Článek ve formátu PDF je možné stáhnout
zde.
Název Liquiphant je uznávaná značka kvality při detekci mezní polohy hladiny kapalin. V sestavě Liquiphant M Density umožňují tyto osvědčené přístroje navíc měřit přímo v provozu hustotu média a s ní související veličiny, jako je např. koncentrace látky v roztoku. Poptávku po snímačích sledujících za provozu spojitě kvalitu výrobků, konstatovanou v Německu např. ve zprávě ZVEI Roadmap 2006, lze přístroji Liquiphant M v sestavě Liquiphant M Density uspokojit v souladu s požadavky průmyslových podniků, včetně ceny.
Více než spolehlivá ochrana před přeplněním
Označení Liquiphant je v současném průmyslu synonymem pro spolehlivý a snad nejčastěji používaný způsob ochrany proti přeplnění nádob s použitím vibračních limitních hladinových spínačů. Přístrojů této značky byly již vyrobeny a vyexpedovány téměř tři miliony.
Během třiceti let od uvedení produktů s typovým označením Liquiphant na trh vykrystalizovala v této oblasti vedle řad Liqiuphant T a Liquiphant S také řada Liquiphant M. V ní jsou od roku 1999 nabízeny osvědčené a spolehlivé přístroje pokrývající velké množství různých požadavků na detekci mezní polohy hladiny kapalin, které nacházející uplatnění ve všech odvětvích průmyslu. Co se týče šíře škály dostupných certifikátů, mechanických připojení, provedení pouzder, vestavěných elektronických modulů atd., nebyly přístroje řady Liquiphant M dosud překonány.
Jako novinka jsou nyní spínače řady Liquiphant M dodávány v sestavě Liquiphant M Density, tj. ve spojení s novou vyhodnocovací jednotkou FML621, umožňující při použití téměř všech typů přístrojů Liquiphant M se speciální kalibrací měřit i hustotu kapaliny. K jednotce lze současně připojit až pět měřicích okruhů s kompenzací teploty (obr. 1). Snímač Liquiphant M může zároveň plnit i funkci limitního spínače, takže lze s výhodou využít jedno montážní místo.
Měřicí princip
Jako čidlo vibračních limitní hladinových spínačů se používají mechanické kmitavé systémy – obvykle tvaru kmitající vidličky se dvěma hroty – buzené na své vlastní (rezonanční) frekvenci. Při ponoření vidličky do kapaliny rezonanční frekvence celého systému klesne. Poklesne-li frekvence vibrací čidla pod určitou mez, snímač hlásí do následující spínací jednotky stav zatopení čidla. Hroty udržuje v kmitavém pohybu piezoelektrický měnič. Rezonanční frekvence vidličky závisí na jejím momentu setrvačnosti a na tuhosti membrány, která ji nese. U vidličky ve vzduchu má hodnotu asi 1 000 až 1 200 Hz.
Nové využití osvědčeného vibračního principu
Rezonanční frekvence vidličky závisí také na hustotě média, kterým je při svém pohybu obklopena. V prostředí s menší hustotou, např. v kapalném plynu (hustota asi 0,4 g/cm3), je výsledná rezonanční frekvence větší než v prostředí s větší hustotou, např. ve vodě (asi 0,98 g/cm3). Vliv hmotnosti materiálu obklopujícího hroty vidličky na její výslednou rezonanční frekvenci je dostatečně významný, a tudíž využitelný v praxi. Vezme-li se dále v úvahu teplota kapaliny, popř. také tlak v kapalině, lze ze známé okamžité rezonanční frekvence vidličky jednoznačně stanovit aktuální hustotu kapaliny (obr. 2).
Přednosti hustoty jako klíčové proměnné při řízení technologických procesů
Hustota – podíl hmotnosti a objemu média – je jako klíčová analytická proměnná důležitou souhrnnou veličinou. Z měření hustoty se vychází např. při:
-
měření obsahu a zjišťování koncentrace (kyselina sírová, cukr, alkohol atd.),
-
zjišťování kvality (minerální olej, mléko atd.),
-
potvrzování ryzosti,
-
určování kapalin,
-
sledování metabolismu, kde hustota je proměnnou veličinou indikující rychlost metabolické reakce,
-
určitých fyzikálních výpočtech a simulacích (v nichž je koncentrace základní proměnnou),
-
kvantifikaci množství určité látky v daném objemu kapaliny.
Určování koncentrace z hustoty
Koncentrace různých látek je v současném chemickém a potravinářském průmyslu důležitým ukazatelem kvality. Často se určuje mimo vlastní výrobní zařízení (off-line) při použití různých nákladných procedur, včetně laboratorních měření.
Uvedená sestava přístrojů s označením Liquiphant M Density nyní umožňuje měřit koncentraci přímo v procesu (on-line), a provozovat tak určité procesy bez potřeby nákladných analytických procedur. Současně ji lze beze zbytku přizpůsobit potřebám dané úlohy (volbou vibračního snímače atd.).
Koncentrace je, na rozdíl od hustoty, vždy relativní veličina a lze ji vyjádřit v hmotnostních nebo objemových jednotkách. Jako příklad měrové jednotky běžně používané v průmyslu k vyjádření objemové koncentrace látky v procentech lze uvést stupně Brixe (značka °Br; často nesprávně °Brix, Brix, %Brix apod.). Používá se především v potravinářství při určování cukernatosti ovocných šťáv a nápojů.
Cukernatost S ve stupních Brixe je definována jako poměr hmotnosti cukru ke hmotnosti roztoku násobený stem: S = (mcukru/mroztoku) × 100. Podle této definice závisí koncentrace ve stupních Brixe pouze na množství cukru v roztoku. U vodných roztoků cukru je vztah mezi jejich hustotou a cukernatostí ve stupních Brixe znám a je publikován v úředně platných tabulkách. Při použití sestavy Liquiphant M Density lze nyní brát při spojitém měření přímo v provozu v úvahu existující tabulky a zčásti i složité matematické závislosti (obr. 3).
Příklad použití: měření koncetrace soli
Na obr. 4 je ukázán příklad použití sestavy Liquiphant M Density při těžbě ropy. Jde o případ, kdy se směs ropy a vody vytlačuje k povrchu při použití solných roztoků s velkou koncentrací závislou na hloubce vrtu. Směs stoupá k povrchu proto, že má menší hustotu než vtlačovaná solanka. K hladkému chodu procesu je tudíž třeba mít v nádržích pohotově předem připravené různě koncentrované solné roztoky. Sestava Liquiphant M Density v daném případě zajišťuje automatické namíchání solanky potřebné koncentrace bez jakéhokoliv manuálního zásahu obsluhy.
Závěr
Sestava přístrojů s označením Liquiphant M Density umožňuje získávat analytické údaje z řízeného procesu ihned (on-line) a přímo z technologického zařízení (in line), a to v podobě podle požadavků uživatele. Otevírá tudíž široké možnosti v oblasti jak optimalizace technologických procesů např. redukováním ztrát suroviny, meziproduktů i konečných produktů, sledováním kvality, ověřováním záznamů z výrobních operací, tak i stupně využití výrobního zařízení (redukcí četnosti laboratorních měření prováděných off-line).
Ulrike Kühnle,
Maulburg, Německo
Obr. 1. Liquiphant M Density: vibrační limitní hladinový spínač Liquiphant M FTL50H (hygienické provedení), snímač teploty a nová vyhodnocovací jednotka FML621
Obr. 2. Příklad závislosti rezonanční frekvence vidličky snímače na hustotě a teplotě kapaliny (při konstantním tlaku)
Obr. 3. Analytická reprezentace cukernatosti v závislosti na hustotě a teplotě roztoku
Obr. 4. Nádrže se solankou různé koncentrace řízené při použití sestav Liquiphant M Density
Obr. 5. Detail instalace snímačů na nádržích