Aktuální vydání

celé číslo

03

2021

Digitální transformace, chytrá výroba, digitální dvojčata

Komunikační sítě, IIoT, kybernetická bezpečnost

celé číslo

Tyčové hydrostatické sondy pro měření hladiny

Ponorné závěsné hydrostatické hladino­měry představují jednoduché řešení jak co do měřicího principu, tak co do montáže. Existuje však několik aspektů, které ome­zují jejich použití. Například víření kapali­ny v nádobě může způsobit rozkývání sondy a popř. kolizi s pevným nebo pohybujícím se zařízením uvnitř nádoby, jako jsou míchadla nebo rotující trysky určené k čištění nádoby. Omezujícím faktorem je i izolace kabelu, kte­rá ne vždy dokáže zaručit dostatečnou odol­nost v daném prostředí, a to buď z hlediska teploty, nebo z hlediska chemické odolnos­ti. Dlouhé molekuly polymerních materiálů dávají plastům, z nichž je zhotovena izolace kabelu, mnohé vynikající vlastnosti, ale ob­sahují množství „skulin“, které umožňují di­fuzi některých látek, zejména v plynném sta­vu. Takto kabelem dokáže difundovat chlor, chlorovodík, ale i sirovodík, čpavkové výpa­ry a další látky. Při opravách lze potom uvnitř ponorných sond najít destruktivní stopy těch­to látek, aniž by kabel nesl známky poškoze­ní. Ani kabely s teflonovým pláštěm (PTFE), od kterých si lze hodně slibovat, nejsou žád­ným všelékem: teflon je křehký a plášť při mechanickém namáhání snadno praskne.

 
Řešením v této situaci jsou tyčové hydro­statické sondy. Jsou svařeny z vhodného ma­teriálu tak, aby ve styku s měřeným médiem nebyly žádné materiály s problematickou odolností. Firma BHV senzory tyčové sondy vyrábí s přivařenou oddělovací membránou. Pod membránou je náplň pracovní kapaliny (silikonový olej nebo jiná vhodná kapalina), která přenáší měřený tlak na vlastní senzor; tím je např. piezorezistivní čidlo. S ohledem na požadovanou provozní teplotu je senzor umístěn buď v bezprostřední blízkosti mem­brány, nebo až na horním konci sondy, tedy mimo oblast s vysokou teplotou; v tom pří­padě je s oddělovací membránou propojen kapilárou. První řešení, které je jednoduš­ší a levnější, vyhovuje do teploty přibližně 130 °C. Druhé řešením je schopno odolávat teplotě i přes 200 °C.
 
Pro konstrukci tyčové sondy je rozhodují­cí velikost oddělovací membrány: větší mem­brána umožňuje přesnější měření a menší tep­lotní závislost. Naproti tomu je třeba udržet hmotnost i zástavbové rozměry v přijatel­ných mezích, a tak je vhodné použít dvojitou membránu: místo jedné velké membrány jsou z obou stran kruhového disku umístěny dvě menší membrány a prostory pod nimi jsou propojeny kanálkem tak, že tlak přenášený pracovní kapalinou působí na jediný senzor (obr. 1). Jednak se tím dosáhne lepší teplot­ní i mechanické stability membrány, jednak se eliminuje vliv tlaku na membránu při čiš­tění. Když se totiž při mechanickém čištění na membránu zatlačí, pracovní kapalina unik­ne do prostoru pod druhou membránou, aniž by tlak v kapalině vzrůstal, a tak nedojde ani k lokální deformaci („vytahání“) membrány ani k přetížení senzoru tlaku.
 
Zásuvné tyčové sondy lze konstruovat též jako diferenční a používat je ve spojení se sní­mačem rozdílu tlaků k měření výšky hladiny v uzavřených nádobách (obr. 2). V tom pří­padě jedna membrána (či dvojice spojených membrán) měří hydrostatický tlak u dna ná­doby a druhá tlak nad hladinou. Tyčová son­da tvoří svařený, a tedy nerozebíratelný celek. Použití tyčových sond je omezeno zejména požadovaným rozsahem měření, tedy dél­kou tyčové sondy: jednak z hlediska přepra­vy, jednak z hlediska manipulačního prostoru nad nádobou, který je při montáži potřebný.
 
Obr. 1. Hlavice tyčové sondy s dvojicí mem­brán (1 – oddělovací membrány, 2 – pracovní kapalina, 3 – piezorezistivní senzor)
Obr. 2. Tyčová sonda pro měření rozdílu tlaků
Obr. 3. Hlavice tyčové sondy s dvojicí membrán