Hvordan velge og bruke flottørvæskenivåsensorer i industrielle konstruksjoner

Konstruktører bruker væskenivåsensorer – også kalt væskenivåbrytere eller flottørsensorer – i kritiske roller for sikker og effektiv systemdrift på tvers av et økende utvalg av industrielle bruksområder, fra oppvarming, ventilasjon og klima (HVAC), vann- og avløpsvannbehandling, og kjemiske og petrokjemiske behandlingssystemer, til mat- og drikkevareproduksjon. Selv om det er mulig å konstruere væskenivåsensorer fra bunnen av slik at de oppfyller de stadig mer krevende kravene til konstruksjoner med hensyn til nøyaktighet, energieffektivitet og robusthet, kan det raskt bli en kompleks, tidkrevende og ikke minst kostbar prosess når konstruktører må sorterer gjennom alt av sensorteknologialternativer, emballasje, grensesnitt og forskriftskrav.

I stedet kan utviklere bruke ferdigløsninger med reed-bryterbasert deteksjon som er klar for bruk rett ut av boksen, der regulatorisk godkjenning for UL og IP65 allerede er innhentet. Fordi de bruker reed-bryterteknologi, er de også ofte klassifisert for over 10 millioner sykluser. De kan også håndtere høyeffektbelastninger med lav kontaktmotstand for å gi økt virkningsgrad, og de har null strømforbruk.

Denne artikkelen ser nærmere på viktige konstruksjonshensyn som må tas når flottørvæskenivåbrytere skal velges. Deretter tar den for seg fordelene av å bruke reed-bryterteknologi, for så å introdusere flere væskenivå/flottørsensor-løsninger fra TE Connectivity (TE) og hvordan de brukes.

Velge en flottørvæskenivåsensor

Flottørvæskenivåbrytere brukes til en rekke formål, for eksempel varsle hvis væskenivået stiger eller faller til potensielt farlige nivåer, bidra til å beskytte utstyret mot overoppheting, opprettholde riktige forhold mellom materialer som blandes og redusere risikoen for brann. Valg av flottørvæskenivåbryter for et bestemt bruksområde krever en klar forståelse av konstruksjonsvilkårene og -kravene med hensyn til følgende:

• Hva er væsken og hva er dens temperatur og trykk?
• Krever installasjonen en bryter som er normalt er åpen (N.O. – normally open) eller normalt lukket (N.C. – normally closed)?
• Er det nødvendig med en enpolet enveisbryter (SPST – single-pole single-throw) eller enpolet toveisbryter (SPDT – single-pole double-throw)?
• Hvilken bryterorientering er nødvendig: Horisontal fra siden, montert øverst eller montert nederst?
• Er en nivåindikator som kun indikerer «full», «delvis full» eller «tom» tilstrekkelig, eller må flere væskenivåer overvåkes?

Væsken og dens tilstand er viktige hensyn som må tas, og forskjellige brytermaterialer er egnet for ulike konstruksjonsbehov. Krevende konstruksjoner som omfatter vann med høy temperatur, drivstoff og oljer kan ha behov for et glassfylt polyfenylensulfidhus som er klassifisert for temperaturer på opptil +130 grader Celsius (°C) og trykk på 4,7 bar.

Vertikale væskenivåbrytere kan ha hus som er opptil en meter lange og bruke stive materialer, for eksempel ulike plastmaterialer, messing eller rustfritt stål. Mindre krevende installasjoner, for eksempel vanntanker, kan bruke relativt billige acetal- og skumpolypropylenhus som er klassifisert for opptil +60 °C og 0,34 bar. I tillegg til å bruke det riktige brytermaterialet, er det viktig å velge riktig bryterteknologi når væskenivåsensorer skal spesifiseres.

Fordeler med reed-bryterteknologi

Reed-brytere er en moden og pålitelig teknologi. Flottørvæskenivåbrytere som bruker reed-bryterteknologi er passive enheter som ikke trenger noen ekstern strømkilde for å fungere. Vekslingshandlingen i disse sensorene initieres av interaksjonen mellom en permanent magnet i flottøren og den stasjonære reed-bryteren.

Disse sensorene bruker en flyttbar flottør med en integrert magnet for å aktivere én eller flere reed-brytere i sensorhuset (figur 1). Magneten beveger seg (flyter) fra bunnen til toppen av bryteren når væskenivået stiger og faller når væskenivået synker. Når magneten beveger seg mot eller vekk fra reed-bryteren, slås den PÅ eller AV, avhengig av konfigurasjonen.

Figur 1: Flottøren beveger seg opp og ned langs stammen (venstre) når væskenivået stiger og faller. Stammen inneholder den stasjonære reed-bryteren (midten), og når magneten i flottøren (høyre) kommer nær, åpnes eller lukkes bryteren avhengig av konfigureringen. (Bildekilde: TE Connectivity)

Påliteligheten til disse sensorene er et resultat av flere faktorer: De har kun én bevegelig del, de er konstruert med materialer som er kompatible med væsker, og de har en hermetisk forseglet reed-bryter med Ruthenium-kontaktpunkter som er klassifisert for over 10 millioner svitsjeoperasjoner.

Reed-brytere kan operere pålitelig i omgivelser med høye temperaturer. De har en høy isolasjonsklassifisering når bryteren er AV, og et strømforbruk som er lavere enn faststoff-bryterteknologier. Det å oppfylle krav til elektromagnetisk kompatibilitet (EMC) med reed-brytere er enklere, og kun minimal testing er nødvendig.

Reed-bryterbaserte væskenivåsensorer

Konstruktører kan benytte væskenivåsensorer fra TE for å dra nytte av fordelene med reed-bryterteknologien. Med TE kan konstruktører velge mellom nesten 20 vertikale og horisontale væskenivåbrytere som er tilgjengelige i seks familier, og som er konstruert med et bredt spekter av materialer med ulike alternativer for veksling, sammenbygging og kabling (figur 2).

Figur 2: Flottørvæskenivåsensorer fra TE Connectivity er tilgjengelige i en rekke konfigurasjoner, deriblant vertikalt feste og sidefeste, opptil 90-graders vinkel og universalfestebeslag. (Bildekilde: TE Connectivity)

Væskenivåbrytere fra TE er klassifisert for opptil 250 volt vekselstrøm (AC) eller 200 volt likestrøm (DC). De er ISO/TS 16949-sertifisert for produkter i bilindustrien og ISO (International Organization of Standardization)-sertifisert for industrielle installasjoner. Noen modeller har UL-godkjenning og WRAS (Water Regulations Advisory Scheme)-godkjenning fra Storbritannia. De er klassifisert for over 10 millioner vekslingssykluser og er konstruert for enkel installasjon og service i felten. Hvis disse bryterne skulle bli skadet, kan de enkelt byttes ut.

Væskenivåsensorer som tilbys av TE kan måle når en tank er full, tom eller delvis fylt, og noen modeller kan måle flere væskenivåer. Enheter som VS801-51-vertikalnivåsensoren med et glassfylt polypropylenhus er konstruert for bruk i vann, er tilgjengelige med N.O. (normalt åpen)- eller N.C. (normalt lukket)-brytere og SPST- eller SPDT-konfigurasjoner. VCS-06, som er konstruert ved å bruke glassfylt nylon 6.6, er tilgjengelig med N.O.- eller N.C.-brytere i SPST-konfigurasjon (figur 3). Begge sensorene er tilgjengelige for bruk i konstruksjoner som involverer kokende vann og drivstoff, der noen modeller er klassifisert for drift i opptil +130 °C og 4 bar trykk.

Figur 3: Nivåsensorer i VCS-06-serien kan monteres enten øverst eller nederst på en væskebeholdertank, og flottøren kan orienteres slik at den er en N.O.- eller N.C.-kontakt. (Bildekilde: TE Connectivity)

For konstruksjoner som må måle individuelle væskenivåer mellom full og tom, kan konstruktører bruke horisontale væskenivåbrytere. UL-godkjente eksempler omfatter følgende:

• LS309-32, laget med glassfylt nylon 6.6 og beregnet for bruk i olje, drivstoff og ikke-ioniske væsker. Den har SPST-konfigurasjon, standard svingbevegelse på 40,4 millimeter (mm), og er klassifisert for 200 volt likestrøm eller 250 volt vekselstrøm, med belastninger på opptil 70 watt (W) (figur 4).
• LCS-03, med et hus av acetal/polypropylen og en flottør av skumpolypropylen. Denne er konstruert for bruk i plassbegrensede konstruksjoner med vann og avløpsvann. Den kommer med en kort og kompakt horisontal svingbevegelse (35,5 mm), og med en kabel eller integrert kontakt. Den er N.C. når flottøren er horisontal og er klassifisert for 48 volt likestrøm og opptil 40 W.
• LDS309-11N, med et hus og en flottør av glassfylt nylon 6.6, og beregnet for bruk i olje, drivstoff og ikke-ioniske væsker med trykk på opptil 4,7 bar. Den er i stand til å registrere små endringer i væskenivået med en tett differensialbevegelse på 8,65 mm mellom aktivering og deaktivering. Enheten bruker SPST-veksling og er klassifisert for belastninger på opptil 70 W og spenninger på opptil 200 volt likestrøm eller 250 volt vekselstrøm.

Figur 4: Horisontal-væskenivåbryteren LCS309-32 har en standard svingbevegelse på 40,4 mm og er konstruert for bruk i olje, drivstoff og ikke-ioniske væsker. (Bildekilde: TE Connectivity)

Når enkeltnivåmåling ikke er tilstrekkelig, kan konstruktører bruke brytere med utvidet rekkevidde som kan være opptil én meter lange. For eksempel bruker EVS312-51N to brytere for å gi indikasjon med tre forskjellige nivåtilstander (figur 5). Høy-bryteren er en N.C.-enhet og lav-bryteren er en N.O.-enhet.

Figur 5: Brytere med utvidet rekkevidde, for eksempel EVS312-51N, bruker to brytere for å gi indikasjon med tre forskjellige nivåtilstander. (Bildekilde: TE Connectivity)

Når flottøren er ved den øvre grensen, er begge bryterne åpne; når den er ved den nedre grensen, er begge bryterne lukket; og når den er mellom den øvre og nedre grensen, er den høye bryteren lukket og den lave bryteren åpen (tabell 1).

Tabell 1: Høy-bryteren og lav-bryteren i EVS312-51N kan brukes til å indikere tre forskjellige nivåtilstander. (Bildekilde: TE Connectivity)

EVS312-51N har et hus av nylon 6.6 og en flottør av glassfylt nylon 6.6, og den er klassifisert for 175 volt likestrøm eller 125 volt vekselstrøm med en belastning på opptil 5 W. Den tilbys i interne og eksterne monteringskonfigurasjoner.

Konklusjon

Væskenivåsensorer basert på reed-brytere gir konstruktører et pålitelig og holdbart valg for tøffe og krevende bruksområder. Bryterne kommer i en rekke forskjellige konfigurasjoner for å måle når en væskebeholdertank er full eller tom, eller når væsken er på et forhåndsbestemt nivå mellom full og tom, og noen kan måle flere væskenivåer. De trenger heller ingen ekstern strømkilde, og de kan enkelt oppfylle EMC-krav.

Anbefalt lesing:

1. Materialvalg for væskenivåsensorer