Úszós folyadékszint-érzékelők kiválasztása és használata ipari alkalmazásokhoz

A tervezők a folyadékszint-érzékelőket – másnéven folyadékszint-kapcsolókat vagy úszós érzékelőket – az ipari alkalmazások egyre szélesebb körében használják a biztonságos és hatékony rendszerüzemeltetés érdekében a fűtési, szellőzési és légkondicionálási (HVAC), a víz- és szennyvízkezelési, valamint a vegyipari és petrolkémiai feldolgozórendszerektől az élelmiszer- és italgyártásig. Bár folyadékszint-érzékelők nulláról indulva is kifejleszthetők úgy, hogy megfeleljenek a pontosság, az energiahatékonyság és a robusztusság egyre szigorúbb alkalmazási követelményeinek, ez azonban gyorsan összetett, időigényes és végül költséges folyamattá válhat, ahogyan a tervezők sorra veszik az érzékelési technológia lehetőségeit, valamint a tokozással, az interfészekkel és az előírásokkal kapcsolatos követelményeket.

Ehelyett lehetőségük van reed-kapcsoló alapú, azonnali használatra kész érzékelési megoldások alkalmazására, amelyek már rendelkeznek UL és IP65 jóváhagyással. Mivel reed-kapcsolós technológiát használnak, névleges élettartamuk gyakran több 10 millió ciklusnál, a hatékonyság növelése érdekében erősáramú terhelések elviselésére is képesek alacsony átmeneti ellenállás mellett, valamint energiafogyasztásuk egyenlő nullával.

Ez a cikk áttekinti az úszós folyadékszint-kapcsolók kiválasztásakor figyelembe veendő legfontosabb tervezési szempontokat. Ezt követően tárgyalja a reed-kapcsolós technológia használatának előnyeit, majd bemutatja a TE Connectivity (TE) több folyadékszint- és úszós érzékelő megoldását, valamint azok alkalmazási módját.

Az úszós folyadékszint-érzékelő kiválasztása

Az úszós folyadékszint-kapcsolókat számos célra használják, például arra, hogy riasztást adjanak, ha a folyadékszint potenciálisan veszélyes szintre emelkedik vagy csökken, segítsenek megvédeni a berendezéseket a túlmelegedéstől, fenntartani a keverendő anyagok megfelelő arányát, illetve csökkenteni a tűzveszélyt. Egy úszós folyadékszint-kapcsolónak egy adott alkalmazáshoz való megfelelő kiválasztásához megkövetelt a tervezési feltételek és követelmények világos ismerete a következők tekintetében:

• Milyen folyadékról van szó, milyen a hőmérséklete és a nyomása?
• Az alkalmazáshoz alaphelyzetben nyitott (NO) vagy alaphelyzetben zárt (NC) kapcsolóra van szükség?
• Egypólusú egyáramkörös (SPST) vagy egypólusú kétáramkörös (SPDT) kapcsolásra van szükség?
• Hogyan kell tájolni a kapcsolót: oldalról vízszintesen, felülre vagy alulra szerelve?
• Elegendő-e egyetlen szintállapot mutató (például „tele”, „részben tele” vagy „üres”), vagy a folyadék több szintjét is figyelni kell?

A folyadék és annak állapota fontos szempont mivel a különböző kapcsolótestanyagok különböző alkalmazási igényeknek felelnek meg. Az olyan igényes alkalmazásokhoz, mint a magas hőmérsékletű víz, üzemanyag és olaj mérése akár +130 °C névleges hőmérsékletű és 4,7 bar névleges nyomású, üveggel töltött polifenilén-szulfid házra is szükség lehet.

A függőleges folyadékszint-kapcsolók akár egy méter hosszú testtel is rendelkezhetnek, és merev anyagokból épülhetnek fel, mint például különböző műanyagok, sárgaréz vagy rozsdamentes acél. Kevésbé igényes esetekben – például víztartályokhoz – viszonylag olcsó acetál és habosított polipropilén testek használhatók, amelyek +60 °C hőmérsékletig és 0,34 bar nyomásig alkalmazhatók. A megfelelő kapcsolótestanyag mellett fontos megfelelő kapcsolási technológia mellett dönteni a folyadékszint-érzékelők kiválasztásakor.

A reed-kapcsolós technológia előnyei

A reed-kapcsolók kiforrott és megbízható technológiát képviselnek. Az ilyen technológiát alkalmazó úszós folyadékszint-kapcsolók passzív eszközök. Működésükhöz nincs szükség külső áramforrásra. A kapcsolási műveletet az úszóban lévő állandó mágnes és az álló reed-kapcsoló kölcsönhatása indítja el bennük.

Ezek az érzékelők egy beágyazott mágnessel rendelkező mozgatható úszót használnak az érzékelőtestben lévő egy vagy több reed-kapcsoló aktiválásához (1. ábra). A mágnes a folyadékszint emelkedésekor a kapcsoló aljáról a kapcsoló teteje felé, a folyadékszint csökkenésekor pedig lefelé mozog (úszik). Ahogy a mágnes a reed-kapcsolóhoz közeledik vagy attól távolodik, az a konfigurációtól függően a kapcsoló be- vagy kikapcsolását okozza.

1. ábra: A folyadékszint emelkedésével és süllyedésével az úszó felfelé és lefelé mozog a száron (balról). A szár tartalmazza a helyhez kötött reed-kapcsolót (középen) és ahogy az úszóban lévő mágnes (jobbról) közeledik, a kapcsoló a kialakításától függően nyit vagy zár. (Kép: TE Connectivity)

Az ilyen érzékelők több tényezőnek köszönhetően megbízhatóak: egyetlen mozgó alkatrészük van, folyadékkal kompatibilis anyagból készülnek és hermetikusan lezárt, több mint 10 millió kapcsolási műveletre tervezett névleges élettartamú, ruténium érintkezési pontokkal ellátott reed-kapcsolóval rendelkeznek.

A reed-kapcsolók magas hőmérsékletű környezetben is megbízhatóan működnek. Ha a kapcsoló a KI állásban van, szigetelőképessége kiváló, áramfelvételük pedig kisebb, mint a félvezetőkapcsolós technológiáké. Az elektromágneses kompatibilitási (EMC) követelmények teljesítése a reed-kapcsolókkal egyszerűsödik és csak minimális tesztelésre van szükség.

Reed-kapcsoló alapú folyadékszint-érzékelők

A tervezők a reed-kapcsolós technológia előnyeinek kihasználása érdekében a TE folyadékszint-érzékelőihez fordulhatnak. A TE lehetővé teszi a tervezők számára, hogy hat elérhető családból a legkülönbözőbb anyagok felhasználásával készülő, különböző kapcsolási, szerelési és kábelezési lehetőségeket kínáló, közel 20 függőleges és vízszintes folyadékszint-kapcsoló közül válasszanak (2. ábra).

2. ábra: A TE Connectivity úszós folyadékszint-érzékelői számos konfigurációban kaphatók, beleértve a függőleges és oldalsó szerelést, maximum 90°-os szögig, valamint az univerzális szerelvényeket is. (Kép: TE Connectivity)

A TE folyadékszint-kapcsolók névleges feszültsége 250 V AC vagy 200 V DC. ISO/TS 16949 tanúsítvánnyal rendelkeznek az autóipari termékekre vonatkozólag, illetve a Nemzetközi Szabványügyi Szervezet (ISO) tanúsítványával az ipari alkalmazások tekintetében. Egyes modellek rendelkeznek UL jóváhagyással, illetve az Egyesült Királyság vízügyi előírásokkal kapcsolatos tanácsadó rendszerének (WRAS) jóváhagyásával is. Névleges élettartamuk több mint 10 millió kapcsolási ciklus és úgy tervezték őket, hogy könnyen felszerelhetők, illetve terepen könnyen szervizelhetők legyenek. Ha az egyik ilyen kapcsoló megsérül, könnyen kicserélhető.

A TE olyan folyadékszint-érzékelőket kínál, amelyek mérik, hogy egy tartály tele van, üres vagy részben töltött-e, illetve egyes modellek több folyadékszint mérésére is képesek. Az olyan eszközöket, mint az üveggel töltött polipropilén testtel rendelkező VS801-51 függőleges szintérzékelő, vízben való használatra tervezték, és alaphelyzetben nyitott vagy alaphelyzetben zárt kapcsolókkal, SPST vagy SPDT konfigurációban kaphatók. Az üveggel töltött nejlon-66 anyagból készülő VCS-06 alaphelyzetben nyitott vagy alaphelyzetben zárt kapcsolókkal, SPST konfigurációban érhető el (3. ábra). Mindkét érzékelő kapható forró vízhez és üzemanyagokhoz kapcsolódó alkalmazásokhoz, egyes modellek akár +130 °C hőmérsékleten és 4 bar nyomáson is működhetnek.

3. ábra: A VCS-06 sorozatú szintérzékelő a folyadéktároló tartály tetejére vagy aljára szerelhető fel, az úszót úgy lehet beállítani, hogy alaphelyzetben nyitott vagy alaphelyzetben zárt kapcsoló jöjjön létre. (Kép: TE Connectivity)

Az olyan alkalmazásokhoz, amelyekben a tele és üres folyadékszintek között, egyetlen köztes folyadékszintet is érzékelni kell, vízszintes folyadékszint-kapcsolók használhatók. UL jóváhagyással rendelkező eszközökre példák a következők:

• Üveggel töltött nejlon-66 anyagból készült LS309-32, amely olajban, üzemanyagban és nem ionos folyadékokban használható. SPST konfigurációval, 40,4 mm standard aktiválási kitéréssel, 200 V DC vagy 250 V AC névleges feszültséggel és maximum 70 W terhelhetőséggel rendelkezik (4. ábra).
• Acetál/polipropilén házzal és habosított polipropilén úszóval rendelkező LCS-03. Ezt az eszközt helyszűkében lévő víz- és szennyvízkezelési alkalmazásokhoz tervezték. Kompakt, vízszintes, rövid (35,5 mm) kitérésű és kábellel vagy beépített csatlakozóval rendelkezik. Az úszó vízszintes pozíciójában alaphelyzetben nyitott, névleges feszültsége 48 V DC, maximális terhelhetősége 40 W.
• Üveggel töltött nejlon-66 anyagú házzal és úszóval rendelkező LDS309-11N, amely olajban, üzemanyagban és nem ionos folyadékokban való használatra szolgál maximum 4,7 bar nyomásig. A bekapcsolt és kikapcsolt állapot közötti 8,65 mm-es szoros differenciális elmozdulás révén képes a folyadékszint kis mértékű változásainak érzékelésére. Az eszköz SPST kapcsolási módot használ, terhelhetősége maximum 70 W, névleges feszültsége 200 V DC vagy 250 V AC.

4. ábra: Az LCS309-32 vízszintes folyadékszint-kapcsoló 40,4 mm-es standard aktiválási kitéréssel rendelkezik és olajban, üzemanyagban, valamint nem ionos folyadékokban való használatra szolgál. (Kép: TE Connectivity)

Ha egyetlen szintmérés nem elegendő, a tervezők megnövelt működési tartományú, akár egy méter hosszú kapcsolókat is használhatnak. Az EVS312-51N például két kapcsolóval három különböző szintállapotot jelez (5. ábra). A felső High Switch egy alaphelyzetben zárt (NC), az alsó Low Switch pedig alaphelyzetben nyitott (NO) eszköz.

5. ábra: Az olyan megnövelt működési tartományú kapcsolók, mint az EVS312-51N, két kapcsolót használnak három különböző szintállapot jelzésére. (Kép: TE Connectivity)

Amikor az úszó a felső határértéknél van, mindkét kapcsoló nyitott; amikor az alsó határértéknél van, mindkét kapcsoló zárt és amikor a felső és az alsó határérték között van, a felső kapcsoló zárt, az alsó kapcsoló pedig nyitott (1. táblázat).

1. táblázat: Az EVS312-51N-ben található felső High Switch és alsó Low Switch három különböző szintállapot jelzésére használható. (Kép: TE Connectivity)

Az EVS312-51N teste nejlon-66, úszója üveggel töltött nejlon-66, névleges feszültsége 175 V DC vagy 125 V AC, terhelhetősége maximum 5 W.

Összegzés

A reed-kapcsolókon alapuló folyadékszint-érzékelők megbízható és hosszú élettartamú megoldást jelentenek a tervezők számára zord körülmények között működő és igényes alkalmazásokhoz. A kapcsolók különböző konfigurációkban kaphatók annak mérésére, hogy a folyadéktartály tele van vagy üres, illetve a folyadék a kettő között egy előre meghatározott szinten van, továbbá egyes kapcsolók több folyadékszint mérésére is képesek. Ezenkívül nincs szükségük külső áramforrásra és könnyen megfelelnek az EMC-vel kapcsolatos követelményeknek.

Ajánlott olvasnivaló

1. Anyagválasztás folyadékszint-érzékelőkhöz