funkce označení TSB nebo TSD. V prvním případě jsou hlavice optimalizovány pro princip měření rozdílného odrazu (reflexe) světla v při přítomnosti vzduchu či různých čirých kapaliny v trubici. Pro tento účel se zde využívá červené viditelné světlo s vlnovou délkou 665 nm.

Naopak řada TSD je primárně určena pro detekci přítomnosti vody a její funkce je založena na principu měření rozdílné absorpce světla v prostředí vzduch / voda. Využívá se zde faktu, že voda prokazuje zvýšenou absorpci procházejícího světla s vlnovou délkou okolo 1480 nm.

Každou snímací hlavu pak z elektrického pohledu tvoří soustava elektro-optického vysílače v podobě LED diody a přijímače (fototranzistor) zasazeného do speciálního držáku, kterým prochází samotná prosvětlována snímaná průhledná trubice pro dopravu kapaliny. Ty mohou být průměru 1,6 mm (1/16“) / 3,2 mm (1/8“) / 4,8 mm (3/16“) nebo 6,4 mm (1/4“).

V kombinaci s níže uvedenou procesorovou vyhodnocovací jednotkou je pak možné velmi přesně detekovat hladinu kapaliny v trubici (hladinu). Jde tedy o snímače vhodné pro malé aplikace hlavně oblasti zdravotnictví a chemického průmyslu.

Výstupní konektor a zapojení snímací hlavice pro detekci přítomnosti kapalin.

Snímací hlavice pro detekci bublin

Snímací hlavice s označením TSL-K16R je pak výjimečná tím, že byla speciálně vyvinuta pro detekci volně pohybujících se mikrobublin v průhledných kapalinách, tedy bublin plynu menších rozměrů než je vnitřní průměr trubice, kterou prochází. Speciální soustředné uspořádání 6 vysílaných paprsků umožňuje dosáhnout velmi homogenního rozložení světla v celém průřezu trubice. Tím se dosáhne rovnoměrného osvětlení celého sloupce kapaliny v trubici v oblasti snímací hlavy. Bubliny procházející touto oblastí pak produkují signálové špičky na straně optických přijímačů, které následně vyhodnocuje mikroprocesorový vyhodnocovací modul.

Tato hlavice se pak nabízí pouze pro nejmenší trubičky o průměru 1,6 mm ( 1/16“) a využívá se viditelného červeného světla s vlnovou délkou 665 nm. Podobně jako u výše uvedených detektoru kapalin pak i zde vysílače tvoří LED diody a přijímač realizuje fototranzistor. Jejich vývody jsou pak přivedeny na pevný kabel nebo klasický třívývodový eurokonektor M8.

Skutečná velikost a rozměry snímací hlavice pro detekci mikrobublin.

Vyhodnocovací modul

Pro zpracování, vyhodnocení a převod na standardizované výstupní elektrické signály pro všechny výše uvedené hlavice slouží malé elektronické jednotky s označením MICROmote V10. Ty se napojují na uvedené hlavice, pro které na jedné straně generují pulsní nebo kontinuální vysílací el. signál pro optická vysílač a straně druhé přijímají slabý el. signál z optických přijímačů, zesilují jej a následně vyhodnotí podle nastavených pravidel. Vytvoří z něho standardizované elektrické signály pro spínané či analogové výstupní rozhraní. Vše závisí a konkrétním zvoleném typu (viz tabulka). Také je možné vybírat z různých rychlostí odezvy (50 mikrosekund, 167 mikrosekund či 1 ms), zda elektronika generuje pro hlavici kontinuální či pulsní vysílací signál pro hlavici či v případě spínaných výstupů jejich provedení jako NPN nebo PNP.

Všechny provedené modulů pak mají stejné rozměry, stejné napájecí napětí v rozmezí 10 až 30 VDC, či přítomnost jednoduchého 3-místného LED displeje a ovládacích tlačítek pro nastavení a indikaci úrovně a také jejich prostřednictvím manuální nebo automatické nastavení citlivosti detekce (Teach-in režim). Například je možné v případě pulsního vysílacího signálu nastavit periodu v rozsahu 0 až 250 ms podle potřeby rychlosti reakce na změny a el. spotřeby snímače. Provedení s analogovým výstupem, ať již napěťovým 0 až 10V či proudovým 4-20 mA, využívají jednotně 10bitový D/A převod. Verze se spínanými výstupy jsou pak realizovány v podobě tranzistorů s otevřeným kolektorem v NPN nebo PNP provedení.