Aktuální vydání

celé číslo

07

2020

Řízení distribučních soustav a chytrá města

Měření a monitorování prostředí v budovách a venkovním prostředí

celé číslo

Tepelné snímače a regulátory hmotnostního průtoku plynu Bronkhorst El-Flow Prestige

Tepelné hmotnostní průtokoměry a regulátory průtoku plynů řady El-Flow® Prestige od firmy Bronkhorst jsou nejvšestrannější přístroje svého druhu na světě.

 

Nizozemský výrobce Bronkhorst High-Tech B. V. uvádí pod označením El-Flow Prestige novou generaci tepelných snímačů a regulátorů hmotnostního průtoku plynů osvědčené řady El-Flow. Oproti předchozím verzím byly zdokonaleny téměř všechny komponenty těchto přístrojů a tím významně zlepšeny jejich vlastnosti.

 

Senzor

Přístroje řady El-Flow Prestige pracují na tepelném principu s využitím obtoku. V jejich senzoru je namísto tradiční metody CTA (Constant Temperature Anemometry) použita nová metoda založená na vyvažování rozdílu teplot (Differential Temperature Balancing – DTB). Senzory typu DTB se vyznačují v širokém rozmezí lineární statickou převodní charakteristikou a prvotřídní stabilitou včetně menší citlivosti převodní charakteristiky senzoru na změny teploty a tlaku měřeného plynu.

 

Celkem jsou v rámci řady El-Flow Prestige k dispozici dva typy hmotnostních průtokoměrů a čtyři typy regulátorů hmotnostního průtoku (obojí s nastavitelnými měřicími rozsahy v rozmezí celkem od 0,014 až 0,7 Nml/min do 0,4 až 20 Nl/min) a regulátor hmotnostního průtoku (rozsah v rozmezí od 0,14 až 7 Nml/min do 0,4 až 20 Nl/min) s vestavěným uzavíracím ventilem (obr. 1). Chyba přístrojů řady El-Flow Prestige při jmenovitých kalibračních podmínkách není větší než 0,5 % z naměřené hodnoty plus 0,1 % z měřicího rozsahu.

 

Vlastnosti senzorů typů CTA a DTB

Základní uspořádání a odlišnost funkce senzorů hmotnostního průtoku založených na principech CTA a DTB jsou patrné z obr. 2 a obr. 3. Jejich typické statické převodní charakteristiky jsou ukázány na obr. 4.

 

Senzory typu CTA mají tyto základní vlastnosti:

  • senzor má dva prvky, každý s vyhřívacím tělesem a čidlem teploty média, jestliže médium neproudí, T1 = T2,
  • v důsledku průtoku média T1 klesá a naopak T2 roste,
  • měronosným signálem senzoru typu CTA je rozdíl teplot T2 a T1.

 

Senzory typu DTB, na rozdíl od typu CTA, neodvozují měřicí signál z rozdílu teplot, ale z množství energie dodávané do vyhřívacích těles:

  • senzor má obdobně dva prvky (každý s vyhřívacím tělesem a čidlem teploty média),
  • teplota obou prvků je udržována konstantní na hodnotě Tokolí +35 °C,
  • při průtoku média T1 klesá, takže k udržení konstantní teploty Tokolí +35 °C je nutné zvětšit množství energie dodávané vyhřívacím tělesem 1; vyhřívacímu tělesu 2 naopak při proudícím médiu stačí k udržení požadované teploty méně energie než při médiu bez pohybu,
  • měronosným signálem senzoru typu DBT je rozdíl mezi množstvími energie potřebnými k udržení jednotlivých vyhřívacích těles na konstantní teplotě,
  • statická převodní charakteristika senzoru typu DTB je v širokém rozmezí lineární a signál senzoru při překročení jmenovitého maximálního průtoku senzorem neklesne (na rozdíl od senzoru typu CTA – viz obr. 4).

 

Elektronika

Stejně jako ostatní regulátory průtoku značky Bronkhorst mají i přístroje řady El-Flow Prestige přímo na desce elektroniky vestavěný PID regulátor. Díky použití senzoru typu DTB a nového provedení desky plošných spojů s elektronikou spotřebovávají přístroje řady El-Flow Prestige o 30 % méně energie než předchozí modelová řada.

 

Přímo v přístroji je uloženo 25 převodních křivek, takže jej lze přestavit podle potřeby na jeden z 25 různých plynů přímo na pracovišti, bez nutnosti vyjímat přístroje ze zařízení. Je také možné nastavit směs až z pěti plynů uložených v přístroji.

 

Rozsah přístroje lze upravit od 40 do 120 % jmenovitého měřicího rozsahu senzoru nastaveného při výrobě. Základní přesnost přístroje (viz shora) zůstává při změně rozsahu mezi 80 až 120 % jmenovité hodnoty zachována. Při měřicím rozsahu nastaveném mezi 40 až 80 % jmenovité hodnoty je nejistota měření ±0,5 % z naměřené hodnoty plus ±0,2 % z měřicího rozsahu. Dále je možné zadat skutečné provozní parametry média (tlak, teplota) a tím pozitivně ovlivnit přesnost měření (tzv. aktivní kompenzace).

 

Novinkou je volitelně nastavitelný kolík 5 v připojovacím konektoru, který nebyl dříve využit. Nyní může být použit např. k řízení externího ventilu, spuštění výstrahy, aktivaci uzavíracího ventilu nebo k dávkování plynu.

 

Komunikační rozhraní

Stejně jako u předchozích modelů je v základním provedení přístrojů řady El-Flow Prestige k dispozici analogový výstup v různém provedení spolu s digitální linkou RS-232 (volitelně RS-485 s protokolem Modbus RTU, Modbus ASCII nebo firem ním Flow-Bus™). Na objednávku se dodávají také přístroje s rozhraním Profibus, DeviceNet, EtherCAT či Profibus.

 

Regulační ventil

Pro přístroje řady El-Flow Prestige byl vyvinut nový typ regulačního ventilu s dvojitou pružinou, umožňující jemněji regulovat průtok a také, díky menší náchylnosti k zaseknutí, prodlužující dobu provozního života ventilu. Na pístu ventilu je použito již ve standardním provedení těsnění z perfluorelastomeru třídy FFKM s větší odolností proti agresivním plynům, jako např. HCl, AsH3, COF2 atd.

 

Software

Firma Bronkhorst dodává veškerý software pro své přístroje zdarma.

 

Novinkou je ovládací program v nové verzi FlowTune 2.05, umožňující vybrat patřičný plyn z databáze přístroje a nastavit provozní podmínky přístroje.

 

Pro pohodlí zákazníků používajících program LabVIEW je zdarma k dispozici certifikovaný plug-and-play ovladač pro přístroje komunikující protokolem Flow-Bus.

 

Martin Niederle,
D-Ex Instruments, s. r. o.

 

Obr. 1. Tepelný hmotnostní průtokoměr/regulátor průtoku plynů řady El-Flow Prestige

Obr. 2. Princip uspořádání a činnosti senzoru typu CTA (Constant Temperature Anemometry)

Obr. 3. Princip uspořádání a činnosti senzoru typu DTB (Differential Temperature Balancing)

Obr. 4. Principiální statické převodní charakteristiky senzorů typu CTA a typu DTB