Jste zde

Hladinoměr IFM LR9020 = kontinuální měření výšky hladiny s IO-Link

Antonín Vojáček, 26. Květen 2016 - 20:18

Kontinuální měření výška hladiny a její digitální přenos v podobě přímo hodnoty výšky v milimetrech umožňuje snímač LR9020 německé společnosti IFM electronic GmbH.

Pro celkové přesné měření a vyhodnocení výšky hladiny není důležitá jen samotná přesnost měření snímače, ale současně i neovlivnitelnost přenosu zjištěné hodnoty do nadřazeného systému, který provádí zpracování. V tomto směru vždy vynikne digitální (datový) přenos hodnoty pomocí některé průmyslové sběrnice. Zatímco někteří výrobci dávají přednost protokolu Modbus, jiní Profibus či Profinet, společnost IFM v tomto směru používá IO-Link komunikaci. Tu také implementovala do hladinoměru s označením LR9020.

Představení snímače IFM LR9020

Hladinový snímač IFM LR9020 je zařízení pro spojité měření výška hladinu v nádobě s vysokou odolný vůči drsným podmínkám prostředí nebo vysokotlakému čištění. Toho je dosaženo hermeticky uzavřeným pouzdrem s maximálním krytím IP69k odolné i proti mytí tlakovou vodou a spolehlivou měřící metodou impulsního radarového (mikrovlnného) hladinoměru TDR (Time Domain Reflectometry). Malý typ konstrukce umožňuje instalaci v omezeném prostoru. Digitální komunikace přes IO-Link zabraňuje rušení při přenosu naměřené hodnoty a umožňuje nastavení parametrů pomocí IO-Link prostřednictvím PC nebo IO-Link masteru. Měřící rozsah je mechanicky definován délkou měřící sondy nabízenou v rozsahu 10...160 cm. Pro vysílání informace o úrovni / výšce hladiny slouží analogový výstup 4...20 mA / 0...10 V, spínací výstup, nebo právě již zmíněná IO-Link komunikace.

Princip měření

Snímač pracuje na principu vedené mikrovlny a metodě TDR (Time Domain Reflectometry). Měří hladinu pomocí elektromagnetických impulsů v rozsahu nanosekund. Impulsy jsou vysílány z hlavy senzoru a jsou vedeny podél měřící sondy v podobě tyče. Jestliže dopadnou na hladinu, která má být detekována, odrazí se a jsou vedeny zpět k senzoru. Doba, která uplyne mezi vysláním a příjmem impulsu je přímo mírou vzdálenosti a tím je také mírou aktuální úrovně hladiny. Vztažnou rovinou pro měření vzdálenosti je spodní hrana procesního připojení. Zobrazení na obrázku vedle ukazuje provoz s jednoduchou tyčovou sondou. Při provozu s koaxiální sondou probíhá mikrovlnná vlna výhradně uvnitř koaxiální trubice.

I přes vysílání mikrovlnných impulsů, snímače odpovídá normě EN 61000-6-4 a je výrobkem třídy A. To znamená, že vyzářená mikrovlnná energie je mnohonásobně nižší než např. energie vyzářená mobilním telefonem. Na základě aktuálního stavu vědeckého poznání může být provoz přístroje z hlediska zdravotního zařazen jako nezávadný. V okolí domácností však může snímač například způsobit rušení rozhlasu.

Jednoduchá tyčová vs. koaxiální měřící sonda

Podle měřeného média a okolního prostředí je nutné zvolit zda zvolit jednoduchou tyčovou nebo koaxiální sondu.

Provoz s jednoduchou tyčovou sondou je vhodný pro detekci médií na bázi vody, zejména silně znečištěného vodního média. Pro zajištění správné funkce s jednoduchou tyčovou sondou vyžaduje přístroj dostatečně velkou kovovou vazební desku. Ta je předpokladem toho, že v nádobě bude navázán mikrovlnný impuls s optimálním vysílacím výkonem. Při provozu s jednoduchou tyčovou sondou musí být dodrženy minimální vzdálenosti od stěn nádoby, od objektů v nádobě, ode dna nádoby a dalších hladinových senzorů

Koaxiální sonda se skládá z vnitřní sondové tyče a vnější sondové trubice (koaxiální trubice). Sondová tyč je v koaxiální trubici vycentrovaná pomocí jedné nebo více distančními rozpěrkami. Při provozu s koaxiální sondou budou vedle médií na bázi vody detekovány i média s nízkou dielektrickou konstantou (např. oleje a média na bázi olejů). Při provozu s koaxiální sondou není zapotřebí žádná vazební deska. Kromě toho zde nejsou zapotřebí žádné minimální vzdálenosti od stěn nádoby a objektů v nádobě.

Z pohledu délky sondy je nutné vybrat ze seznamu délek. Pro přizpůsobení k výšce nádoby může být každá sonda zkrácena. Minimální délka sondy je 10 cm, maximální délka sondy je 160 cm. Sonda a pouzdro přístroje jsou bez omezení otočné. Toto umožňuje bezproblémovou montáž a nasměrování hlavy přístroje po montáži.

Změna výstupního signálu hladinoměru v závislosti na výšce hladiny na měřící sondě.

Příklady použití hladinoměru IFM LR9020:

Měření výška hladiny vody a dalších médií na vodní bázi.
Měření olejů, média na bázi olejů (pouze při provozu s koaxiální sondou).
Možnost použití v extrémních podmínkách prostředí (např. vlivem povětrnostních podmínek).
Detekce chladících/mazacích emulzí u obráběcích strojů.
Detekce čistící kapaliny v určité části čistícího zařízení.
Monitorování hydraulického oleje v hydraulickém agregátu (pouze v režimu s koaxiální sondou).
Detekce motorové nafty (pouze v režimu s koaxiální sondou, v nevýbušném prostředí).

Omezené nebo nevhodné oblasti nasazení

Snímač není vhodný pro sypké hmoty ( např. umělohmotné granuláty). Pokud má být přístroj použit pro kyseliny nebo louhy v hygienických nebo galvanizačních oblastech je nejprve nutné ověřit snášenlivost materiálů přístroje s měřeným médiem.

U silně absorbující povrchy (např. pěny. pěny), silně bublající plochy se mohou vyskytnout chybná měření nebo ztráty signálu. Podobný problém také nastává u médií, která jsou velmi nehomogenní, není je možno smíchat a tím vytváří oddělující vrstvy (např. oleje na vodě). Výhoda provedení snímače s datovou IO-Link komunikací je pak fakt, že ztrátu signálu hlásí přístroj.

Přístroj pak vůbec není vhodný pro aplikace, kde je sonda vystavena trvalému a silnému mechanickému zatížení (např. silně pohybující se viskózní média nebo silně proudící média). Při provozu s jednoduchou tyčovou sondou: zejména použití v kovových nádobách. Při instalaci do umělohmotných nádob může dojít k poškození, způsobenému elektromagnetickým rušením (odolnost proti rušení podle EN61000-6-2). Provozu s koaxiální sondou pak není vhodný pro viskózní média a též kapaliny, které mají sklon k usazeninám. Maximální hodnota viskozity ještě měřitelného média je 500 mPa·s.

IO-Link komunikace

Snímač IFM LR9020 disponuje IO-link komunikačním rozhraním pracující v režimu Slave (podobně jako u všech ostatních běžných IO-Link snímačů). To umožňuje přímý přístup k procesním a diagnostickým údajům a poskytuje možnost parametrizovat přístroj v průběhu provozu. Digitální komunikace přes IO-Link také zabraňuje rušení / ovlivnění naměřené hodnoty při přenosu.

Pro parametrizaci je zapotřebí IO-Link způsobilý software (např. "LINERECORDER SENSOR" nebo "ifm Container"). Pro připojení senzoru
přes USB port počítače jsou k dispozici USB IO-Link Interface.

Následující parametry jsou nastavitelné:

Pro konfiguraci IO-Link-přístrojů nezbytné IODDs, tak jako podrobné informace o struktuře procesních dat, informacích o diagnostice a adresách parametrů a také všechny nezbytné informace k potřebnému IO-Link hardwaru a softwaru lze najít na webu www.ifm.com/de/io-link.