Sondy pojemnościowe nowoczesnym elementem do regulacji

POLITECHNIKA GDAŃSKA
Wydział Mechaniczny
Katedra Techniki Cieplnej
SEMINARIUM Z PRZEDMIOTU
AUTOMATYKA CHŁODNICZA I KLIMATYZACYJNA
Temat: Sondy pojemnościowe nowoczesnym elementem do regulacji poziomu
cieczy w aparatach instalacji chłodniczych.
JAROSŁAW POKORSKI
Mechanika i Budowa Maszyn
Systemy i Urządzenia Chłodnicze i Klimatyzacyjne
studia dzienne /sem. IX
Gdańsk 2007
1. Wstęp
W parownikach płaszczowo-rurowych typu zalanego, chłodnicach międzystopniowych,
osuszaczach i innych elementach instalacji chłodniczej, zachodzi konieczność utrzymania
stałego, niezależnego od wahań obciążenia cieplnego, poziomu ciekłego czynnika.
Do tego celu stosowane są:
· zawory pływakowe niskiego i wysokiego ciśnienia (bezpośredniego i
pośredniego działania),
· termostatyczne regulatory poziomu cieczy,
· elektroniczne regulatory poziomu cieczy
2. Elektroniczne sondy pionowe.
Poszczególne elementy systemu:
Elementy tego systemu można podzielić na trzy główne grupy:
1. Czujniki – źródła sygnału, które mierzą poziom czynnika chłodniczego w urządzeniu w
różnych kluczowych punktach, a następnie przekazują sygnał do pozostałej części
systemu regulacji.
2. Układy regulacyjne – otrzymują sygnał sterujący od czujników; stopień ich
skomplikowania jest bardzo zróżnicowany, zależny od spełnianej funkcji.
3. Elektroniczne zawory rozprężne – ich funkcją jest sterowanie przepływu czynnika
chłodniczego.
Rys 1. Schemat układu z zastosowaniem sondy przetwornikowej
Źródło: Materiały firmowe firmy ZTCh z Bydgoszczy
Czujnik - Zasada działania
Czujnik sondy montuje się pionowo w rurze poziomowskazowej, czasem bezpośrednio w
zbiorniku. Konstrukcja przetwornika w mierniku poziomu czynnika chłodniczego opiera się na
zasadzie pręta pojemnościowego. Pręt ten składa się z dwóch koncentrycznych rur
odizolowanych od siebie elektrycznie. Po podłączeniu do obwodu elektrycznego układ ten
działa jako kondensator. Czynnik chłodniczy, który wznosi się i opada w przestrzeni pomiędzy
tymi rurami, zmienia pojemność kondensatora, co jest wykorzystywane do określenia
poziomu płynu.
· zakres pomiaru (do około 4,27m) określony jest długością pręta kondensatora
i może być znacznie większy niż w tradycyjnym czujniku mechanicznym
· wykonanie czujnika w postaci koncentrycznej uniezależnia pomiar poziomu
czynnika od kształtu zbiornika czy walczaka
· przetworniki tego typu kalibrowane są dla większości najbardziej popularnych
czynników chłodniczych co eliminuje trudny i czasochłonny proces kalibracji w
czasie uruchamiania urządzenia
· układ ten charakteryzuje duża dokładność pomiaru oraz ekonomiczność, a
także brak ruchomych elementów, narażonych na zużycie
Rys. 2 Schemat montażu sondy Vari-Level® produkcji firmy Hansen
Źródło: TCHIK 8/2002; str.325
Rys. 3 Elektroniczny przetwornik poziomu typu AKS41/41U firmy Danfoss
Źródło: Dokumentacja techniczna
Rys. 4 Konstrukcja elektronicznego przetwornika poziomu cieczy typu AKS41/41U firmy Danfoss
Źródło: Dokumentacja techniczna
Zastosowanie:
· osuszacze układów pompowych i innych recyrkulacyjnych
· zbiorniki magazynowe cieczy, przykładowo za skraplaczem
· parowniki typu zalanego
· chłodnice międzystopniowe
· zbiorniki ukł. przetłaczania cieczy
Zalety tego rozwiązania:
- poziomo cieczy w zbiorniku odwzorowany jest za pomocą ciągłego sygnału elektrycznego
- łatwa możliwość zmiany nastaw w dużym zakresie podczas eksploatacji instalacji
chłodniczej, bezpotrzebny dokonywania przeróbek montażowych
- możliwość ciągłego cyfrowego wyświetlania rzeczywistej (brak cieczy pośredniczącej)
wysokości poziomu cieczy w zbiorniku
- możliwość usytuowania jednego lub więcej wyświetlaczy w dowolnym dogodnym dla nas
miejscu
- zautomatyzowana kontrola ilości czynnika w instalacji
- możliwość podłączenia do komputera centralnego, sterownika programowalnego PLC lub
innych urządzeń regulacyjnych, sygnalizacyjnych itp.
- sygnał wyjściowy sondy jest z tłumieniem zakłóceń rozbryzgowych cieczy w zbiorniku
3. Jednopunktowe czujniki i wyłączniki poziomu cieczy
Te zwarte jednopunktowe czujniki i wyłączniki poziomu cieczy umożliwiają ekonomiczne
rozwiązanie niezawodnego i dokładnego wykrywania poziomu cieczy. Skonstruowano je do
wykrywania obecności cieczy w określonym miejscu zbiorników z ciekłym czynnikiem
chłodniczym.
Niskonapięciowy, kompatybilny komputerowo sygnał wyjściowy z czujnika poziomu
może być wykorzystany bezpośrednio przez komputery zakładowe, sterowniki
programowalne PLC, przekaźniki półprzewodnikowe lub inne regulatory. Wyjście z
przekaźnika wyłącznika poziomu można bezpośrednio połączyć z cewką zaworów
elektromagnetycznych, alarmami i komputerami.
Główne cechy:
– Brak elementów ruchomych w czujniku pomiarowym,
– Możliwe niskie temperatury czynnika chłodniczego ,
– Elektronika typu plug-in,
– Nadają się do amoniaku, R22, R134a, R404a, R507 i innych zaaprobowanych przez firmę Hansen
czynników chłodniczych,
– Nie zakłócają ich pracy normalne rozbryzgi ani powłoka olejowa,
– Korpus czujnika pomiarowego wykonany jest ze stali nierdzewnej.
Zastosowanie:
Czujniki i wyłączniki te skonstruowano specjalnie do zastosowania w instalacjach chłodniczych.
Zapewniają jedno-punktowe wykrywanie poziomu ciekłego czynnika chłodniczego w:
· zbiornikach cieczy,
· chłodnicach międzystopniowych,
· zbiornikach z regulowanym ciśnieniem,
· agregatach do chłodzenia cieczy "chillerach",
· agregatach sprężarkowych,
· zespołach pompowych, osuszaczach i zalanych parownikach.
W wielu wypadkach jednopunktowe czujniki i wyłączniki poziomu są stosowane zamiast
wyłączników pływakowych np. do alarmów przy zbyt niskim i zbyt wysokim poziomie łącznie z
komputerami zakładowymi, programowalnymi sterownikami lub zaworami elektromagnetycznymi
odcinającymi.
Rys. 5 Typowe zastosowania czujników jednopunktowych
Źródło: Materiały firmowe firmy ZTCH z Bydgoszczy
Rys. 6 Jednopunktowy wyłącznik poziomu cieczy SPS firmy Hansen
Źródło: Materiały firmowe firmy ZTCH z Bydgoszczy
4. Podsumowanie i wnioski.
Ø w układach chłodniczych sterowanych w sposób tradycyjny poszczególne elementy
stanowią jednostki niezależne. Elektroniczny system regulacji poziomu może połączyć
je w jeden zintegrowany system o dużej precyzji działania, sterowany lokalnie lub
centralnie przy pomocy komputera,
Ø funkcjonowanie ukł. chłodniczego w pełnej automatyce zapewnia stabilność pracy,
przykładowo zawór rozprężny sterowany przez ukł. regulacyjny nie wymaga żadnego
dostrajania. Modulowanie czasu wtrysku czynnika chłodniczego zapewnia
regulowanie poziomu cieczy bez oscylacji ciśnienia. W ten sposób sprężarka ma
zapewnione optymalne warunki pracy, a jednocześnie chłodzenie utrzymywane jest
w bardzo wąskich granicach, co całościowo ma bezpośrednie przełożenie na
zoptymalizowane zużycie energii elektrycznej,
Ø z pewnością dość poważną barierą wdrażania tych, że rozwiązań są koszty samej
inwestycji, które przy zautomatyzowaniu całej instalacji wyposażeniu jej w system
wizualizacji są zbyt wysokie dla potencjalnych nabywców powyższych rozwiązań.
LITERATURA:
[1] „Automatyka chłodnicza i klimatyzacyjna” Z.Bonca; Wydawnictwo Uczelniane WSM
Gdynia; Gdynia 1993
[2] „Technika Chłodnicza i Klimatyzacyjna” 6-7/2002; str. 261-262; „Elektroniczne układy
regulacji poziomu czynnika w urządzeniach chłodniczych – gotowe rozwiązania”.
[3] „Technika Chłodnicza i Klimatyzacyjna” 8/2000; str. 365-368; „Regulacja i sygnalizacja
poziomu cieczy”.
[4] „Technika Chłodnicza i Klimatyzacyjna”8/2002; str. 325-326; „Poziomowskazy elektryczne
PE1”.
[5] Materiały i katalogi firmowe firmy Danfoss oraz Hansen