A vízalapú közegek pontos adagolása az egyre kisebb adagolási mennyiségek tekintetében már nemcsak laboratóriumi környezetben jelent elvárást a folyamattal kapcsolatban. Az automatikus adagolóberendezéseknek adagolási pontosság és megismételhetőség tekintetében ma már ugyanolyan kiváló minőségben kell teljesíteniük kis adagolási mennyiségek esetén is. Különösen kis adagolási mennyiségeknél jellemzőek az apró alkatrészek, nemcsak az adagolórész, hanem a szenzorok esetében is, amelyeknek a lehető legkisebb helyen kell elférniük és tartósan pontos munkát végezniük.
A BrandTech Scientific cég a Seripettor névre hallgató, 2 ml-es adagolójánál ±1% pontosságot ad meg 50 µl adagolási mennyiségnél vízalapú, alacsony viszkozitású anyagok adagolásánál, magyarán: az adagoló 0,5 µl pontossággal képes adagolni. „Mindazonáltal ezeket az adatokat standard értékként szükséges értelmezni” – magyarázza Eberhard Albrecht, a Brand gyártástechnológiai és gépépítési vezetője. „A gyári ajánlásoknak megfelelő anyagok adagolásánál ezeknél az értékeknél gyakran még jobb adagolási pontosságokat is elérhetünk.”
Egy jól bevált koncepció alkalmazása
A palackra helyezhető folyadékadagolókkal az anyagok közvetlenül a gyári tárolásukra alkalmazott tárolóedényből adagolhatók. Az adagolási folyamat maga elméletileg igen egyszerű: a felfelé irányú mozgást végző dugattyú megtölti a palackban tárolt folyadékkal az adagolóegységet, majd a dugattyú ellenkező irányú, lefelé történő mozgása során a folyadék egy szeleprendszeren áthaladva az adagolókanülön keresztül kikerül a rendszerből. A megoldást gyártó Brand ezt a dugattyús-hengeres adagolási alapelvet alkalmazza a saját fejlesztésű gyártási és adagolóberendezéseinél.
A hengeres adagolórendszert először 10 és 25 ml-es névleges térfogatú rendszereknél alkalmazták. „Ennél is kisebb adagolási egységeknél a máig alkalmazott kapacitív szenzorok használata nem ad megfelelő eredményt – folytatta Albrecht. – Ez a szenzortípus az alkalmazás szempontjából tévesen azonosítja és kezeli a hengerben felgyülemlett levegőmennyiséget, és ezért jelentős pontatlanságot vitt a rendszerbe. Ennek elkerülésére új megoldásra volt szükség, amelyet a Balluff által kínált, miniatürizált optikai szenzorok személyében fedeztünk fel.”
Apró méretek és variálhatóság
A nagy teljesítményű, miniatűr szenzorok megvalósításához a Balluff nem a szokványos optoelektronikai alapalkatrészek használatára szorítkozott, hanem inkább kifejlesztették saját, microSPOT névre hallgató LED-jeiket a gyártásukhoz szükséges, szabadalmaztatott gyártástechnológiával egyetemben. Ez a saját fejlesztésű gyártástechnológia lehetővé teszi, hogy minden szenzor optikáját a mindenkori alkalmazás szerint optimalizálják. Ez az eljárás nemcsak a miniatürizálás elvárható mértékét biztosítja, hanem egyúttal jelentősen kedvezőbb optikai tulajdonságokat is nyújt. A microSPOT LED-ek szöghibája a más megoldásoknál látott, nemritkán 10° nagyságrendű hibával ellentétben 3° alatt marad. A microSPOT LED-ek használatához további alkatrészekre (lencsék, blendék, szűrők stb.) nincs szükség, az olyan időigényes feladatokra, mint mikrokalibráció vagy optikai illesztés nincs is szükség. A nehéz feladatok specialistáiAz objektumfelismerési feladatokra kínált, standard kivitelű változatok mellett speciális, vízalapú anyagok felismerésére is alkalmas hullámhosszúságokon működő megoldások is elérhetők. E speciális változatok átmenőfény-alapú eljárásokkal dolgoznak, és biztosítanak megbízható megoldást a levegő/folyadék átmenetek felismerésére. A MICROmote szenzorok egy további lényeges tulajdonsága, hogy nagy- és ultranagy vákuumban is alkalmazhatók 1×10-9 mbar nyomásig. Az eszközök olyan kivitelben is elérhetők, amely támogatja a kamrafalba történő közvetlen beépítést integrált tömítéssel és egyedi rögzítési lehetőséggel, valamint elérhetők a nagyvákuumos közegben teljes értékű installációra alkalmas változatok is. Ez utóbbinál az elektromos jelek a vákuumtereknél alkalmazott átvezetéseken át kerülnek a vákuumtéren kívül fekvő feldolgozóelektronikákhoz. A szenzorok korlátozott gázkiengedési jellemzői pontosan kézben tarthatók a gyártó által kínált anyagválaszték segítségével. A fénysávos szenzorok elérhetők 40 ... 80 mm szélességű, villás kialakítással és szétválasztott vevőmodulokkal is, 10 ... 180 mm fénysávszélességgel. Ennél a típusnál az adómodul több darab, párhuzamosan kapcsolt LED-ből áll, amelyek fénykúpjai egymással átlapolódnak, és ezzel egy homogén fénysávot valósítanak meg. Ennek előnye, hogy az objektumok az orientációjuktól függetlenül kerülnek leképezésre, és a vevőelemek által pontosan felismerhetők. E szenzortípusok tipikus alkalmazásai a különböző nagy sebességű számolási és rögzítési feladatok, amelyek például szállítószalagokon lévő csévék kontúrmérésénél vagy textilnyersanyagok szálhibamérésénél fordulnak elő. |
A mindössze néhány milliméter méretű, optoelektronikai szenzorfejek a szenzorspecialista Balluff MICROmote termékcsaládját népesítik, és közös jellemzőik a robusztusságot adó fémburkolat, illetve a külső erősítőn keresztüli vezérlés – ez utóbbi biztosítja azokat a méretjellemzőket, amelyeket a Brand kifejezetten saját fejlesztésű adagolórendszereihez keresett. A felhasználó előírásainak függvényében különféle adagolási mennyiségek állíthatók be sorban egymás mellé adagolás esetén is. A szenzorok erősítői a kijelző- és vezérlőmodulokkal a rendszeren kívül, jellemzően kapcsolószekrényben kerülnek elhelyezésre, a szenzorjeleket pedig az erősítők mechanikailag rugalmas elektromos vezetékeken keresztül kapják meg.
Speciális gyártástechnológiával zsugorított optoelektronikai szenzorok
A szenzorok a kis magasságukat a mikrooptikai alkatrészek (LED-ek, fotodiódák, fototranzisztorok, lézerdiódák stb.) gyártásához kifejlesztett, szabadalmaztatott, speciális gyártástechnológiának köszönhetik. A Balluff állítása szerint a világ legkisebb optoszenzorai különböző kiviteli változatokban érhetők el, így reflexiós fényszenzorként diffúz tárgyreflexiós vagy háttérelnyomásos alkalmazásokhoz, illetve reflexiós fénysorompóként vagy egyutas fénysorompóként is.
A Brand a saját adagolórendszereinél egyutas fénysorompókként használja a Balluff szenzorait, különféle kivitelekben. „Számunkra döntő fontossága volt a vízalapú anyagok megbízható kezelésének, amely más technikákat használó szenzorokkal igencsak problematikus” – hangsúlyozta Albrecht. Az adagolóhengerben kialakult és az adagolási folyamat szempontjából kritikus levegőfelgyülemléseket a folyadékhiány alapján ismeri fel a Brand rendszere.
Ahhoz, hogy ez teljes bizonyossággal működjön, a MICROmote szenzorokat ebben az alkalmazásban kb. 1480 nm hullámhosszúsággal, tehát az infravörös tartományban használják, ugyanis ennél a hullámhosszúságnál maximális a víz abszorpciós tulajdonsága. Ezzel a megoldással a vízalapú folyadékok detektálási minősége lényegesen jobb, az optikai szenzorok tiszta víz esetén is jól működnek, illetve akkor is ideális megoldást nyújtanak, ha a feltöltendő henger félig fényáteresztő anyagból készült. Ugyanezt az egyutas fénysorompós detektálási eljárást alkalmazza a cég a szintkiegyenítőtartályos rendszereinél is, amelyek állandó rendszernyomást biztosítanak, és egyúttal levegőcsapdaként is szolgálnak. Ezeknél a minimális és maximális töltési állás kerül detektálásra. Ugyanezen elven történik a főtartályok felügyelete is, amelynél az adó- és vevőmodulok is a szívócsöveken kerülnek elhelyezésre, és végzik a folyadék jelenlétének vizsgálatát.
Az optikai szálas megoldásoknál kisebb méretek
A folyékony közegek pontos adagolhatósága mindenekelőtt az adagolási technika kérdése. A számos alkalmazásnál elvárt, nagyon kicsi adagolási mennyiségeknél is szűk tűréshatárok mellett történő adagolás a nagy teljesítményű adagolók gyártóit komoly feladat elé állítja. A fizikai kialakítás céljára rendelkezésre álló terület a részeiben vagy egészében cserélhető adagolómoduloknál rendkívül csekély, ezért a közönséges kapacitív szenzorok már csak a beépítéshez szükséges méretkorlátok miatt sem jelenthetnek alternatívát. Továbbá a 2 ml-es adagolóegységek speciális kialakítású hengere és a megbízható folyadékfelismeréshez tartozó, maximális megengedhető kapcsolási távolság miatt sem felelnek meg ezek az eszközök erre az alkalmazásra. „Egyéb-iránt az optikai szálas megoldások beépítési méretei is nagyobbak, mint amelyekkel a Balluff apró optoszenzorai rendelkeznek, valamint a vízalapú anyagok megbízható kezeléséhez szükséges hullámhosszakat támogató kivitelek a piacon nem is igazán érhetők el – egészítette ki Albrecht. – A máig használt kapacitív szenzorok mindent összevetve kis adagolási mennyiség esetén nem alkalmasak a miénkhez hasonló jellegű rendszerekben történő használatra.”
