Aktuální vydání

celé číslo

08

2024

Automatizace v potravinářství a farmacii

Měření a regulace průtoku, čerpadla

celé číslo

Příklady úloh měření vlhkosti plynů (část 3)

Ve druhé části tohoto článku (Automa, 2012, č. 1, str. 52–54) byly uvedeny některé úlohy, ve kterých se často chybuje při jejich projektování i v měřicí praxi. Nyní pokračuje prezentace dalších úloh s cílem alespoň částečně doplnit přehled o možných nástrahách tohoto oboru.

Měření vlhkosti a teploty vzduchu nasávaného z venkovního prostředí

U mnoha průmyslových technologických zařízení je důležité znát hygrometrické parametry vzduchu nasávaného zvenčí.

Je výhodné, když jsou měřicí technika a vstup nasávání orientovány na sever budovy, protože tak nejsou měřená vlhkost a teplota ovlivněny slunečním zářením – radiací. Vhodné je, podobá-li se měřicí místo svým uspořádáním co nejvíce profesionální meteorologické budce. Je proto třeba si připomenout, jak standardní meteorologická budka vypadá. Přístroje pro měření teploty a vlhkosti vzduchu se umisťují do žaluziových meteorologických budek opatřených bílým nátěrem. Budka má dvojité žaluziové stěny z dřevěných latěk bránící přístupu srážek, avšak neznemožňující výměnu vzduchu s okolím. Dno budky je drátěné, stříška dvojitá. Budka je umístěna tak, aby její dno bylo ve výšce 1,8 m nad zemí, a dvířky je orientována k severu. V české staniční síti se používají budky s předepsanými rozměry 80 × 60 × 50 cm. Do budky se umisťují: psychrometr, maximální a minimální teploměr, vlhkoměr, hygrograf a termograf.

Především je nutné, aby budka byla umístěna na volném prostranství, a to na místě, kde je možné zajistit minimální vlivy okolí, např. budov, stromů apod. Okolní předměty mohou někdy velmi výrazně ovlivnit měření např. vrháním stínu či změnou směru a rychlosti větru. Obecně pro stavbu vyhovuje zatravněné místo, kde je v okruhu 10 m volné prostranství. Trávník by měl být průběžně kosen a udržován [12].

Při uzpůsobení pro průmyslové objekty se do budky umístí nástěnný elektronický převodník relativní vlhkosti, teploty a teploty rosného bodu. Jestliže budka není k dispozici, s výhodou lze použít tzv. radiační kryt nasazený na měřicí sondu převodníku (obr. 16). Radiační kryt nahrazuje žaluziové uspořádání meteorologické budky a zajišťuje potlačení vlivu slunečního záření a dešťových, popř. sněhových srážek na vlastní měření vlhkosti a teploty vzduchu.

Měření „vlhké“ teploty v potravinářských technologiích

Občas se v praxi vyskytnou zcela zvláštní požadavky na požadovanou hygrometrickou veličinu uplatněnou v dané technologii. Je to dáno tím, že mnoho původně českých potravinářských podniků má nyní zahraničního majitele, který do technologie zavádí své specifické metody měření vlhkosti, vyplývající z amerických a britských tradic. Konkrétně jde o implementaci měření psychrometrického rozdílu jakožto rozdílu mezi měřením „suché“ a „vlhké“ teploty.

To s sebou nese několik problémů. Prvním problémem je to, že se běžně nevyskytují elektronické psychrometry pro měření vlhké teploty. U klasických analogových psychrometrů je nutné pro správné měření zajistit manuální kontrolu a doplňování vody. To lze v praxi obtížně dodržet. Druhý problém je, že výsledky měření nelze snadno archivovat v databázi.

Firma SENSORIKA tak byla postavena před úkol vyvinout elektronický psychrometr s analogovými výstupy a datovou komunikací.

Další potíž byla v tom, že se v odborné lite­ratuře vyskytují tabelované hodnoty „vlhké“ teploty pouze do +40 °C (meteorologie), avšak požadovaný rozsah v tomto případě byl do +80 °C. Proto bylo nutné vytvořit program, který vyšel ze vzorce pro výpočet relativní vlhkosti z psychrometrického rozdílu.

V dané potravinářské technologii, znázorněné na obr. 17 (výroba koagulačních střívek pro uzeniny), jsou předepsány technologické podmínky sušení přibližně +75 až +80 °C „suché“ teploty a +30 až +31 °C „vlhké“ teploty s požadovanou přesností ±0,5 °C. Z těchto hodnot je zřejmé, že půjde o mimořádně nízké hodnoty měřené relativní vlhkosti v rozmezí přibližně 2,2 až 3,0 %. Zde nastává další komplikace: požadavek na mimořádnou přesnost kalibrace relativní vlhkosti v intervalu 0 až 5 %. Tento problém byl vyřešen využitím firemního kalibrátoru pro přístroje na měření bodu ojínění a rosného bodu s generováním ultrasuchého vzduchu s teplotou ojínění –80 °C, což znamená při vztažné teplotě +21 °C hodnotu relativní vlhkosti 0,002 %. Tuto hodnotu lze považovat s dostatečnou přesností za nulovou hodnotu relativní vlhkosti. Druhým kalibračním bodem je HFP 11 % (LiCl). Takto vymezené kalibrační body spolu s implementovanou kompenzací teploty senzoru relativní vlhkosti a výpočtovým programem „vlhké“ teploty umožnily vyvinout a zkonstruovat elektronické psychrometry řady SDKA 126 s přesností ±0,5 °C „vlhké“ teploty pro účely potravinářského průmyslu.

Zabezpečení dlouhodobé stability měření vlhkosti a teploty v lakovnách

Provoz lakovny je specifický tím, že zde vznikají podmínky pro výbuch par ředidel ve směsi se vzduchem, jak bylo popsáno v [4] a [10]. Jeden jev, který má negativní vliv na správnou funkci měřicí sondy vlhkosti a teploty prostředí lakovny, zůstává většinou nepovšimnut. Jde o usazování kondenzovaného aerosolu, popř. již částečně vyschlých částic nanášené barvy na předmětech v prostoru lakovny, a to i přes jejich odsávání podlahou i stropem.

Zalepení sintrované krytky měřicí sondy úsadami, které by způsobilo nesprávné měření, lze zabránit nasazením ochranné krytky na vlastní trubku měřicí sondy. Potom je možné měřit bez přerušení po velmi dlouhou dobu. Na obr. 18 je ukázán stav ochranné krytky, která přes silný nános úsad zabezpečila fungování měřicí sondy po dobu zhruba pěti let v intenzivně využívané lakovně.

Napojení systému měření vlhkosti a teploty na odběrní místo

Odborná instalace měřicí sondy také bývá zapeklitým oříškem. Například projektant navrhne zašroubovat měřicí sondu přímo do návarku (závitové vsuvky) na hlavním potrubí, obvykle velkého průměru, vedoucím od odvlhčovače. Tím je znemožněno vyjmutí sondy k pravidelné kalibraci bez nutnosti vypnout celý plynový trakt.

Jestliže tedy již je na hlavním potrubí instalována závitová vsuvka původně určená pro sondu, lze ji doplnit na odběrní místo pomocí přechodového členu podle obr. 19. Přechodový člen se skládá ze závitové základny se stejným vnějším závitem a těsněním, jako má měřicí sonda. Do této základny je našroubován kulový ventil a přechodka pro instalaci odběrné hadičky vedoucí přímo k hygrometru, má-li vnitřní sondu, nebo k měřicímu kabinetu, jak je znázorněno na obr. 20. Měřicí kabinet obsahuje nezbytné komponenty pro zajištění správného měření. Těmi jsou: filtr s manometrem (porozita filtru max. 5 μm), plováčkový průtokoměr se škrticím ventilem a průtočná komůrka s měřicí sondou. Vše je propojeno hadičkou z PTFE. Uvedený příklad znázorňuje uspořádání pro měření atmosférického rosného bodu s odvodem měřeného plynu do atmosféry.

Měření vlhkosti a teploty při mapování statického prostředí

Jestliže je zadán úkol proměřit vlhkostní pole statického prostředí s vysokou relativní vlhkostí, např. zemního vývrtu či studně, je nutné vytvořit měřicí systém s velmi krátkou dobou odezvy. Toho lze dosáhnout nucenou ventilací plynného prostředí do měřicí sondy. Na obr. 21 je znázorněna měřicí sonda HTP-9217. Měřený vzduch je nasáván ventilátorem na jejím čele. Vzduch prochází tělesem sondy okolo senzorů relativní vlhkosti a teploty a návazného hybridního integrovaného obvodu a vychází zadní stranou u konektoru. Hybridní obvod převádí změny kapacity senzoru vlhkosti a odporu senzoru teploty na změnu periody výstupního signálu pro jeho další interpretaci v návazném hygrometru.

Tímto uspořádáním s nucenou ventilací bylo dosaženo doby odezvy t90 £ 15 s při změně relativní vlhkosti o 50 % (procentních bodů), a uvedená sonda tak dokáže velmi rychle měřit a mapovat rozložení vlhkostního pole při jejím spouštění do zemního vývrtu.

Závěr

Závěrem nezbývá než konstatovat, že úloh měření vlhkosti plynů a plynného prostředí je velké množství a každá úloha musí být řešena s patřičnou znalostí dané problematiky.

V předložených třech dílech článku Příklady úloh měření vlhkosti nemohly být vyčerpány všechny příklady použití. Proto jsou jeho autoři k dispozici všem projektantům, technologům, technikům a zájemcům o tuto problematiku. Vzájemná konzultace jistě povede k optimálnímu řešení v rámci současného stavu poznání oboru měření vlhkosti. 

Literatura:

[1] AMBERG, J.: Feuchte in Druckluft unter Kontrolle. Sensor Report, 2003, č. 2.

[2] KLASNA, M.: Měření stopové vlhkosti plynů – 1. část. Automa, 2006, č. 3, s. 34–35, ISSN 1210-9592.

[3] KLASNA, M.: Měření stopové vlhkosti plynů – 2. část. Automa, 2006, č. 4, s. 20–21, ISSN 1210-9592.

[4] KLASNA, M.: Technika měření vlhkosti ply­nů – měření v prostředí s nebezpečím výbuchu. Automa, 2007, č. 3, s. 60–61, ISSN 1210-9592.

[5]   KLASNA, M.: Měření vlhkosti plynů v extrémních podmínkách – 1. část. Automa, 2007, č. 12, s. 56–57, ISSN 1210-9592.

[6]   KLASNA, M.: Měření vlhkosti plynů v extrémních podmínkách – 2. část. Automa, 2008, č. 3, s. 58–60, ISSN 1210-9592.

[7]   KLASNA, M.: Měření vlhkosti stlačeného vzduchu. Automa, 2008, č. 11, s. 44–45, ISSN 1210-9592.

[8]   KLASNA, M. – BLAŽEK, J.: Teplotní kompenzace teplotního součinitele při měření relativní vlhkosti plynů. Automa, 2009, č. 3, s. 38–40, ISSN 1210-9592.

[9]   KLASNA, M. – BUREŠ, J.: Experimentální porovnání metod měření vlhkosti medicinálních plynů. Automa, 2010, č. 8-9, s. 32–34, ISSN 1210-9592.

[10] KLASNA, M. – LÁZNIČKA, P.: Příklady úloh měření vlhkosti plynů (část 1). Automa, 2011, č. 10, s. 24–26, ISSN 1210-9592.

[11] KLASNA, M. – LÁZNIČKA, P.: Příklady úloh měření vlhkosti plynů (část 2). Automa, 2012, č. 1, s. 52–54, ISSN 1210-9592.

[12] SKŘEHOT, P.: Úvod do studia meteorologie. M.O.R., 2004.

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

Obr. 16. Snímač SWKA 120 s radiačním krytem RK-1P – měření vlhkosti a teploty nasávaného vzduchu do vzduchotechniky

Obr. 17. Měření podmínek vysoušení koagulačního střívka v potravinářské výrobě

Obr. 18. Ochrana měřicí sondy vlhkosti a teploty proti rozprášené barvě v prostoru lakovny

Obr. 19. Přechodový člen pro vytvoření odběrního místa

Obr. 20. Příklad měřicího kabinetu pro připojení k hygrometru – uspořádání k měření atmosférického rosného bodu

Obr. 21. Měřicí sonda HTP-9217 s nasáváním měřeného vzduchu pro mapování vlhkostního a teplotního pole statického prostředí