Wskaźniki / przetworniki poziomu

To urządzenie do wizualnej sygnalizacji poziomu cieczy w zbiorniku. Działa na zasadzie pływaka z magnesem, który unosi się wraz z poziomem medium i oddziałuje magnetycznie na zewnętrzny wskaźnik (najczęściej w postaci klapek lub paska).

Przetwornik poziomu przekształca zmiany położenia cieczy w sygnał elektryczny (np. 4–20 mA, HART, Modbus), umożliwiający monitorowanie, rejestrację i sterowanie poziomem w czasie rzeczywistym.

Rurka wskaźnikowa zamontowana z boku zbiornika (bypass) jest połączona z nim przez króćce. Wewnątrz niej znajduje się pływak z magnesem. Zmiana poziomu cieczy w zbiorniku powoduje równoległą zmianę poziomu w rurce i przemieszczenie pływaka, co z kolei oddziałuje na klapki magnetyczne lub sensory zewnętrzne.

• zbiorniki procesowe i magazynowe
• instalacje chemiczne
• systemy kotłowe
• przemysł naftowy i gazowy
• ciecz agresywna, z osadami, pianą

Wskaźnik daje jedynie lokalną, wizualną informację o poziomie cieczy. Przetwornik wysyła sygnał do systemu automatyki (np. DCS, PLC, SCADA), umożliwiając jego zdalne monitorowanie i kontrolę.

Tak – działają całkowicie pasywnie, ponieważ wykorzystują jedynie siłę wyporu i pole magnetyczne pływaka. Nie wymagają energii elektrycznej do pracy lokalnej.

• magnetostrykcyjne

• rezystancyjne (potencjometryczne)

• pojemnościowe

• radarowe (kontaktowe i bezkontaktowe)

• ultradźwiękowe

• hydrostatyczne

• wibracyjne (graniczne)

Jest bardzo precyzyjny, ma wysoką rozdzielczość (do 1 mm) i dużą powtarzalność. Wykorzystuje falę ultradźwiękową w przewodniku magnetycznym, wzbudzaną przez pole pływaka z magnesem.

• brak zasilania

• odporność na wysokie ciśnienia i temperatury

• możliwość pracy z cieczami agresywnymi

• brak konieczności otwierania zbiornika

• wysoka niezawodność i trwałość

• woda i roztwory wodne

• ciecze łatwopalne (np. paliwa)

• media żrące (kwasy, zasady)

• ciecze z osadami

• gęste oleje i chemikalia

• substancje pieniące się

Tak – najczęściej montuje się czujnik prowadnicy (np. magnetostrykcyjny lub rezystancyjny) równolegle do rurki wskaźnika w systemie by-pass.

Tak – są dostępne w wykonaniu ATEX dla stref zagrożonych wybuchem (gaz, pył). Obudowy i pływaki są wykonane z odpowiednich materiałów, a czujniki posiadają certyfikację Ex ia lub Ex d.

Zdecydowanie tak – to jedno z ich głównych zastosowań. Są odporne na ciśnienia do kilkudziesięciu barów, a konstrukcja zamknięta nie wymaga naruszania zbiornika.

Tak, jeżeli wskaźnik jest wyposażony w przetwornik poziomu lub sygnalizatory bistabilne z wyjściem elektrycznym.

• 4–20 mA (standard przemysłowy)

• 0–10 V

• HART

• Modbus RTU / TCP

• Profibus, Profinet, Ethernet/IP

Należy uwzględnić: gęstość medium, ciśnienie robocze, średnicę rurki prowadzącej oraz materiał (stal nierdzewna, tytan, tworzywo, PFA).

Tak, np. magnetostrykcyjne z dwoma pływakami mogą mierzyć poziom cieczy lekkiej (np. oleju) i granicę z cieczą cięższą (np. wodą).

Długość aktywna powinna odpowiadać zakresowi pomiarowemu – od minimalnego do maksymalnego poziomu cieczy w zbiorniku. Dodatkowo należy uwzględnić: wysokość króćców, strefy martwe (dead zones) oraz wymagane strefy ochronne (np. dla pływaka).

Tak, ale należy unikać pływaków mechanicznych – zamiast tego stosuje się radarowe lub hydrostatyczne przetworniki poziomu odporne na osady i zanieczyszczenia.

Pływaki mogą się zatrzymywać lub przemieszczać z opóźnieniem. W takich przypadkach lepiej sprawdzają się radarowe lub pojemnościowe przetworniki poziomu, które nie wymagają kontaktu z ruchomymi częściami.

• FDA – dla materiałów dopuszczonych do kontaktu z żywnością

• EHEDG – dla projektów higienicznych

• 3-A Sanitary – głównie w USA

Przetwornik powinien mieć gładką powierzchnię, być łatwy do mycia CIP/SIP i wykonany z odpowiednich materiałów (np. 316L, PTFE).

Nie – klasyczne konstrukcje magnetyczne typu by-pass są projektowane do pracy w pozycji pionowej. Poziomy montaż uniemożliwia prawidłowe działanie pływaka.

Wskaźnik instaluje się bocznie, równolegle do zbiornika, łącząc go króćcami procesowymi – zwykle typu kołnierzowego, gwintowanego lub Tri-Clamp. Należy zadbać o szczelność i prawidłowy przepływ medium między zbiornikiem a rurą wskaźnikową.

Tak, pod warunkiem że konstrukcja urządzenia i sposób montażu zapewniają odporność mechaniczną – dotyczy to zwłaszcza przetworników z prowadnicą i pływakiem. Alternatywą są czujniki radarowe lub ultradźwiękowe.

Zazwyczaj nie – ale zaleca się kontrolę wizualną i ewentualne czyszczenie (np. z osadów). W agresywnych mediach warto co pewien czas sprawdzić stan pływaka i elementów zewnętrznych.

Hydrostatyczny mierzy nacisk cieczy na czujnik (ciśnienie słupa cieczy), a magnetyczny odczytuje pozycję pływaka z magnesem. Ten pierwszy jest prostszy i tańszy, ale może być mniej precyzyjny przy zmiennej gęstości medium.

Nie – potrzebny jest kontakt z medium (w rurze bypassowej). Do bezkontaktowego pomiaru przez ściankę stosuje się czujniki radarowe FMCW lub ultradźwiękowe.

Tak, ale należy dobrać smukły pływak i ewentualnie cienką prowadnicę. Przetworniki radarowe i hydrostatyczne lepiej sprawdzają się w takich warunkach.

Tak – pojemnościowe i ultradźwiękowe czujniki działają z cieczami przewodzącymi. Należy jednak dobrać elektronikę odporną na zakłócenia elektromagnetyczne.

Tak – należy dobrać materiały odporne chemicznie (np. PTFE, PVDF, Hastelloy, tytan). Pływak, prowadnica, obudowa i uszczelnienia muszą być dostosowane do właściwości medium.

• brak odpowietrzenia zbiornika

• nieodpowiednie usytuowanie czujnika (np. w strudze cieczy)

• niewłaściwy materiał pływaka

• montaż w strefie martwej

• brak kompensacji temperatury lub gęstości

Tak – większość nowoczesnych wskaźników magnetycznych może być wyposażona w bistabilne kontaktrony lub przekaźniki montowane na zewnętrznej obudowie wskaźnika (prowadnicy). Dzięki temu można ustawić sygnalizację poziomu minimalnego, maksymalnego lub alarmowego. Kontaktrony są aktywowane przez magnes w pływaku, a ich pozycję można regulować bez demontażu urządzenia. To rozwiązanie szczególnie przydatne w aplikacjach procesowych, gdzie wymagane jest zabezpieczenie przed suchobiegiem pompy, przepełnieniem zbiornika lub awarią systemu chłodzenia.

Tak, ale należy dobrać odpowiedni materiał pływaka oraz uszczelnień (np. stal nierdzewna AISI 316L, PTFE). Przy dużych wahaniach temperatury warto też zadbać o kompensację rozszerzalności materiałowej.

• zmienna gęstość cieczy

• niewłaściwa kompensacja temperatury

• niedokładne odpowietrzenie rurki pomiarowej

• brak uwzględnienia ciśnienia atmosferycznego (przy wersjach bez kompensacji)

Tak, ale należy zachować odstęp od mieszadła i strugi przepływu. Warto stosować osłony pływaka lub przegrody uspokajające (stilling well), które chronią pływak przed zawirowaniami.

• EPDM – woda, alkohole

• FKM (Viton) – oleje, paliwa, wysokie temperatury

• PTFE – agresywna chemia

• NBR – standardowa odporność na oleje

  Dobór zależy od temperatury, ciśnienia i rodzaju cieczy.

Tak – w aplikacjach z cieczami zestalającymi się w niskich temperaturach (np. tłuszcze, ciecze procesowe), dostępne są wersje z płaszczem grzewczym z parą wodną lub medium termicznym.

• Uszkodzenie pływaka (np. przez korozję lub uderzenie)

• Zanieczyszczenie prowadnicy przez osady

• Niewłaściwy dobór materiałów do medium

• Nieszczelność układu bypassowego

• Uszkodzenie magnetycznych klapek lub wskaźnika

Tak – wystarczy wyposażyć go w przetwornik poziomu z odpowiednim protokołem komunikacyjnym (np. 4–20 mA, HART, Modbus, Profibus). Umożliwia to pełną integrację z systemami SCADA, DCS czy BMS.

W praktyce – nie. Stosuje się silne magnesy trwałe (najczęściej neodymowe lub ferrytowe), które zachowują swoje właściwości przez wiele lat. Jedynie bardzo wysoka temperatura (>150°C) lub uszkodzenia mechaniczne mogą wpływać na spadek siły pola magnetycznego.

• Pływakowe: dokładne, mechaniczne, bez zasilania, ale wymagają kontaktu z medium.

• Radarowe: bezkontaktowe, nadają się do cieczy pieniących się, agresywnych lub w wysokiej temperaturze.

Radar ma przewagę przy bardzo dynamicznych procesach lub trudnym medium.

Tak – pod warunkiem, że sygnał z przetwornika (np. radarowego lub hydrostatycznego) jest doprowadzony do zdalnego terminala. Przy pomiarze z góry konieczna jest odpowiednia długość prowadnicy lub anteny, a także uwzględnienie atmosfery zbiornika (wilgotność, para, gaz).

Regularnie kontrolować stan mechaniczy prowadnicy lub pływaka. Unikać montażu w miejscach o dużym zawirowaniu medium. Korzystać z czujników z funkcją autodiagnostyki. Stosować czujniki redundantne w kluczowych aplikacjach.