Vodivostní hladinové spínače

Vodivostní hladinový spínač je bodový snímač hladiny, který zjišťuje přítomnost nebo nepřítomnost elektricky vodivé kapaliny v definovaném místě v nádrži, zásobníku nebo potrubí. Pracuje na principu detekce elektrické vodivosti kapaliny mezi snímací elektrodou a referenční elektrodou, případně v některých aplikacích mezi snímací elektrodou a vodivou kovovou stěnou nádrže. Jakmile kapalina dosáhne spínacího bodu, uzavře měřicí obvod a spínač změní stav svého výstupu.

Vodivostní hladinové spínače se běžně používají pro signalizaci horní a dolní hladiny, ochranu proti přeplnění, ochranu proti chodu nasucho a automatické řízení čerpadel nebo ventilů. Díky absenci pohyblivých mechanických částí zajišťují u mnoha kapalin spolehlivou detekci hladiny s nízkými nároky na údržbu.

Vodivostní hladinový spínač dokáže detekovat elektricky vodivé kapaliny, jako jsou voda, odpadní voda, vodné roztoky, kyseliny, zásady a mnoho procesních kapalin. Lze jej použít také pro viskózní vodivé kapaliny, pokud médium splňuje minimální vodivost stanovenou pro daný přístroj. Elektricky nevodivé kapaliny, včetně olejů, paliv a většiny organických rozpouštědel, nemohou spolehlivě uzavřít měřicí obvod, a proto vyžadují jinou technologii detekce hladiny.

Elektricky vodivé kapaliny obsahují rozpuštěné ionty, které umožňují průchod elektrického proudu. Patří mezi ně například voda s rozpuštěnými solemi nebo minerály, kyseliny, zásady a mnoho vodných chemických roztoků. Vodivostní hladinové spínače využívají tuto iontovou vodivost ke zjištění, zda je elektroda v kontaktu s kapalinou. 

Vodivostní hladinový spínač zjišťuje, zda vodivá kapalina dosáhla definovaného spínacího bodu, vyhodnocováním elektrického odporu mezi snímací a referenční elektrodou.

Uvnitř nádoby je v požadovaných spínacích hladinách instalována jedna nebo více snímacích elektrod. Referenční elektroda, která je za běžného provozu ponořena v kapalině, uzavírá měřicí obvod. V dostatečně vodivé kovové nádrži bez izolační výstelky může funkci referenční elektrody plnit stěna nádrže. Nádrže z plastu, betonu nebo jiných nevodivých materiálů vyžadují samostatnou referenční elektrodu.

Příslušná vyhodnocovací jednotka nebo elektrodové relé přivádí mezi snímací a referenční elektrodu nízké střídavé napětí. Jakmile kapalina dosáhne snímací elektrody, vytvoří přes kapalinu vodivou cestu. Začne protékat proud a elektrický odpor mezi elektrodami klesne. Když odpor klesne pod nastavený spínací práh, vyhodnocovací jednotka změní stav relé nebo spínacího výstupu. Střídavé napětí se používá k omezení polarizace elektrod, elektrolýzy a nežádoucí oxidace.

Jakmile hladina kapaliny klesne pod snímací elektrodu, vodivá cesta se přeruší a výstup změní stav podle nastavené spínací logiky. V závislosti na počtu a uspořádání elektrod může systém zajišťovat jednobodovou detekci hladiny nebo řízení minimální a maximální hladiny.

Princip činnosti vodivostního hladinového spínače

Princip činnosti je založen na elektrické vodivosti procesní kapaliny. Na rozdíl od plovákových spínačů nemá vodivostní měřicí systém žádný pohyblivý snímací mechanismus. Zjišťuje, zda kapalina vytvořila vodivou elektrickou cestu mezi snímací a referenční elektrodou. Ve vhodné kovové nádrži bez izolační výstelky může jako referenční elektroda sloužit stěna nádrže. Tento princip umožňuje jednoduchou a spolehlivou bodovou detekci hladiny s minimálními nároky na údržbu.

Vodivostní hladinové spínače se používají pro bodovou detekci hladiny elektricky vodivých kapalin. Typickými funkcemi jsou signalizace horní a dolní hladiny, ochrana proti přeplnění, ochrana proti chodu nasucho a automatické řízení čerpadel nebo ventilů v nádržích, nádobách a potrubích.

Typické průmyslové aplikace zahrnují:

• Úprava vody a čištění odpadních vod: sledování hladiny vody, odpadních vod, kalů a nádrží pro dávkování chemikálií.
• Chemický průmysl: detekce vodivých kyselin, zásad a vodných procesních roztoků.
• Potravinářství a výroba nápojů: sledování vodivých produktů ve skladovacích, míchacích a procesních nádobách při splnění hygienických a materiálových požadavků.
• Farmaceutická výroba: bodová detekce hladiny ve vhodných vodivých procesních kapalinách při splnění hygienických a validačních požadavků.
• Kotle, chladicí systémy a průmyslové pomocné systémy: udržování hladiny kapalin a ochrana čerpadel a dalších zařízení.

Procesní kapalina musí splňovat minimální vodivost stanovenou pro zvolený spínač nebo vyhodnocovací jednotku. Oleje, paliva, většina organických rozpouštědel a vysoce čištěná nebo deionizovaná voda jsou obecně nevhodné, pokud není přístroj pro danou aplikaci speciálně navržen.

Pro konkrétní doporučení a odbornou podporu se obraťte na našeho technika, abyste zajistili správný výběr a dlouhodobě spolehlivý provoz.

Vodivostní hladinové spínače mají obecně nízké nároky na údržbu, protože neobsahují žádné pohyblivé snímací části. Ne v každé aplikaci jsou však zcela bezúdržbové. Elektrody pravidelně kontrolujte, zda se na nich netvoří vodní kámen, jiné usazeniny, krystalizace nebo koroze, a v případě potřeby je vyčistěte. Vhodný interval závisí na procesním médiu a provozních podmínkách. Doporučuje se pravidelná funkční zkouška, zejména u bezpečnostních funkcí, jako je ochrana proti přeplnění a ochrana proti chodu nasucho.

Vodivostní elektrody se běžně instalují shora do nádrže nebo nádoby tak, aby každá elektroda končila v požadované spínací hladině. V závislosti na modelu může být možná také boční nebo šikmá montáž. Dodržujte pokyny výrobce a elektrody umístěte mimo plnicí proud, silné turbulence, míchadla, stěny nádoby a vodivé vnitřní části, které by mohly způsobovat nestabilní nebo falešné spínání.

Dlouhé tyčové elektrody mohou vyžadovat mechanickou oporu, aby nedocházelo k jejich ohýbání nebo pohybu vlivem vibrací, turbulencí či bočních sil. Jakákoli opora v blízkosti neizolované měřicí části musí být elektricky nevodivá a chemicky kompatibilní. V nevodivých nádržích instalujte samostatnou referenční elektrodu. Zajistěte, aby usazeniny nemohly vytvořit vodivý můstek mezi sousedními elektrodami a aby procesní připojení, těsnicí materiály, elektrické zapojení a uzemnění odpovídaly požadavkům dané aplikace.

Pro spolehlivý a dlouhodobý provoz vodivostního hladinového spínače je třeba posoudit procesní kapalinu, provozní podmínky, způsob instalace a požadovanou řídicí funkci. Mezi hlavní kritéria výběru patří:

• Minimální požadovaná elektrická vodivost procesní kapaliny: >20 µS/cm; ověřte, že procesní kapalina leží v rozsahu vodivosti podporovaném přístrojem
• Chemická kompatibilita všech smáčených materiálů, včetně elektrod, izolace, těsnění a procesního připojení
• Procesní tlak a teplota, včetně podmínek při čištění a sterilizaci
• Konfigurace elektrod, jejich materiál, povlak, délka, rozteč a ochrana proti ohnutí nebo kontaktu s nádobou
• Požadovaný počet spínacích bodů a řídicí funkce, například signalizace horní hladiny, signalizace dolní hladiny, ochrana proti přeplnění, ochrana proti chodu nasucho nebo řízení minimální a maximální hladiny
• Dostupnost samostatné referenční elektrody nebo vhodné elektricky připojené kovové stěny nádrže bez izolační výstelky
• Montážní poloha, dostupný instalační prostor, turbulence, pěna, usazeniny a možné vytváření můstků z produktu
• Procesní připojení, typ elektrody, délka elektrody a případná potřebná mechanická opora
• Kompatibilita s vyhodnocovací jednotkou, relé, PLC, napájecím napětím a požadovaným výstupním signálem
• Okolní podmínky, stupeň krytí, vibrace, vlhkost a případná schválení pro prostředí s nebezpečím výbuchu

Sladění těchto parametrů s technickými údaji zvoleného vodivostního hladinového spínače společnosti KOBOLD pomáhá zajistit spolehlivé spínání, dlouhou životnost a bezpečné řízení procesul. 

Chcete-li získat více informací o výběru vodivostního hladinového spínače a technických specifikacích, obraťte se na některého z našich odborníků nebo nahlédněte do produktové dokumentace..