Стандартной задачей, весьма распространенной в промышленности, в частности — в пищевой, является сигнализация достижения жидкостью в емкости определенного уровня. Существует много методов для решения данной задачи, но наиболее простым и недорогим способом является применение кондуктометрических датчиков уровня.
Такие датчики успешно могут работать с электропроводящими жидкостями проводимостью 0,2 См/м и более. К подобным жидкостям относятся питьевая и техническая вода, слабые растворы щелочей, кислот, сточные воды и пищевые жидкости (например квас или пиво).
Принцип работы кондуктивного сигнализатора уровня основан на том, что при достижении жидкостью в емкости определенного уровня, рабочая жидкость замыкает электрод датчика на корпус металлического резервуара либо на дополнительный электрод самого датчика, вызывая в цепи датчика электрический ток. В итоге замыкание цепи датчика приводит к срабатыванию реле, которое, в свою очередь, управляет соответствующей схемой.
Кондуктометрические датчики уровня по условиям температуры и давления принципиально способны работать при температурах до +350°С, и при давлениях до 6,3 МПа, что определяется материалом изолятора электрода, а конкретные значения производитель указывает в сопутствующей документации.
Препятствиями для нормальной работы кондуктометрического датчика могут оказаться: сильное вспенивание жидкости, сильное парение рабочей среды, образование изолирующих отложений на чувствительном элементе датчика и проводящих отложений на его изоляторе. Все эти препятствия производитель стремится предотвратить, выбирая более подходящий материал для датчика.
Рассмотрим физику рабочего процесса кондуктометрического датчика, то есть немного затронем суть кондуктометрии. Электрическое сопротивление раствора, соответственно — его электропроводность, характеризуют способность данного раствора в определенной степени проводить электрический ток.
Данные параметры сильно связаны с физико-химическими свойствами растворенного вещества и растворителя: с концентрацией растворенных ионов и с их подвижностью, с зарядом этих ионов, с температурой раствора, с давлением, и со многими другими факторами.
Электропроводность имеет размерность Сименс на сантиметр (См/см). Характеристикой сверхчистых и чистых вод служит сопротивление, выражаемое в Омах на сантиметр (Ом*см).
По терминологии кондуктометрии, кондуктометрическая ячейка является чувствительным элементом датчика, она характеризуется константой ячейки.
В классическом виде кондуктометрическая ячейка состоит из двух параллельно расположенных электродов площадью в несколько квадратных сантиметов, которые погружаются в раствор, и расстояние между которыми составляет обычно несколько сантиметров.
Для каждого такого установленного датчика можно ввести константу ячейки (с), и выразить ее в 1/см. Сегодня все чаще кондуктометрические датчики имеют электроды из нержавеющей стали, при этом константы возможны разные.
Кондуктометрические датчики уровня могут контролировать один или несколько установленных уровней проводящий жидкости. И принцип всегда один — электропроводность жидкости отличается от электропроводности воздуха, что электроды и фиксируют. Датчики могут быть как одноэлектродными, так и многоэлектродными, позволяющими отследить несколько уровней жидкости.
В простейшем виде кондуктометрический датчик уровня представляет собой электроды из нержавеющей стали, один из которых служит общим в схеме контроля, и устанавливается в емкости таким образом, чтобы его рабочая часть постоянно контактировала с жидкостью, в частности, общим электродом может стать проводящий корпус емкости с жидкостью. Другие электроды будут сигнальными, и располагаются на определенных уровнях, которые необходимо контролировать.
В процессе заполнения емкости жидкостью, сигнальные электроды оказываются последовательно в контакте с этой жидкостью, и цепи одна за другой замыкаются. Соответственно срабатывают сигнальные выходы прибора.