Aktuální vydání

celé číslo

03

2024

Automatizační technika v energetice a teplárenství, úspory energie

Snímače teploty

celé číslo

Tři způsoby měření hladiny odpadních vod

Při měření výšky hladiny odpadních vod je třeba počítat se specifickými podmínkami. Zpravidla se měří silně znečištěná voda s velkým obsahem tuhých částic, které se usazují, vytvářejí povlaky nebo naopak působí abrazí. Plovoucí kusy plastových fólií a textilu se zachycují na ponořených částech měřidel a ohrožují jejich funkci. V podzemních částech kanalizace je prostředí enormně vlhké, často s obsahem agresivních výparů, které kondenzují na studených částech zařízení. Instalaci měřidel ztěžují stísněné prostory, obtížný přístup, zápach, špatné osvětlení apod. Všechny zmíněné nepříznivé okolnosti zvyšují riziko mechanického poškození při různých manipulacích spojených s čištěním a kontrolou zařízení. Zatímco u nadzemních nádrží, zpravidla používaných na „lepší“ kapaliny, je možné vsadit snímače do stěny či do dna nádoby, v případě nádrží, otevřených kanálů a potrubí na odpadní vodu umístěných v zemi je přístup k měřenému médiu možný jedině shora, tedy z prostoru nad hladinou.
 

Ultrazvukový snímač hladiny

Ultrazvukové snímače (obr. 1) nepřicházejí do kontaktu s měřenou kapalinou, takže nehrozí jejich zanášení ani poškození přímým působením měřené kapaliny. Obvykle nabízejí větší rozsah měření, než je v daném případě použití třeba, a tak je lze instalovat do větší výšky nad hladinou tak, aby byly snadněji přístupné.
 
Jednou z předností ultrazvukových hladinoměrů od firmy SolidAT (obr. 2) je přesné a spolehlivé měření i za nepříznivých vlivů, jakými jsou šum způsobený prouděním kapaliny přes ventily, hluk ložisek a čeření hladiny. Systém průběžně „mapuje“ hluky z okolí a volí takový průběh a intenzitu vyslaného ultrazvukového signálu, aby odražený signál dokázal rozlišit od akustického pozadí. V dalším kroku snižuje energii vyslaného pulzu tak, aby několikanásobné odrazy a jejich interference byly pod prahem citlivosti snímacího zařízení. Zaznamenané odrazy jsou statisticky vyhodnocovány a nerelevantní odrazy se eliminují, takže je možné měřit i při zčeřené hladině nebo hladině s tenkou vrstvou pěny.
 
Rušivé odrazy mohou pocházet i od předmětů, které se nacházejí v těsném okolí zvukového kužele, jako jsou různé vzpěry, příčky žebříku či stupačky, přesazení dílců stěny nádoby atp. Vliv tohoto rušení je odstraněn tím, že při uvádění snímačů firmy SolidAT do provozu se rušivé odrazy nahrají do jejich paměti a při vlastním provozu je systém eliminuje.
 
Nepříznivou okolností, která může fatálně ohrozit funkci ultrazvukového snímače a vyloučit jeho použití, je orosení membrány v čelní ploše senzoru nebo větší vrstva pěny na měřené hladině.
 
V sortimentu firmy SolidAT jsou ultrazvukové snímače ve dvou koncepcích:
  • kompaktní snímače typu MonoScan a MicroScan, jejichž vlastní senzory tvoří nedílný celek s elektronickou jednotkou,
  • snímače SmartScan 25/50 a SmartLite s odděleným senzorem, který je s elektronickou jednotkou spojen kabelem; toto provedení je vhodné pro měření ve velmi nepříznivém prostředí (agresivní výpary, riziko mechanického poškození apod.).
Snímače polohy hladiny se také využívají k měření průtoku vody pomocí přepadové hrany a otevřených průtokoměrných žlabů, např. Parshallova žlabu. Ultrazvukové hladinoměry jsou pro tyto úlohy zvláště vhodné, protože nezasahují pod hladinu a neovlivňují průřez kanálu. Software snímačů MonoScan a SmartScan obsahuje naprogramované převodní vztahy platné pro Parshallův žlab a další druhy kanálů k měření průtoku. Stačí, aby uživatel zadal příslušný druh průtokoměrného kanálu a jeho rozměry; výstupní signál i zobrazovaná hodnota budou odpovídat okamžitému průtoku.
 

Ponorná sonda k měření hydrostatického tlaku

Hydrostatické snímače hladiny konstruované v podobě závěsných nebo tyčových ponorných sond nejsou žádnou novinkou. Bod, v němž se tlak měří, se musí nacházet v takové hloubce, aby byl vždy pod úrovní nejnižší možné hladiny. To s sebou nese jednu nevýhodu: na sondě ponořené do proudu splaškových vod se zachytávají předměty, které voda unáší, např. fólie a kousky textilu.
 
Ponorné sondy řady TSP-M (obr. 5) byly zkonstruovány firmou BHV senzory na základě požadavku jednoho z podniků, který spravuje kanalizační síť v Bratislavě. Základem je velká oddělovací membrána z korozivzdorné oceli, která je přivařena na kompaktní těleso měřicího přístroje vyrobené výhradně z korozivzdorné oceli. Membrána je tak velká, aby její funkce nebyla ohrožena ani po zakrytí nánosem usazenin nebo zachycenými předměty. Hydrostatický tlak se pomocí silikonového oleje přenáší z membrány do vlastního snímacího systému.
 
Sonda TSP-M se vyrábí buď s jednou membránou velikosti 100 mm, která je umístěna na spodku snímače (typ A), anebo se dvěma membránami z obou stran měřicího disku, jehož průměr je 70 mm (typ B). Sonda se buď spustí pod hladinu zavěšena na lanku, anebo se našroubuje na závitovou trubku, která pak funguje jako ochrana kabelu.
 

Snímač hydrostatického tlaku umístěný nad hladinou

Snímač využívá princip měření hladiny známý např. z automatických praček (viz schéma na obr. 6). Čidlo tlaku je umístěno na horním, uzavřeném konci trubice. Dolní konec trubky je otevřený a zasahuje pod hladinu. Když hladina stoupne nad dolní okraj trubky, zůstane v trubce uzavřen určitý objem vzduchu (V), který se pak s dalším stoupáním hladiny stlačuje. Závislost mezi tlakem v trubce a úrovní hladiny je dána rozměry trubky a vnitřním objemem čidla tlaku. V praxi se určuje experimentálně. Je zřejmé, že tlak vzduchu uzavřeného v trubce kolísá také s teplotou; kromě toho je ovlivněn rozpouštěním vzduchu v kapalině nebo naopak odpařováním kapaliny. I přes uvedené nedostatky má toto řešení jednu velkou výhodu: čidlo tlaku je umístěno nad hladinou, mimo dosah měřené kapaliny. Toto řešení je vhodné tam, kde jsou malé požadavky na přesnost a kde hladina dost často klesá natolik, aby se tlak v uzavřeném objemu V vyrovnal s tlakem vzduchu v okolí.
 
V západní Evropě mnoho provozovatelů kanalizace používá toto řešení u domovních jímek na splaškovou vodu, a to hlavně tam, kde jímky ústí do systému tlakové kanalizace. Po naplnění jímky sepne spínač tlaku (presostat) čerpadlo, a to vyčerpá jímku pod tlakem do odpadního potrubí. Tento způsob indikace výšky hladiny je jednoduchý a mimořádně spolehlivý.
Jan Vaculík, BHV senzory, s. r. o.
 
Obr. 1. Znázornění funkce ultrazvukového snímače hladiny
Obr. 2 . Ultraz vukové snímače hladiny MonoScan a MicroScan (výrobce: SolidAT)
Obr. 3. Měření průtoku splaškové vody Parshallový žlabem pomocí snímače MonoScan
Obr. 4. Záznam přítoku splaškové vody na ČOV v Gihonu
Obr. 5. Ponorný snímač hydrostatického tlaku TSP-M, typ A (vpravo) a typ B (vlevo)
Obr. 6. Schéma měření hladiny se snímačem tlaku umístěným nad hladinou
Obr. 7. Presostaty typu 901 Prescal k indikaci hydrostatického tlaku vody; namontováním tří spínačů lze rozlišit tři provozní stavy: např. dosažení minimální hladiny, maximální hladiny a havarijní stav; výrobce Beck (Německo)
 

Měření průtoku na vstupu do čističky odpadních vod v Jeruzalémě

Do čističky odpadních vod v izraelském Gihonu je svedena významná část odpadních vod kanalizační sítě města Jeruzalém. Průtok splaškové vody přicházející do čističky se měří pomocí jediného Parshallova žlabu opatřeného snímačem hladiny MonoScan (obr. 3). Záznam průtoku za období 16 dnů je uveden na obr. 4. Z grafu je dobře patrný denní cyklus přítoku splaškových vod, ale za povšimnutí stojí zejména cyklus týdenní: pátek je v Izraeli volným dnem, a tak se hodně pere a uklízí, ale už za setmění se začíná světit šábes, a tudíž spotřeba poklesne dřív než ve všední dny. Oproti tomu v sobotu je spotřeba vody malá a kohoutky se roztočí až k večeru.