Aktuální vydání

celé číslo

03

2021

Digitální transformace, chytrá výroba, digitální dvojčata

Komunikační sítě, IIoT, kybernetická bezpečnost

celé číslo

Magneticko-indukční průtokoměr AF-E 400: velký výkon v malém prostoru

Nový kompaktní magneticko-indukční průtokoměr AF-E 400 od firmy Krohne, který je právě uváděn na světový trh, je kompaktní a robustní snímač do průmyslového prostředí, který se vyznačuje snadnou montáží, příznivou cenou a spolehlivostí, již uživatelé očekávají od přístrojů firmy Krohne.

Nový průtokoměr AF-E 400 (obr. 1) je výsledkem sedmdesáti let zkušeností firmy Krohne v oblasti měření průtoku kapalin magneticko-indukčními průtokoměry. AF-E 400 byl navržen pro měření v oblastech automatizace strojů, dávkování kapalin nebo pro měření průtoku a spotřeby chladicí vody. Je konstruován pro potřeby průmyslové automatizace a je nejlepším přístrojem ve své třídě, pokud jde o maximální teplotu měřené kapaliny, nejistotu měření průtoku, tlakovou ztrátu a měřicí rozpětí (poměr maximálního a minimálního měřitelného průtoku pro danou světlost průtokoměru).

Díky jedinečně propracované kompaktní konstrukci je tento magneticko-indukční průtokoměr ideální pro použití v místech, kde je k dispozici omezený prostor nebo je požadováno umístění několika průtokoměrů vedle sebe, např. při měření průtoku chladicí vody pro svařovací linky či tvářecí stroje nebo pro dávkování (elektricky vodivých) kapalin ve výrobním procesu (obr. 2).

AF-E 400 má nejnižší nejistotu měření ve své třídě pro každou dodávanou jmenovitou světlost ve velmi širokém měřicím rozpětí. Kruhový průřez měřicí trubice zajišťuje její vysokou tvarovou stabilitu po celé délce. Měření průtoku není ovlivněno změnami tlaku a teploty měřené kapaliny a přípustný tlak měřené kapaliny je až 1,6 MPa (16 bar). Součástí průtokoměru je integrované měření teploty, což v mnoha případech eliminuje potřebu externího snímače teploty.

Bezpečná a snadná montáž do stísněných prostor

Magneticko-indukční průtokoměr generuje při své činnosti poměrně intenzivní magnetické pole. Není-li správně navržen a vyroben, může toto magnetické pole negativně ovlivnit správnou funkci jiného zařízení umístěného v jeho blízkosti, např. dalšího magneticko-indukčního průtokoměru.

Průtokoměr AF-E 400 byl vyvinut s ohledem na předpokládanou montáž průtokoměrů vedle sebe, protože to zaručuje maximální flexibilitu při instalaci. Díky speciální konstrukci magnetického obvodu je zajištěno, že vysoká intenzita magnetického pole je pouze uvnitř měřicí trubice, a díky propracované konstrukci vyhodnocovací elektroniky je možné umístit průtokoměry těsně u sebe.

Velká teplotní odolnost průtokoměru a malá nejistota měření

Při vývoji průtokoměru AF-E 400 byla zjišťována omezení, která se vyskytují u obdobných průtokoměrů na trhu. Jedním z nich je nejvyšší přípustná trvalá teplota měřené kapaliny. Získané poznatky byly použity při konstruování průtokoměru AF-E 400, který je možné používat pro dlouhodobé měření průtoku média o teplotě až +90 °C. To umožňuje jeho použití např. i v náročných úlohách pro řízení chlazení nebo temperování.

Dlouholeté zkušenosti s vývojem, konstrukcí a výrobou magneticko-indukčních průtokoměrů vedly k dosažení nízké nejistoty měření, která není obvyklá u obdobných průtokoměrů této třídy v takto širokém rozsahu tlaků a teplot měřené kapaliny.

Kombinace kvalitních těsnicích prvků a laserového svařování zaručuje vysoký stupeň krytí (IP65 nebo IP67) potřebný v průmyslových provozech a zajišťuje dlouhodobou životnost i v nepříznivých podmínkách.

Průtokoměr AF-E 400 má vestavěný snímač teploty měřené kapaliny. Měřená hodnota může být zobrazena na displeji a přenášena spolu s hodnotou průtoku např. do programovatelného automatu. Proto není nutné instalovat samostatný snímač teploty a snižují se tím i náklady na pořízení a montáž.

Rozsáhlá autodiagnostika

Průtokoměr AF-E 400 splňuje požadavky uživatelů na spolehlivé fungování a trvalou diagnostiku procesu měření. V průběhu konstruování průtokoměru a vytváření interního firmwaru byly respektovány požadavky sdružení NAMUR, a průtokoměr je tudíž vybaven interní diagnostikou podle doporučení NAMUR NE 107 (Automatické monitorování a diagnostika provozních zařízení). Elektronika průtokoměru neustále sleduje kritické aspekty správné funkce průtokoměru, např.:

  • pokles napájecího napětí pod minimální úroveň,
  • nesprávné nastavení parametrů průtokoměru,
  • překročení nastaveného měřicího rozsahu,
  • zkrat v obvodu výstupního signálu.

Chybová hlášení jsou v souladu s požadavky NAMUR NE107 zobrazována na displeji přístroje a prostřednictvím výstupu IO-Link jsou přenášena do externích systémů.

Snadné a rychlé uvedení do provozu

Průtokoměr je během výroby nastaven podle požadavků uživatele uvedených v objednávce. Po připojení napájení a výstupů kabelem s konektorem M12 je průtokoměr připraven k provozu.

Parametry průtokoměru je možné upravit pomocí tlačítek na barevném ukazateli, kterým lze otáčet podle polohy průtokoměru. Jednotlivé položky mají intuitivní nápovědu. Pro nastavení dalších parametrů, jako jsou dávkování, počítadlo proteklého množství nebo nastavení časové konstanty, je k dispozici jednoduchý návod dodávaný s přístrojem.

Výstupní signály a komunikace

Průtokoměr Krohne AF-E 400 má napájecí napětí 18 až 30 V DC a nabízí různé varianty výstupů a komunikačních rozhraní.

Provedení s výstupem IO-Link usnadní integraci do řídicích systémů strojů nebo linek využívajících tento standard přenosu signálů. Jedním kabelem s konektorem M12 je přivedeno napájení a současně zaručen přenos signálů IO-Link. Nic víc není třeba. Kabeláž je tedy mnohem levnější než u jiných druhů přenosu signálů.

Provedení s proudovým a pulzním nebo stavovým výstupem umožní snadnou integraci do stávajícího zařízení a připojení unifikovaných výstupů k analogovým a dvouhodnotovým vstupům programovatelných automatů. Provedení se dvěma proudovými výstupy je vhodné pro současný přenos hodnot průtoku a teploty unifikovaným signálem 4 až 20 mA.

Provedení s výstupem Modbus je vhodné tam, kde se pro rychlý přenos měřených hodnot z přístrojů používá tato osvědčená komunikační sběrnice.

Konstrukce průtokoměru AF-E 400

Průtokoměr AF-E 400 byl vyvinut v souladu s požadavky na velmi kompaktní tvar usnadňující instalaci (obr. 3). Snímač je možné instalovat na rámy nebo do skříní s mnoha přívody, které jsou obvykle těsně vedle sebe.

Kryt průtokoměru není ani z plastu, ani z plechu, ale je vyroben jako tenkostěnný odlitek z korozivzdorné oceli. Robustní kryt zabezpečuje dokonalou ochranu snímací části a elektroniky i v nepříznivých okolních podmínkách. Jednotná konstrukce pouzdra pro všechny světlosti přispívá k nízké ceně průtokoměru AF-E 400.

Díky otočnému podsvícenému barevnému displeji je zaručena vynikající čitelnost údajů o průtoku i diagnostických hlášení ze všech úhlů pohledu.

Klasické magneticko-indukční průtokoměry mají obvykle měřicí trubici vyrobenou z korozivzdorné oceli s nevodivou výstelkou, např. z PTFE. Tato osvědčená konstrukce však není pro ultrakompaktní průtokoměry z prostorových a nákladových důvodů příliš vhodná. Měřicí trubice průtokoměru AF-E 400 je proto vyrobena z kvalitního plastu s obchodním názvem PEEK, vyztuženého skleněnými vlákny. Polyetereterketon (PEEK) má ve srovnání s většinou jiných termoplastů vyšší mechanickou pevnost, tuhost a teplotní odolnost. Vyniká odolností proti chemikáliím – kyselinám, zásadám i rozpouštědlům. PEEK má také velmi dobré dielektrické vlastnosti. Jeho mechanické vlastnosti se dále zlepší přidáním skleněných vláken.

Firma Krohne má s používáním materiálu PEEK dlouholeté zkušenosti zejména v plováčkových průtokoměrech, v radarových a TDR hladinoměrech a při výrobě přístrojů pro jadernou energetiku.

Vlastní výroba měřicí trubice probíhá na přesných vstřikovacích lisech a díky pečlivému dodržení všech parametrů při výrobě a zpracování je výsledkem přesně vyrobená měřicí trubice s dokonale kruhovým průřezem a hladkým vnitřním povrchem, která odolává mechanickému a chemickému působení měřené kapaliny a změnám tlaku a teploty bez zvýšení nejistoty měření. Měřicí elektrody jsou také vyrobeny z materiálu PEEK plněného uhlíkem, a mají tedy rovněž vynikající odolnost proti korozivním kapalinám.

Na rozdíl od obdobných průtokoměrů s měřicí trubicí obdélníkového průřezu má průtokoměr AF-E 400 trubici kruhového průřezu, s mírným kuželovým zúžením na vstupu i na výstupu z průtokoměru. Vývojáři firmy Krohne využili své dlouholeté zkušenosti s konstrukcí oblíbených průtokoměrů Optiflux 5000 s keramickou výstelkou. Již v 90. letech minulého století byla mnoha měřeními a experimenty potvrzena skutečnost, že mírně kónická měřicí trubice podstatně zlepšuje symetrii tvaru rychlostního profilu a tím omezuje požadavky na přímé úseky potrubí před průtokoměrem a za ním.

Kruhový průřez měřicí trubice zajišťuje její pevnost a rozměrovou stabilitu i v případě vysokého tlaku a teploty měřené kapaliny nebo jejich změn.

Průtokoměr AF-E 400 nevyžaduje žádné přímé úseky před průtokoměrem ani za ním. Současně má díky optimalizovanému tvaru měřicí trubice minimální tlakovou ztrátu a největší měřicí rozpětí v porovnání s ostatními průtokoměry Krohne této kategorie.

Příklady použití průtokoměru AF-E 400

Magneticko-indukční průtokoměr AF-E 400 se používá např. pro:

  • měření průtoku vodivých kapalin v průmyslové automatizaci,
  • sledování průtoku a teploty chladicí vody v ohýbacích a svařovacích robotech nebo při vstřikování plastů,
  • řízení průtoku a sledování spotřeby vody v mycích zařízeních a linkách,
  • měření průtoku při přípravě a dávkování kapalných roztoků na bázi vody,
  • měření spotřeby teplé a studené vody pro jednotlivé stroje a malé linky.

 Závěr

Magneticko-indukční průtokoměr AF-E 400 je určen k měření průtoku, součtového protečeného množství a teploty elektricky vodivých kapalin o teplotě až +90 °C a tlaku až 1,5 MPa. Má robustní kryt z korozivzdorné oceli a je vhodný pro montáž i ve stísněných prostorech. Díky speciálně tvarované měřicí trubici kruhového průřezu z materiálu PEEK vykazuje malou nejistotu měření v širokém rozsahu tlaku a teploty měřené kapaliny a nevyžaduje přímé úseky před průtokoměrem a za ním. Průtokoměr má malou tlakovou ztrátu a široké měřicí rozpětí a je vhodný pro montáž do kovových i plastových potrubí.

 Jmenovitá světlost snímače DN je 6, 15, 20 nebo 25 mm. Je vhodný pro průtoky do 150 l/min. Připojuje se závitovým připojením. Adaptéry pro potrubí DN 40 a DN 50 umožňují rozšíření měřicího rozsahu do 500 l/min a mají rovněž závitové připojení.

Barevný displej s tlačítky zajišťuje snadné uvedení do provozu a sledování stavových hlášení v souladu s požadavky NAMUR NE 107. Rozhraní IO-Link umožňuje přenos provozních dat a automatizovanou konfiguraci zařízení bez programování. Verze s klasickými unifikovanými výstupy je určena pro použití průtokoměru ve stávajících strojích a zařízeních.

Malé rozměry, vynikající vlastnosti a atraktivní cena otevírají široké možnosti využití v průmyslové automatizaci při výrobě strojů a zařízení a při optimalizaci funkce současných technologických zařízení.

[Podklady firmy KROHNE.]

Ing. Petr Komp, KROHNE CZ, spol. s r. o.

 

Obr. 1. Magneticko-indukční průtokoměr AF-E 400 (https://youtu.be/oiOt-XksW-Y)

Obr. 2. Průtokoměry AF-E 400 je možné montovat těsně vedle sebe, aniž by to mělo negativní vliv na přesnost měření

Obr. 3. Konstrukce průtokoměru AF-E 400