Cum se selectează și se utilizează senzorii de nivel de lichid cu flotor în aplicațiile industriale

Proiectanții folosesc senzori de nivel de lichid – numiți și comutatoare de nivel de lichid sau senzori cu flotor – în roluri critice pentru funcționarea sigură și eficientă a sistemelor, într-o gamă tot mai largă de aplicații industriale, de la sisteme de încălzire, ventilație și aer condiționat (HVAC), tratarea apei și a apelor uzate și sisteme de procesare chimică și petrochimică, până la producția de alimente și băuturi. Deși senzorii de nivel de lichid pot fi proiectați de la zero pentru a îndeplini cerințele din ce în ce mai exigente ale aplicațiilor în ceea ce privește acuratețea, eficiența energetică și robustețea, acest lucru poate deveni rapid un proces complex, care durează mult timp și care este, în cele din urmă, costisitor, deoarece proiectanții trebuie să identifice opțiunile tehnologice de detectare, ambalarea, interfețele și cerințele de reglementare.

În schimb, proiectanții pot utiliza soluții preambalate cu detecție pe bază de comutatoare ermetice cu gaz inert, care sunt complete și utilizabile direct din cutie, cu aprobarea de reglementare pentru UL și IP65 deja obținută. De asemenea, deoarece utilizează tehnologia comutatorului ermetic cu gaz inert, acestea sunt adesea evaluate la peste 10 milioane de cicluri, pot gestiona sarcini de mare putere cu rezistență de contact redusă, pentru eficiență sporită și au un consum de energie zero.

Acest articol trece în revistă considerentele cheie privind proiectarea care trebuie luate în calcul atunci când se selectează comutatoarele de nivel de lichid cu flotor. În continuare, se discută despre avantajele utilizării tehnologiei comutatoarelor ermetice cu gaz inert, înainte de a prezenta mai multe soluții de senzori de nivel de lichid/cu flotor de la TE Connectivity (TE) și modul în care acestea sunt aplicate.

Selectarea unui senzor de nivel de lichid cu flotor

Comutatoarele de nivel de lichid cu flotor sunt utilizate în diverse scopuri, cum ar fi activarea alarmelor în cazul în care nivelul lichidului crește sau scade la niveluri potențial periculoase, ajutând la protejarea echipamentului împotriva supraîncălzirii, menținând proporțiile adecvate ale materialelor amestecate și reducând riscul de incendii. Selectarea unui comutator de nivel de lichid cu flotor pentru o aplicație specifică necesită o înțelegere clară a condițiilor de proiectare și a cerințelor în ceea ce privește următoarele aspecte:

• Care este lichidul și care este temperatura și presiunea acestuia?
• Aplicația necesită un comutator care să fie normal deschis (N.O.) sau normal închis (N.C.)?
• Este necesară comutarea monopolară pentru un singur circuit (SPST) sau monopolară pentru două circuite (SPDT)?
• Ce orientare a comutatorului este necesară: orizontal din lateral, montat în partea de sus sau montat în partea de jos?
• Este suficient un singur indicator al stării nivelului, cum ar fi „plin”, „parțial plin” sau „gol”, sau trebuie monitorizate mai multe niveluri ale lichidului?

Lichidul și condiția acestuia sunt considerente importante; diferite materiale pentru corpul comutatorului sunt potrivite pentru diferite nevoi ale aplicațiilor. Aplicațiile solicitante, cum ar fi apa, combustibilii și uleiurile la temperaturi ridicate, pot necesita o carcasă din sulfură de polifenilen umplută cu sticlă, evaluată pentru o temperatură de până la +130 grade Celsius (°C) și presiuni de 4,7 bari.

Comutatoarele verticale de nivel de lichid pot avea corpuri de până la un metru lungime și folosesc materiale rigide, cum ar fi diverse materiale plastice, alamă sau oțel inoxidabil. Aplicațiile mai puțin solicitante, cum ar fi rezervoarele de apă, pot utiliza corpuri relativ ieftine din acetal și polipropilenă spumată, care sunt specificate pentru o temperatură nominală de până la +60 °C și 0,34 bari. Pe lângă utilizarea materialului adecvat pentru corpul comutatorului, selectarea tehnologiei de comutare este un aspect important atunci când se specifică senzorii de nivel de lichid.

Beneficiile tehnologiei comutatorului ermetic cu gaz inert

Comutatoarele ermetice cu gaz inert reprezintă o tehnologie matură și fiabilă. Comutatoarele de nivel de lichid cu flotor care utilizează tehnologia comutatorului ermetic cu gaz inert sunt dispozitive pasive și nu au nevoie de o sursă de alimentare externă pentru a funcționa. Acțiunea de comutare a acestor senzori este inițiată de interacțiunea dintre un magnet permanent din flotor și comutatorul ermetic cu gaz inert staționar.

Acești senzori utilizează un flotor mobil care are un magnet încorporat pentru a activa unul sau mai multe comutatoare ermetice cu gaz inert în corpul senzorului (Figura 1). Magnetul se deplasează (plutește) din partea de jos spre partea de sus a comutatorului atunci când nivelul lichidului crește, și invers atunci când nivelul lichidului scade. Pe măsură ce magnetul se apropie sau se îndepărtează de comutatorul ermetic cu gaz inert, acesta se activează sau se dezactivează, în funcție de configurație.

Figura 1: flotorul se deplasează în sus și în jos pe tijă (stânga) pe măsură ce nivelul lichidului crește și scade. Tija conține comutatorul ermetic cu gaz inert staționar (centru) și, pe măsură ce magnetul din flotor (dreapta) se apropie, comutatorul se deschide sau se închide, în funcție de designul său. (Sursa imaginii: TE Connectivity)

Fiabilitatea acestor senzori rezultă din mai mulți factori: au o singură piesă mobilă, sunt construiți cu materiale compatibile cu lichidele și au un comutator ermetic cu gaz inert etanșat, cu puncte de contact din ruteniu, cu o capacitate nominală de peste 10 milioane de comutări.

Comutatoarele ermetice cu gaz inert pot funcționa în mod fiabil în medii cu temperaturi ridicate. Acestea au un grad ridicat de izolare atunci când comutatorul este oprit, cu un consum de curent mai mic decât tehnologiile comutatoarelor în stare solidă. Îndeplinirea cerințelor de compatibilitate electromagnetică (CEM) cu comutatoarele ermetice cu gaz inert este simplificată și sunt necesare doar teste minime.

Senzori de nivel de lichid pe bază de comutator ermetic cu gaz inert

Proiectanții pot alege senzorii de nivel de lichid de la TE pentru a beneficia de avantajele tehnologiei cu comutator ermetic cu gaz inert. TE permite proiectanților să aleagă din aproape 20 de comutatoare de nivel de lichid verticale și orizontale, disponibile în șase familii, și care sunt fabricate folosind o gamă amplă de materiale cu diverse opțiuni de comutare, fiting și cablu (Figura 2).

Figura 2: senzorii de nivel de lichid cu flotor de la TE Connectivity sunt disponibili într-o varietate de configurații, inclusiv pentru montare verticală și laterală, cu unghiuri de până la 90° și fitinguri de montare universale. (Sursa imaginii: TE Connectivity)

Comutatoarele de nivel de lichid TE au o tensiune nominală de până la 250 de volți de curent alternativ (c.a.) sau 200 de volți de curent continuu (c.c.). Acestea au certificare ISO/TS 16949 pentru produse auto și certificare de la Organizația Internațională de Standardizare (ISO) pentru aplicații industriale. Unele modele au aprobarea UL și aprobarea WRAS (Water Regulations Advisory Scheme) din Regatul Unit. Acestea au o capacitate nominală de peste 10 milioane de cicluri de comutare și sunt proiectate pentru instalare și întreținere ușoare pe teren. Dacă unul dintre aceste comutatoare se deteriorează, poate fi înlocuit cu ușurință.

TE oferă senzori de nivel de lichid care măsoară când un rezervor este plin, gol sau parțial plin, iar unele modele pot măsura mai multe niveluri de lichid. Dispozitivele precum senzorul de nivel vertical VS801-51 cu un corp din polipropilenă umplută cu sticlă sunt proiectate pentru utilizare în apă, sunt disponibile cu comutatoare N.O. sau N.C. și configurații SPST sau SPDT. VCS-06, care este fabricat folosind nailon 6.6 umplut cu sticlă, este disponibil cu comutatoare N.O. sau N.C. într-o configurație SPST (Figura 3). Ambii senzori sunt disponibili pentru utilizarea în aplicații care implică apă clocotită și carburanți, unele modele putând funcționa până la +130 °C și o presiune de 4 bari.

Figura 3: senzorul de nivel din seria VCS-06 poate fi montat fie în partea superioară, fie în partea inferioară a unui rezervor de stocare a lichidelor, iar flotorul poate fi orientat pentru a oferi un contact N.O. sau N.C. (Sursa imaginii: TE Connectivity)

Pentru aplicațiile în care trebuie să se măsoare niveluri individuale de lichid între plin și gol, proiectanții pot utiliza comutatoare de nivel de lichid orizontale. Exemplele cu aprobare UL includ:

• LS309-32, fabricat din nailon 6.6 umplut cu sticlă și destinat utilizării în ulei, combustibil și lichide neionice. Are o configurație SPST, o oscilație de activare standard de 40,4 milimetri (mm) și este evaluat pentru 200 de volți c.c. sau 250 de volți c.a., cu sarcini de până la 70 de wați (W) (Figura 4).
• LCS-03, cu o carcasă din acetal/polipropilenă și un flotor din polipropilenă spumată. Acesta este conceput pentru a fi utilizat în aplicațiile de apă și apă uzată cu spațiu limitat. Este prevăzut cu o oscilație scurtă orizontală compactă (35,5 mm) și cu un cablu sau un conector integrat. Este N.C. atunci când flotorul este orizontal și este evaluat pentru 48 de volți c.c. până la 40 W.
• LDS309-11N, cu o carcasă și un flotor din nailon 6.6 umplut cu sticlă și destinat utilizării în ulei, combustibil și lichide neionice cu presiuni de până la 4,7 bari. Acesta este capabil să detecteze mici modificări ale nivelului lichidului, cu o cursă diferențială apropiată de 8,65 mm între operare și eliberare. Dispozitivul utilizează comutarea SPST și este evaluat pentru sarcini de până la 70 W și tensiuni de până la 200 de volți c.c. sau 250 de volți c.a.

Figura 4: comutatorul orizontal de nivel de lichid LCS309-32 are o oscilație de activare standard de 40,4 mm și este proiectat pentru utilizare în ulei, combustibil și lichide neionice. (Sursa imaginii: TE Connectivity)

Atunci când o singură măsurătoare de nivel este insuficientă, proiectanții pot utiliza comutatoare cu rază de acțiune extinsă, care pot avea o lungime de până la un metru. De exemplu, EVS312-51N utilizează două comutatoare pentru a indica trei condiții de nivel diferite (Figura 5). Comutatorul de nivel înalt este un dispozitiv N.C., iar comutatorul de nivel scăzut este un dispozitiv N.O.

Figura 5: comutatoarele cu rază de acțiune extinsă, cum ar fi EVS312-51N, utilizează două comutatoare pentru a indica trei condiții de nivel diferite. (Sursa imaginii: TE Connectivity)

Când flotorul se află la limita superioară, ambele comutatoare sunt deschise; când se află la limita inferioară, ambele comutatoare sunt închise; iar când se află între limita superioară și cea inferioară, comutatorul de nivel înalt este închis și comutatorul de nivel scăzut este deschis (Tabelul 1).

Tabelul 1: comutatorul de nivel înalt și comutatorul de nivel scăzut din EVS312-51N se pot utiliza pentru a indica trei condiții de nivel diferite. (Sursa imaginii: TE Connectivity)

EVS312-51N are un corp din nailon 6.6 și un flotor din nailon 6.6 umplut cu sticlă și este evaluat pentru 175 de volți c.c. sau 125 de volți c.a. cu o sarcină de până la 5 W. Este oferit în configurații cu montare internă și externă.

Concluzie

Senzorii de nivel de lichid pe bază de comutator ermetic cu gaz inert reprezintă pentru proiectanți o alegere fiabilă și cu durată de viață lungă pentru aplicații dure și solicitante. Comutatoarele sunt disponibile într-o varietate de configurații pentru a măsura când un rezervor de lichid este plin sau gol, sau când lichidul se află la un nivel intermediar predeterminat, iar unele pot măsura mai multe niveluri de lichid. În plus, acestea nu au nevoie de o sursă de alimentare externă și pot îndeplini cu ușurință cerințele CEM.

Lectură recomandată:

1. Selecția materialelor pentru senzorii de nivel de lichid