Společnost APLISENS se specializuje na výrobu různých senzorů pro snímání různých typů tlaků, ať již jde o měření rozdílů tlaků, absolutního tlaku nebo hydrostatického tlaku. A právě poslední skupina mě nejvíce zaujala, protože senzory hydrostatického tlaku nejsou v nabídkách různých výrobců příliš běžné.

K čemu slouží senzory hydrostatického tlaku a jak pracují?

Senzory hydrostatického tlaku slouží k měření tlaku, který vyvíjí kapalina (voda) na senzor, který je umístěný pod hladinou. Velikost hydrostatického tlaku je tak úměrný výšce sloupce kapaliny, který je aktuálně nad sondou. Ve výsledku tak hodnota hydrostatického tlaku odpovídá hloubce ponoření sondy a tedy je možné jej snadno přepočítat na hodnotu hloubky ponoření sondy (v případě konstantní hladiny a proměnné hodnoty ponoření sondy) nebo naopak na hodnotu výšky hladiny v metrech H2O, pokud je snímač trvale pevně umístěný v určité hloubce pod hladinou a proměnná je úroveň / výška hladiny. První případ tak lze využít například pro okamžité měření hloubky (úroveň dna) neznámé nádrže při ponoření / zavěšení sondy až v blízkosti dna, zatímco druhou variantu lze využít pro dlouhodobé měření/monitorování množství kapaliny (vody) v nádrži ať již jde o nějaký zásobník, cisternu či studnu.

Konkrétně se měření hydrostatického tlaku provádí pomocí snímání prohnutí membrány ponořené sondy tlakem působící kapaliny vůči aktuálnímu vnějšímu atmosférickému tlaku, který se k membráně přivádí prostřednictvím kapiláry. V případě senzorů APLISENS SGE je kapilára vedena uvnitř kabelu, současně s elektrickým vodiči. Kapilára pak musí ústit spolehlivě nad hladinou a musí být chráněna proti zanešení, aby správně přiváděla atmosférický tlak pod hladinu k membráně. Průhyb membrány je snímán a na elektrický signál převáděn prostřednictvím piezoelektrického křemíkového snímače, který je od média oddělen právě izolací membrány.

Signál z piezoelektrického členu je následně zesílena vyhodnocen pomocí elektronického zesilovače, který funguje i jako převodník na standardizovaný elektrický proudový či napěťový signál. Následně je případně připojen ještě obvod digitálního vyhodnocení, který převádí elektrický signál na konkrétní digitální hodnotu (číslo) úrovně hydrostatického tlaku či případně i výšky hladiny.

Elektrický zesilovač však mimo zesílení signálu z piezoelektrického snímače musí být vybaven spolehlivými obvody proti přepětí, které musí ochránit sondu před poškozením způsobené indukovaným napětím z atmosférických výbojů.

Hydrostatické sondy APLISENS SGE-25

V nabídce společnosti / výrobce APLISENS je několik typů sond hydrostatického tlaku řady SGE-25, které se vzájemně liší svojí mechanickou konstrukcí (konstrukcí membrány a pouzdra) a pak také výstupním připojovacím rozhraním.

Dva typy provedené snímací membrány senzorů hydrostatického tlaku APLISENS SGE-25 - vlevo typ SGE-25S a vpravo základní typ SGE-25.

Z pohledu mechanické konstrukce je nabízeno provedení s malou krytou tenkou membránou (verze SGE-25 nebo SGE-16), která je vhodná pro čistá prostředí s čistou vodou v nádržích nebo i hlubinných a úzkých vrtech, a provedení s velkou nekrytou / otevřenou membránou zvětšené tloušťky (verze SGE-25S), která umožňuje tak dlouhodobě správnou funkci sondy v kapalinách i s vysokým stupněm znečištění, obsahujících kontaminující látky nebo suspenze, nebo při také při brusných vlastnostech kapaliny (například obsahuje-li písek apod.). Typické použití pro tuto sondu je měření úrovní kapaliny odpadních vod v meziprodukčních čerpacích stanicích, fermentačních komorách, usazovacích nádržích apod. Velká membrána totiž minimalizuje vliv vznikajících usazenin na povrchu membrány na měřící parametry sondy a také usnadňuje následné čistění, protože je možné použít volně tekoucí vodu (ne však tlakovou). Kryté provedení SGE-25 je pak možné použít i k měření ve vodních nádržích s vodou určenou pro potravinářské účely, kde je pak nutné použít sondu ve speciálním provedení s teflonovým pláštěm kabelu.

Z pohledu elektrického připojení jsou nabízeny následující tři možná komunikační rozhraní:

• Standardizovaný analogový signál - buď proudový 4-20 mA nebo napěťový (verze SGE-25 a SGE-25S).
• Digitální komunikační rozhraní HART společně s proudovým analogovým signálem 4-20 mA (verze SGE-25.Smart a SGE-25S.Smart).
• Sériové digitální komunikační rozhraní RS-485 s protokolem Modbus-RTU (verze SGE-25.Smart/Modbus a SGE-25S.Smart/Modbus).

Provedení senzorů hydrostatického tlaku APLISENS SGE-25.Smart s rozhraním HART (vlevo) a Modbus-RTU (vpravo).

Základní parametry senzorů SGE-25:

• Měřící prvek: piezoelektrický snímač oddělený od kapaliny membránou.
• Měřící dosah (max. měřená hloubka):
  • 1 až 500 m H2O (metrů vody) u typu SGE-25 (dle volby),
  • 2 až 20 m H2O (metrů vody) u typu SGE-25S (dle volby),
  • 10 nebo 100 m (metrů vody) u typu SGE-25.Smart (dle volby).
• Přesnost měření:
  • 0,3 až 0,1 % z rozsahu u typu SGE-25 (dle měřícího rozsahu),
  • 0,75 až 0,25 % z rozsahu u typu SGE-25S (dle měřícího rozsahu),
  • < 0,1% z rozsahu z rozsahu u typu SGE-25.Smart,
  • < 0,16% z rozsahu z rozsahu u typu SGE-25S.Smart.
• Opakovatelnost: 0,05% z rozsahu
• Dlouhodobá stabilita: < 0,1% z rozsahu nebo 1 cm po dobu 1 roku (SGE-25) nebo 2 roků (SGE-25.Smart).
• Komunikační rozhraní: analogový signál / HART / MODBUS-RTU.
• Napájení: 10 až 30 VDC.
• Provozní teplotní rozsah média: 0 až +50°C nebo -25 až 80°C (podle typu a provedení).
• Materiál membrány: nerezová ocel AISI 316L nebo Hastteloy C276.
• Krytí: IP68.

Závěr

Pokud potřebuje měřit velké hloubky nebo výšky hladiny kapaliny / vody s přesností cca na jednotky centimetrů, jsou hydrostatické senzory dobrá volba. Tedy většinou pro regulaci výšky hladiny velkých nádrží nebo kontroly výšky hladiny ve studních. Ideální u nich je, že veškerá měřící část se nachází zavěšené schované pod vodou a "povrchu" je nutné jen umístit propojovací krabici s prodloužením elektrických vodičů do měřícího / řídícího systému, například v podobě některého programovatelného automatu. Senzor je tak prakticky chráněn proti vnějšímu mechanickému poškození narozdíl například od ultrazvukových senzorů výšky hladiny.

Společnost APLISENS mám prodejní zastoupení i v ČR a zde uvedené hydrostatické senzory se cenově pohybují v cenách od cca 6200,- Kč bez DPH.

Odkaz:

• Stránky výrobce - českého zastoupení: http://www.aplisenscz.cz/.
• Přímý odkaz na web o senzorech hydrostatického tlaku: http://www.aplisenscz.cz/9-hydrostaticke-snimace-hladiny-hustoty-a-hladinove-spinace.
• Web s principem a příklady dalších výrobců senzorů hydrostatického tlaku: http://www.pvl.co.uk/hydrostatic-level-sensors.html