Příklady úloh měření vlhkosti plynů (část 2)

V první části (Automa č. 10/2011) byly uvedeny vybrané příklady, které se často v praxi vyskytují a ve kterých je možné udělat chyby při jejich projektování a realizaci. Tento článek pokračuje v prezentaci vybraných úloh s cílem podat stručný návod, jak při projektování a realizaci dané úlohy postupovat a čeho se vyvarovat. 

Měření vlhkosti a teploty v sušárně cihlářských výrobků

Zdánlivě jednoduchou úlohou je měření vlhkosti a teploty prostředí sušárny cihlářských výrobků. Zde projektant nejčastěji volí prostup tělesa sondy stěnou sušárny. Do stěny je vložena trubka ve funkci chráničky a sonda se chráničkou prostrčí do vnitřního prostoru sušárny. Avšak ve většině sušáren vznikají podmínky pro kondenzaci vodní páry vycházející z materiálu sušených výrobků. Kapky kondenzované páry stékají po stěnách do kanálku v podlaze. Ještě nebezpečnější jev nastává, jestliže cihlářská hlína obsahuje síru, protože potom po stěnách teče slabý roztok kyseliny sírové. Jestliže je sonda vtažena do chráničky, např. aby byla chráněna před poškozením pohybujícími se vozíky s materiálem, tento roztok může vtéci do chráničky a kapilární vzlínavostí do vnitřního prostoru krytky sondy. Ta je většinou ze sintrovaného bronzu nebo korozivzdorné oceli, ale dlouhodobé působení kyselého roztoku na vnitřní senzory sondy je i tak devastující (obr. 9). Řešením je namontovat chráničku do sušárny se sklonem 5 až 10° a nechat sondu vyčnívat přes její okraj tak, jak je naznačeno na obr. 10.

Měření vlhkosti a teploty v sušárně keramických výrobků

V sušárnách keramických výrobků, např. izolátorů vedení vvn, bývá zvykem prostoupit do vnitřního prostoru sušárny nikoliv stěnou, ale stropem. Materiál keramických výrobků, např. kaolín s plastifikátory, je na počátku sušení velmi vlhký. Sušit se musí tak, aby v materiálu nevznikly trhliny. Pára opouštějící sušenou hmotu kondenzuje na stropě, který bývá chladnější než teplota rosného bodu.

Kapičky kondenzátu mohou stékat po trubce měřicí sondy a kapilární vzlínavostí vsáknout do krytky sondy. To má za následek, že senzor sondy měří relativní vlhkost nikoliv prostoru sušárny, ale uvnitř krytky, která je mokrá. Regulační systém sušárny vyhodnotí vlhkost jako příliš velkou a zahájí ohřev sušárny. Výsledek je tristní: vsádka je zničena trhlinami po výronu vodní páry z keramické hmoty. Tomuto efektu lze zabránit nasazením antikondenzační krytky na trubku měřicí sondy, jak ukazuje obr. 11. Kapky kondenzované vodní páry po dopadu na krytku stékají a odkapávají mimo vyústění měřicí sondy a regulační proces sušení není kondenzací vodní páry v prostoru ovlivněn. Uspořádání měřicí sestavy, skládající se z tzv. kanálového převodníku vlhkosti a teploty, upevňovací příruby a antikondenzační krytky, je na obr. 12.

Měření v prostředí s nebezpečím výbuchu a v prašném prostředí

Měření vlhkosti plynů, které ve směsi se vzdušným kyslíkem mohou tvořit při určité koncentraci výbušnou směs, je poměrně častou úlohou. Obdobně je časté měření vlhkosti prostředí s hořlavými prachy a výpary.

Tady nastupuje problematika jiskrové bezpečnosti. Jako příklad je na obr. 13 uvedeno schéma principu měření vlhkosti vodíku při jeho výrobě elektrolýzou vody. Zde je důležité zajistit, aby do měřeného prostoru, v popisovaném případě průtočné komůrky, nepronikla v žádném případě inicializační energie postačující k zapálení směsi a následnému výbuchu. Toho se dosahuje např. oddělením měřicí sondy od napájení a vstupu návazného měřicího zařízení Zenerovými bariérami. Zenerovy bariéry se zapojí do obvodu mezi sondou a hygrometrem.

Podmínkou správného fungování bariér je jejich řádné uzemnění s požadovaným odporem zemní smyčky. Tak může měřicí sonda pracovat v prostředí s nebezpečím výbuchu s charakteristikou II (2) GD [EEx ia] II C (onačení znamená, že jde o zařízení skupiny II určené pro použití mimo důlní provozy, kategorie 2, tj. pro zóny 1, 2, 21 a 22, které je provozováno v prostředí s nebezpečím výbuchů plynů, par a prachu; zařízení je jiskrově bezpečné a je určeno pro prostředí s možným výskytem výbušných plynů kat. II C, tj. zejména vodíku, acethylenu nebo par sirouhlíku).

Na obr. 14 je ukázkové provedení rozváděče umístěného v bezpečném prostoru. Rozváděč obsahuje čtyři měřicí kanály pro měření vlhkosti a teploty s odpovídajícími převodníky a Zenerovými bariérami. Měřicí sondy jsou umístěny v prostoru s nebezpečím výbuchu.

Pro zajištění správné činnosti senzorů vlhkosti, ať již s oxidovým, nebo polymerním dielektrikem, je nesmírně důležité zaručit, aby jejich povrch zůstával čistý a horní elektroda senzoru byla po dlouhou dobu prostupná pro molekuly vodní páry. V prašném prostředí se proto instaluje krytka senzorů měřicí sondy (obr. 15). Porozita krytky musí být vhodně volena pro dané prostředí: jiné požadavky jsou pro prostředí obsahující prašné částice, jiné pro prostředí s aerosoly, olejovou mlhou apod. Jestliže je dopravované množství plynu s částicemi prachu a dalších škodlivin značné a částice jsou menší než porozita krytky, filtrační vlastnosti krytky sondy nestačí a do měřicího traktu je nutné zařadit externí filtr, popř. ještě odlučovač oleje. Je nutné mít na paměti, že krytka měřicí sondy a všechny další prvky zařazené do plynového traktu (filtr, škrticí ventily, potrubí apod.) jsou z principu akumulátory vlhkosti a jako takové ovlivňují dynamiku měření.

Měřicí sondu s návazným převodníkem, hygrometrem či analyzátorem je i přes uvedená ochranná opatření nutné nechat pravidelně rekalibrovat, a to v závislosti na expozici v daném prostředí.

Literatura:

[1] AMBERG, J.: Feuchte in Druckluft unter Kontrolle. SENSOR report, 2/2003.

[2] KLASNA, M.: Měření stopové vlhkosti plynů – 1. část. Automa, č. 3/2006.

[3] KLASNA, M.: Měření stopové vlhkosti plynů – 2. část. Automa, č. 4/2006.

[4] KLASNA, M.: Technika měření vlhkosti plynů – měření v prostředí s nebezpečím výbuchu. Automa, č. 3/2007.

[5] KLASNA, M.: Měření vlhkosti plynů v extrémních podmínkách – 1. část. Automa, č. 12/2007.

[6] KLASNA, M.: Měření vlhkosti plynů v extrémních podmínkách – 2. část. Automa, č. 3/2008.

[7] KLASNA, M.: Měření vlhkosti stlačeného vzduchu. Automa, č. 11/2008.

[8] KLASNA, M. – BLAŽEK, J.: Teplotní součinitel při měření relativní vlhkosti plynů. Automa, č. 3/2009.

[9] KLASNA, M. – BUREŠ, J.: Experimentální porovnání metod měření vlhkosti medicinálních plynů. Automa, č. 8-9/2010.

[10] KLASNA, M. – LÁZNIČKA, P.: Příklady úloh měření vlhkosti plynů (část 1). Automa, č. 10/2011

Ing. Miloš Klasna, CSc., Ing. Pavel Láznička, SENSORIKA, s. r. o., Praha

Obr. 9. Měřicí sonda poškozená dlouhodobým vlivem kondenzátu

Obr. 10. Prostup měřicí sondy převodníku vlhkosti a teploty stěnou sušárny

Obr. 11. Ochrana měřicí sondy před vnikem kondenzátu dovnitř její krytky

Obr. 12. Převodník vlhkosti a teploty řady SDKA 123 s upevňovací přírubou a antikondenzační krytkou

Obr. 13. Schéma principu měření vlhkosti vodíku

Obr. 14. Rozváděč sdružující čtyři měřicí kanály pro měření vlhkosti prostředí průmyslové lakovny

Obr.15. Krytky senzorů měřicích sond vlhkosti a teploty (zleva doprava: krytka ze sintrovaného bronzu, krytka polyamidová s polyesterovou síťkou, krytka duralová s polyesterovou síťkou, krytka sintrovaná z korozivzdorné oceli)