Analiza awarii: czujnik poziomu optyczny

Objawy i kody błędów

• Fałszywe wykrycie poziomu „pełny” przy pustym zbiorniku (piana/krople na pryzmacie).
• Losowe przełączenia stanów w pobliżu progu (fluktuacje 6–12% ADC).
• Histereza poziomu zależna od temperatury i zabrudzenia (filmy tłuszczowe, kamień).
• Kody: E:LVL-10 (brak przepełnienia przy realnym wzroście), E:LVL-31 (zwarcie optyczne), W:IR-07 (emisja_słaba), W:AMB-04 (światło_otoczenia).

Stanowisko i metodyka

Źródło impulsowe IF 0–25 mA (PWM 5 kHz, duty 20–60%), komora 20/55 °C, zestaw cieczy testowych (woda miękka/twarda, roztwór detergentu 0,5–2%), generator kapilar do piany, kolimator 850–940 nm, luksomierz 0–5000 lx, oscyloskop 200 MHz, multimetr picoamperowy. Testy: suchy pryzmat / zwilżony kroplami / zanurzony, piana 5–30 mm, zabrudzenia (film tłuszczowy, CaCO₃), oświetlenie 500–1500 lx, wibracje 10 Hz @ 0,6 g.

Wyniki i obserwacje

1. Piana i krople: cienka warstwa piany (5–10 mm) generowała I_PD 22–38 µA (poziom „pomiędzy” suchy/mokry) i fluktuacje ADC ±7…±12% → przełączenia na granicy progu. Krople na pryzmacie dawały stan „mokry” przy pustym zbiorniku (fałszywe pełne).
2. Zabrudzenia i zwilżanie: film tłuszczowy + kamień (0,1–0,3 mm) powodował przesunięcie progu o +9…+14% FS oraz histerezę zależną od temperatury. Po czyszczeniu izopropanolem i odkamieniaczem sygnały wracały do referencji.
3. Starzenie emitera: po 800 h @55 °C i IF=12 mA spadek emisji IR ~−18…−25% → układ automatyki podbijał IF do 18–20 mA (W:IR-07), co przyspieszało degradację.
4. Światło otoczenia: oświetlenie 1000–1500 lx bez osłon powodowało komponent DC ≈ 30–45% sygnału; widoczny wzrost tętnień 100/120 Hz → W:AMB-04. Filtr synchroniczny przy 5 kHz redukował błąd do < 5% FS.
5. Wibracje / luz montażu: rozszczelnienie gniazda pryzmatu (odchył ±0,6 mm) wprowadzało mikroprzecieki i lokalne zwilżenie — stan „mokry”/„suchy” naprzemienny co 1–3 s.

LOG START [OPT-LVL-25-294]
t[s]  IF[mA]  I_PD[µA]  ADC[%FS]  T[°C]  Lux  Flags
0.0   10.2    74.5      62.1      22.3   120   dry_ref
56.4  10.2    28.7      44.2      23.1   130   foam
61.8  10.2    24.3      39.8      23.2   130   toggle_thresh
402.0 18.3    36.1      51.7      55.4   520   W:IR-07
486.2 10.1    41.5      33.6      25.1   980   W:AMB-04
LOG END

Hipotezy przyczynowe (ranking)

1. PIANA/KROPLE: niestabilna refrakcja na granicy pryzmatu → fałszywe stany (priorytet: wysoki).
2. ZABRUDZENIA: film organiczny + osady mineralne → zmiana kąta krytycznego TIR i progów (wysoki).
3. STARZENIE IR LED: spadek emisji → kompensacja IF, nieliniowość i przegrzewanie (średni/wysoki).
4. ŚWIATŁO OTOCZENIA: brak ekranowania i filtracji synchronicznej → offset DC i tętnienia 100/120 Hz (średni).
5. MONTAŻ/USZCZELNIENIA: luz gniazda, mikroprzecieki → lokalne zwilżenie pryzmatu (średni).

Wycinek procedury serwisowej

1. Oględziny pryzmatu: usunąć osady (IPA ≥ 99%), odkamienić (kwas cytrynowy 5%); nie stosować materiałów ściernych. Sprawdzić uszczelki i docisk.
2. Kalibracja progu: środowisko „suchy” → zapisać ADC_dry, zanurzenie → ADC_wet; ustawić próg = (ADC_dry+ADC_wet)/2, histereza 6–8% FS.
3. Emiter IR: ustawić IF nominalnie 10–12 mA; jeśli IF kompensuje > 16 mA, wymienić moduł LED/cały czujnik.
4. Filtracja i EMI: wymusić modulację 5 kHz, filtr synchroniczny (lock-in) i średniowanie 16×; dodać osłonę optyczną/światłochłonną.
5. Antypiana: w FW wprowadzić detektor niskoczęstotliwościowych fluktuacji (0,5–2 Hz) i czas zwłoki 15–30 s przed uznaniem stanu „pełny”.
6. Test końcowy: piana 10 mm + 1000 lx; brak E:LVL-10/E:LVL-31, jitter ADC < ±3% FS, IF ≤ 12 mA po stabilizacji.