Konduktometryczne czujniki poziomu - budowa i zasada działania
Standardowym zadaniem, bardzo powszechnym w przemyśle, w szczególności spożywczym, jest sygnalizacja osiągnięcia określonego poziomu cieczy w pojemniku. Istnieje wiele metod rozwiązania tego problemu, jednak najprostszym i najtańszym sposobem jest zastosowanie konduktometrycznych czujników poziomu.
Takie czujniki mogą z powodzeniem pracować z cieczami przewodzącymi prąd elektryczny o przewodności 0,2 S/m lub większej. Takimi płynami są woda pitna i przemysłowa, słabe roztwory zasad, kwasy, ścieki oraz płyny spożywcze (np. drożdże czy piwo).
Zasada działania czujników konduktometrycznych polega na tym, że gdy ciecz w zbiorniku osiągnie określony poziom, ciecz robocza zamyka elektrodę czujnika z korpusem metalowego zbiornika lub z elektrodą dodatkową samego czujnika, powodując prąd elektryczny w obwodzie czujnika. W rezultacie zamknięcie obwodu czujnika powoduje aktywację przekaźnika, który z kolei steruje odpowiednim obwodem.
W zależności od warunków temperaturowych i ciśnieniowych konduktometryczne czujniki poziomu są zasadniczo zdolne do pracy w temperaturach do + 350 ° C i przy ciśnieniach do 6,3 MPa, co określa materiał izolatora elektrody, a producent podaje określone wartości w załączonej dokumentacji.
Przeszkodami w normalnej pracy czujnika konduktometrycznego mogą być: silne pienienie cieczy, silne parowanie czynnika roboczego, tworzenie się osadów izolujących na elemencie czułym czujnika oraz osadów przewodzących na jego izolatorze. Producent stara się zapobiegać wszystkim tym przeszkodom, wybierając bardziej odpowiedni materiał na czujnik.
Przyjrzyjmy się fizyce przepływu pracy czujnika konduktometrycznego, czyli lekko dotkniemy istoty konduktometrii. Opór elektryczny roztworu, odpowiednio — jego przewodnictwo elektryczne, scharakteryzować zdolność danego rozwiązania do przewodzenia prądu elektrycznego w określonym zakresie.
Parametry te są silnie związane z właściwościami fizyko-chemicznymi substancji rozpuszczonej i rozpuszczalnika: stężeniem rozpuszczonych jonów i ich ruchliwością, ładunkiem tych jonów, temperaturą roztworu, ciśnieniem i wieloma innymi czynnikami.
Przewodność elektryczna jest mierzona w Siemensach na centymetr (S/cm). Cechą charakterystyczną wód ultraczystych i czystych jest rezystancja wyrażona w omach na centymetr (om * cm).
Zgodnie z terminologią konduktometrii cela konduktometryczna jest czułym elementem czujnika, charakteryzuje się stałą celi.
W klasycznej postaci ogniwo konduktometryczne składa się z dwóch równoległych elektrod o powierzchni kilku centymetrów kwadratowych, które są zanurzone w roztworze, a odległość między nimi wynosi zwykle kilka centymetrów.
Dla każdego tak zainstalowanego czujnika można wprowadzić stałą celi i wyrazić ją w 1/cm. Obecnie coraz więcej czujników konduktometrycznych ma elektrody ze stali nierdzewnej, a stałe są inne.
Czujniki poziomu przewodności mogą monitorować jeden lub więcej określonych poziomów płynu przewodzącego. A zasada jest zawsze taka sama — przewodność elektryczna cieczy różni się od przewodności elektrycznej powietrza, którą ustalają elektrody.Czujniki mogą być jednoelektrodowe lub wieloelektrodowe, co pozwala śledzić wiele poziomów cieczy.
W najprostszej postaci konduktometryczny czujnik poziomu wykonany jest z elektrod ze stali nierdzewnej, z których jedna pełni funkcję masy w obwodzie sterującym i jest montowana w zbiorniku tak, aby jej część robocza miała stały kontakt z cieczą, a w szczególności z przewodzący korpus pojemnika z cieczą może stać się wspólną elektrodą... Inne elektrody będą sygnałem i znajdują się na określonych poziomach, które należy monitorować.
W procesie napełniania pojemnika cieczą elektrody sygnałowe kolejno stykają się z tą cieczą, a obwody zamykają się jeden po drugim. Odpowiednio wyzwalane są wyjścia sygnałowe urządzenia.
Czujniki jednoelektrodowe nadają się do stosowania w zamkniętych lub otwartych pojemnikach metalowych. Tuleje czujników mogą być wykonane z PTFE, ceramiki lub tworzywa sztucznego. Pręty wykonane są ze stali nierdzewnej.W produkcji czujników szczególną uwagę zwraca się na ich konstrukcję, która musi zapobiegać fałszywym alarmom spowodowanym gromadzeniem się cieczy.
Pięcioelektrodowe, czteroelektrodowe i trójelektrodowe konduktometryczne czujniki poziomu służą do monitorowania, jak wspomniano powyżej, kilku poziomów cieczy w pojemniku, nawet jeśli ścianki pojemnika nie są przewodzące, to znaczy wykonane z materiału izolacyjnego, takiego jak jako plastik.