Aktuální vydání

celé číslo

12

2019

Automatizace v energetice a pro efektivní využívání energie

Bezpečnost strojů a zařízení, bezpečnostní PLC moduly

celé číslo

Ultrazvukové průtokoměry Fuji Electric

Významnou položkou v nabídce provozní měřicí techniky společnosti Fuji Electric jsou ultrazvukové průtokoměry. Jde o příložné průtokoměry k měření průtoku kapalin se stálou viskozitou a dále o kompaktní bateriově napájené přístroje pro měření průtoku vzduchu. V obou disciplínách jsou japonské výrobky velmi zajímavou alternativou k nabídce tradičních evropských dodavatelů.

 

Měření průtoku kapalin

Ultrazvukový průtokoměr příložného typu vyniká snadnou montáží bez zásahu do potrubí a bez kontaktu s médiem (obr. 1). Vyznačuje se možností měřit ve velkém rozsahu průměru potrubí (DN13 až DN6000), širokým rozsahem pracovních teplot (–40 až +200 °C) a od konkurenčních výrobků se odlišuje především vyspělým algoritmem pro odfiltrování vlivu bublin v médiu při použití metody měření doby mezi vysláním a přijetím ultrazvukové vlny. Elektronická vyhodnocovací jednotka založená na 32bitovém procesoru umožňuje měřit s přesností až ±1 % z měřené hodnoty a s odezvou do 1 s. Průtok je možné měřit v trubkách z nejrůznějších kovových, plastových i stavebních materiálů; podmínkou funkčnosti je homogenita materiálu trubky, stabilní viskozita média a montáž do rovného úseku potrubí.

 

Soustava pro ultrazvukové měření se vždy skládá z elektronické vyhodnocovací jednotky, dvojitě stíněných kabelů a detektorů přikládaných k potrubí s měřeným médiem.

 

Elektronická vyhodnocovací jednotka je dodávána v několika provedeních. Všechna podporují metodu měření doby průchodu ultrazvukové vlny, jedna navíc dovoluje měření s využitím Dopplerova jevu:

  • přenosná jednotka Portaflow-C s velkoplošným displejem umožňujícím nastavení bez propojení s počítačem existuje i v provedení s vestavěnou tiskárnou,
  • stacionární jednotka M-Flow PW v cenově výhodném plastovém provedení,
  • stacionární jednokanálová jednotka Time Delta-C s přídavným připojením snímačů teploty,
  • stacionární dvoukanálová jednotka Time Delta-C Dual-channel,
  • stacionární jednotka Duosonic pro měření také pomocí Dopplerova jevu.

 

Dvojitě stíněné přenosové kabely se vyrábějí v různých délkách. Pro přenosnou vyhodnocovací jednotku jsou určeny tenké koaxiální kabely, pro ostatní provedení jsou naopak robustní. V nabídce je rovněž varianta, která má kabely na jednom konci zalité do ultrazvukových vysílačů/přijímačů tak, aby výsledné provedení mělo stupeň krytí IP68.

 

Samotné detektory, tj. sestavy dvou vysílačů/přijímačů, se liší podle průměru potrubí a požadovaného rozsahu teplot (tab. 1). Ze širokého rozsahu průměrů potrubí plyne, že pro různé varianty musí být odlišný i způsob přichycení: od jednoduchého připevnění stahovacími sponami až po upevnění lany u velkých průměrů potrubí. Podle průměru potrubí se též liší požadovaný výkon vysílače.

 

S tím souvisejí i dva způsoby montáže vysílače a přijímače na potrubí pro měření doby průchodu ultrazvukové vlny – oba jsou založené na šikmém průchodu vlny proudící kapalinou. Pro menší průměry potrubí se s výhodou používá uspořádání do „V“, při němž jsou oba vysílače/přijímače umístěny na jedné straně trubky a vlna se vysílá napříč trubkou, odráží se od vnitřního povrchu protější stěny a vrací se na senzor (obr. 2). Výhodou tohoto uspořádání je snadnější montáž, kdy oba senzory mohou být na jedné montážní liště a sleduje se pouze souosost s potrubím. Pro větší průměry je třeba používat uspořádání do „Z“, kdy signál prochází médiem pouze jednou, což snižuje ztráty v médiu, a tudíž i požadovaný výkon vysílače, ale klade větší požadavky na montáž.

 

Některé stacionární vyhodnocovací jednotky, stejně jako přenosná varianta Portaflow-C, podporují měření teploty ve dvou místech. Dvoukanálová varianta stacionární jednotky potom umožňuje i dvě měření průtoku. To lze využít několika způsoby:

  • zpřesnění měření průměrováním dvou měření v různých částech potrubí (obr. 3),
  • zpřesnění měření pomocí dvou detektorů na jednom potrubí (obr. 4),
  • měření spotřeby tepla pomocí kombinace měření průtoku a rozdílu teplot v přívodní a vratné větvi (obr. 5).

 

Měření průtoku vzduchu

Je známo, že tlakový vzduch je jedním z nejdražších médií, takže se vyplatí jeho spotřebu měřit. Mnohdy se ale snímač instaluje již do hotových rozvodů nebo v místě vhodné montáže není k dispozici napájení. Pro tyto případy je dobré použít ultrazvukové měřiče průtoku vzduchu od Fuji Electric napájené z baterie. Dodávány jsou ve třech verzích montáže (obr. 1):

  • šroubovací provedení na potrubí průměru 25 a 32 mm,
  • provedení s vkládanou přírubou (JIS10K) o světlosti 40, 50, 65 a 80 mm,
  • provedení se šroubovací přírubou o světlosti 100, 150 a 200 mm.

 

Princip měření je podobný jako metoda Z u příložných průtokoměrů, tj. měří se doba průchodu ultrazvukové vlny (obr. 6). Kromě průtoku tyto přístroje měří také teplotu a tlak v potrubí. Výstup příslušných hodnot se přepíná tlačítky. Přístroje je možné použít k měření průtoku vzduchu či dusíku. Stupeň krytí je IP64, tělo přístroje je z hliníkové slitiny. V provedení s externím napájením 24 V DC je k dispozici rozhraní se dvěma digitálními pulzními výstupy pro určení směru průtoku vpřed či zpět nebo pro alarmový signál při překročení limitní hodnoty průtoku a s proudovou smyčkou pro výstup analogové hodnoty.

 

Závěr

Popsané ultrazvukové měření průtoku snímači Fuji Electric, ať už kapalin, nebo vzduchu, není obchodní měření, nýbrž měření orientační.

 

Výhodou příložných průtokoměrů je především možnost instalovat je bez zásahu do potrubí a bez zastavení proudění kapaliny. Měřicí přístroj nemá žádné smáčené části, takže při dodržení podmínky stabilní viskozity v podstatě nezáleží na tom, jaká chemikálie je měřena. Přenosná verze má elektroniku napájenou z baterie, takže lze měřit úplně kdekoliv v provozu a posléze hodnoty zaznamenané na kartě SD přečíst v počítači a vyhodnotit je.

 

Přístroje pro měření průtoku vzduchu je sice nutné montovat do potrubí, ale zato zajistí uživateli sledování průtoku a tím i detekci úniků drahého média. Vzhledem k tomu, že je zařízení multifunkční (měří průtok, tlak i teplotu), může uživatel všechny měřené hodnoty buď u bateriových přístrojů sledovat na displeji, nebo je u přístrojů napájených ze zdroje 24 V přenášet do PLC. V obou případech tedy jde o přístroje podporující především údržbu v podnicích.

Ing. Petr Boček,
Amtek, spol. s r. o.

 

 

Tab. 1. Kombinace různých typů detektorů a vyhodnocovacích jednotek

Typ detektoru 

Charakteristika 

Vyhodnocovací jednotka 

Světlost (mm) 

Rozsah pracovních teplot (°C) 

 FSSC 

prodlužovací lišta 

Portaflow, M-Flow, Time Delta 

50 až 1 200 

–40 až +120 

 FSSA 

snadná instalace 

 M-Flow, Time Delta 

25 až 225  

–20 až +100 

 FSSD 

pro malé průměry 

 Portaflow, Time Delta 

13 až 100 

–40 až +100 

 FSSE 

pro velké průměry 

 Portaflow, Time Delta 

200 až 6 000 

–40 až +80 

 FSSH 

do vysokých teplot 

 Portaflow, Time Delta 

50 až 400 

–40 až +200  

 

 

Obr. 1. Ultrazvukové přístroje pro příložné měřené průtoku kapalin a měření proudění vzduchu

Obr. 2. Měření průtoku metodou V

Obr. 3. Dvoukanálová vyhodnocovací jednotka umožňuje měřit průtok nezávisle ve dvou potrubích a počítat např. jejich součet

Obr. 4. Dvoukanálová jednotka umožňuje zpřesnit výsledek dvěma měřeními průtoku v tomtéž potrubí

Obr. 5. Dvoukanálová vyhodnocovací jednotka pro měření předaného tepla

Obr. 6. Princip ultrazvukového snímače pro měření průtoku vzduchu