Aktuální vydání

celé číslo

02

2023

Amper 2023

Propojená výroba, průmyslový internet věcí a analýzy dat

celé číslo

Snímač rozdílu tlaků PM 111 D2

Minulý rok nám přinesl výzvu od jedné farmaceutické výrobní firmy, abychom vyřešili měření hladiny v tlakové nádobě menších rozměrů umístěné za biofermentorem. Specifickou vlastností menších nádob v podobných provozech je, že jsou opatřeny snímači pro měření mnoha různých veličin, jakož i míchadly a dalším pomocným zařízením, jako jsou např. sprchovací hlavice, takže na jejich plášti je nedostatek volného místa.

 

K měření hladiny se nabízí využití principu měření hydrostatického tlaku. Jedním z požadavků je dokonalá čistitelnost vnitřku nádoby, a proto se používají snímače tlaku s oddělovací membránou v tzv. sanitovatelném provedení. V praxi to znamená, že oddělovací membrány jsou, pokud je to možné, zároveň s vnitřním povrchem nádoby, aby okolo nich nevznikaly tzv. mrtvé kouty, tedy obtížně čistitelná místa.

V případě tlakové nádoby je třeba sáhnout po diferenčním měření. Měří se totiž rozdíl celkového tlaku u dna nádoby oproti tlaku nad hladinou produktu. V tomto případě je maximální provozní tlak až 0,4 MPa, ale hydrostatický tlak je do 8 kPa.

Pro přesné měření diference tlaků se po­užívají membránové oddělovače s membránami větších rozměrů; ty však jsou na nádobách tohoto druhu těžko použitelné právě pro nedostatek místa. Byli jsme postaveni před úkol vyřešit diferenční měření tlaku s membránami malých rozměrů: v tomto případě byla k dispozici procesní připojení Ingold DN25 (dole) a Ingold DN40 (nahoře).

Snímač PM 111 D-2 (obr. 1) je opatřen piezorezistivním čidlem tlaku, které pracuje jako diferenční, což znamená, že každý z obou tlaků působí na jednu stranu křemíkové membrány. Čidlo je situováno co nejblíže dolní oddělovací membrány, která má v tomto případě průměr pouhých 25 mm. Umístění čidla bezprostředně u odběru tlaku s menší membránou umožnilo minimalizovat objem pracovní kapaliny, která zprostředkuje přenos tlaku z oddělovací membrány na čidlo. Teplotní objemová roztažnost pracovní kapaliny se totiž nevyhnutelně stává zdrojem chyby měření, a proto je důležité, aby cesta přenosu tlaku byla krátká a objem pracovní kapaliny byl co nejmenší. Proto jsme i typ čidla zvolili tak, aby jeho rozměry byly co nejmenší.

K měření druhého tlaku je použita oddělovací membrána situovaná v horní části nádoby. Na vršku nádoby byl k dispozici tlakový odběr o velikosti DN40. Horní membrána má průměr 40 mm a tlak se přenáší do čidla kapilárou, která má v tomto případě délku 2 m. Je tak splněna zásada, že čím delší je cesta přenosu tlaku a čím větší je objem pracovní kapaliny, tím větší membránu je třeba použít.

Signál z piezorezistivního senzoru, je zpracován elektronikou digitálního tlakoměru PM-111. Ten nabízí dobře viditelné zobrazení naměřené hodnoty, analogový výstupní signál 4 až 20 mA a kromě toho i čtyři nezávisle programovatelná mezní relé. Displej může být buď čtyřmístný LED, anebo sedmimístný LCD s modrým podsvícením. Na zvláštní požadavek může být přístroj vybaven komunikací RS-485 s protokolem Modbus RTU.

Při laboratorních testech i ve zkušebním provozu u uživatele jsme ověřili, že celková přesnost měření je lepší než 10 mm vodního sloupce.

Jan Vaculík, BHV senzory s. r. o.

 

Obr. 1. Snímač rozdílu tlaků PM 111 D2 se sanitovatelným tlakovým připojením Ingold DN25 a Ingold DN40

Obr. 2. Příklad farmaceutické tlakové nádoby s instalovaným snímačem PM 111 D2