Aktuální vydání

celé číslo

12

2021

Automatizace v chemickém a petrochemickém průmyslu

Průtokoměry a regulační ventily

celé číslo

Efektivní kalibrace měřicích řetězců se snímači teploty JSP v provozních podmínkách

U výrobních technologií vyžadujících přesné měření a regulaci teploty je nutné často dokladovat splnění procesních kritérií kalibrací měřicích řetězců teploty. Příkladem může být oblast tepelného zpracování materiálů. Tento článek předkládá praktický námět pro účinnou kalibraci v provozních podmínkách s minimální efektivně dosažitelnou nejistotou měření.

 

Zkrácení doby potřebné ke kalibraci měřidel je logickým požadavkem vedoucím k dosažení optimálního využití výrobních technologií. První krok představuje možnost kalibrovat měřidla v provozních podmínkách, tedy nejlépe bez demontáže z výrobního zařízení. V druhém kroku jde o vytvoření podmínek umožňujících kalibrování bez přerušení výroby. V oblasti měření teploty existují možnosti, jak se těmto racionálním požadavkům přiblížit. V ideálním případě jsou zmíněné požadavky zohledněny již v návrhu konstrukce výrobních zařízení, ale mnohé úpravy lze provádět i dodatečně, např. změnou konstrukce snímačů teploty.

 

Kalibrace měřicích řetězců teploty v provozních podmínkách

Kalibrace v provozních podmínkách vyžaduje použití přenosných kalibračních pecí. Demontovaný snímač teploty je vložen do homogenního prostoru kalibrační pece, zpravidla do kovového bloku nebo mikrolázně. Tento způsob je nejčastěji využíván v případech, kdy je požadována kalibrace v několika bodech. Při kalibraci většího počtu snímačů teploty jde však o časově poměrně náročný postup, a kalibrace tak bývá přednostně prováděna bez demontáže snímačů teploty ze zařízení.

Kalibrace přímo na výrobních zařízeních představuje nejefektivnější postup v případech, kdy výrobní zařízení pracuje v úzkém pásmu teplot. Při jednobodové kalibraci je nejčastěji kontrolován celý měřicí řetězec teploty, tedy včetně prodlužovacích nebo kompenzačních vedení, převodníků, regulátorů, zapisovačů, měřicích karet, popř. dalších částí řetězce. Kalibrace celého řetězce umožňuje také kontrolovat nastavení rozsahů jednotlivých částí řetězce, je-li využíván unifikovaný výstupní signál 4 až 20 mA.

U termočlánků je kalibrace bez demontáže z výrobní technologie doporučována rovněž mezinárodním dokumentem EURAMET Calibration Guide No. 8 [1], a to z důvodu vlivu nehomogenity termočlánku v případě, že je termočlánek kalibrován při jiném ponoru, než v jakém je reálně používán.

 

Konstrukce snímačů teploty JSP pro kalibrace in situ

Nutnou podmínkou kalibrace měřicích řetězců teploty bez demontáže je možnost umístění kontrolního teploměru do bezprostřední blízkosti kalibrovaného snímače teploty. Nejjednodušším splněném této podmínky je zasunutí kontrolního teploměru do ochranné armatury snímače teploty.

Typické konstrukční uspořádání snímačů teploty řady ModuTEMP 70 a CeraTEMP 80 vyráběných společností JSP je patrné z obr. 1.

Přístroje řady ModuTEMP 70 umožňují vsunutí kontrolního teploměru do otvoru ve svorkovnici snímače teploty. V závislosti na vnitřním průměru armatury lze použít kontrolní teploměr se stonkem o průměru 3 až 6 mm. U snímačů řady CeraTEMP je kontrolní otvor průměru 4 mm umístěn ve středu keramické kapiláry a umožňuje použití kontrolního teploměru do průměru 3,2 mm. Nejčastěji se používá drátový termočlánek z drahých kovů typu S (PtRh10-Pt) nebo B (PtRh30-PtRh6) navléknutý do keramické dvoukapiláry.

U snímačů typové řady ModuTEMP 70 s výměnnou měřicí vložkou je kontrolní otvor nabízen nejen pro tyčová provedení s ochrannou armaturou o průměruch 22, 20 a 15 mm, ale i pro provedení s jímkou a do jímky, je-li vnitřní průměr armatury snímače teploty nebo jímky minimálně 7 mm. K dispozici jsou ochranné armatury z materiálů 1.4541, 1.4845, 1.4762 nebo Kanthal AF, volené v závislosti na maximální provozní teplotě a požadované chemické odolnosti. U snímačů teploty typové řady CeraTEMP 80 s drátovými termočlánky a kovovou nebo keramickou ochrannou trubkou je provedení s kontrolním otvorem nabízeno pro keramické trubky s vnějším průměrem 26, 24 a 15 mm z materiálů C530, C610 a C799 a tyčová provedení s kovovou trubkou, uvedená v předchozím odstavci u řady ModuTEMP. Vzhledem k nutnosti opakovaného přístupu do hlavice snímače teploty lze doporučit použití rychlouzávěru hlavice (obr. 3).

Konkrétní provedení snímače teploty je vhodné konzultovat s techniky společnosti JSP, aby byly zajištěny odpovídající konstrukční i metrologické parametry.

Použití kontrolního otvoru minimalizuje vzdálenost měřicích konců kontrolního teploměru a kalibrovaného snímače teploty a zajišťuje tak splnění požadavku norem z oblasti tepelného zpracování AMS2750 [3] a CQI-9 [4], používaných v leteckém a automobilovém průmyslu, aby vzdálenost měřicích konců nebyla větší než 50 mm.

Umístění kontrolního snímače uvnitř ochranné trubky také výrazně ovlivňuje dynamické chování při kalibraci. Časová konstanta obou snímačů teploty je díky umístění v armatuře přibližně stejná a kolísání teploty ve výrobním zařízení vlivem regulace teploty a zpracovávaného materiálu se na výsledku kalibrace a nejistotě měření projeví minimálně.

Použití snímačů teploty ModuTEMP 70 a CeraTEMP 80 s kontrolním otvorem je vhodným příspěvkem ke snaze o efektivní zajišťování kalibrací v provozních podmínkách. Jejich použití ocení jak metrologové provádějící kalibraci, tak i pracovníci odpovědní za provoz výrobních zařízení, kterým umožní minimalizovat neproduktivní čas nutný k provedení kalibrace.

 

Literatura:

[1] EURAMET Calibration Guide No. 8: English version. Version 3.1 [online]. Braunschweig, Germany: EURAMET e. V., 2020 [cit. 2021-12-15]. ISBN 978-3-942992-57-2. Dostupné z: https://www.euramet.org/publications-media-centre/calibration-guidelines/?L=0 

[2] URBAN, Pavel. Měření teploty v procesech tepelného zpracování dle CQI-9. 12. ročník odborné konference JSP: Nové trendy v oboru měření a regulace, Praha, 2019.

[3] AMS 2750F. Pyrometry [online]. Society of Automotive Engineers (SAE), 2020 [cit. 2021--12-15]. Dostupné z: https://webstore.ansi.org/Standards/SAE/SAEAMS2750F2020

[4] CQI-9:2011. Special Process: Heat Treat System Assessment [online]. AIAG, 2020 [cit. 2021-12-15]. Dostupné z: https://webstore.ansi.org/Standards/AIAG/AIAGCQI2020

 

Ing. Pavel Urban,
JSP, s. r. o.

 

Obr. 1. Kalibrace měřicího řetězce teploty se snímači teploty řady ModuTEMP 70 a CeraTEMP 80

Obr. 2. Detail svorkovnice s otvorem pro kontrolní teploměr v otevřené hlavici snímače teploty ModuTEMP 70 s kovovou ochrannou armaturou

Obr. 3. Rychlouzávěr pro snadný přístup do hlavice snímače teploty