Kontrolniki pretoka

EGE

Kontrolniki pretoka so senzorji, ki zaznajo pretok zraka, plina ali tekočine. Naše partnersko podjetje EGE Elektronik ponuja kontrolnike pretoka na osnovi termodinamičnega principa (slika 1). V nadaljevanju bomo zato opisali njihove tehnične značilnosti in njihovo uporabnost.

Vili Granda, tehnično svetovanje, Elsing Inženiring, d. o. o.

Princip delovanja

Kontrolniki pretoka proizvajalca EGE Elektronik delujejo na termodinamičnem principu. Senzor se segreva po izpostavljenem delu tipala, ki je nameščen v mediju. Temperatura se tako spreminja od vrha tipala (nižja temperatura) do pričvrstitve na senzorsko ohišje oz. korena tipala (višja temperatura). Kadar je v okolici tipala prisoten pretok plina ali tekočine, se tipalo ohlaja, saj oddaja toplotno energijo okoliškemu mediju. Kontrolnik ob tem primerja temperaturo okoliškega medija s temperaturo samega tipala. Na osnovi ugotovljene razlike lahko tako za različne medije ugotovimo tudi njihov pretok (slika 2).

Na osnovi tega principa so pripravljeni kontrolniki pretoka tako za plinske kot tekoče medije.

Slika 1 - Kontrolniki pretoka

Slika 1 - Kontrolniki pretoka

Slika 2 - Princip delovanja kontrolnikov pretoka

Slika 2 - Princip delovanja kontrolnikov pretoka

Primeri uporabe

Ker termodinamični kontrolniki pretoka delujejo brez kakršnihkoli gibljivih ali rotirajočih elementov, ni izpada zaradi morebitnih okvar ležajev, poškodb vetrnic ali deformacije zajemnega polja. Takšno zanesljivost delovanja znajo ceniti vsi, ki se v industriji ukvarjajo z vzdrževalnimi deli. Njihovo prednost pa še poudarja široka uporabnost, saj jih lahko uporabimo tako v plinskih in tekočih medijih, kot tudi v običajnem industrijskem in eksplozijsko ogroženem okolju.

Nadzor hlajenja

  • Hladilno tekočino pri varilnih strojih spremljamo s pomočjo robustnih kontrolnikov pretoka iz nerjavnega jekla. Na ta način tudi pri visokih obremenitvah na varilnem stroju dosežemo dovolj visok nivo hlajenja. Če zaradi napake v hladilni tekočini ni zaznati pretoka, senzor zaustavi delovanje varilnega robota.
  • V obdelovalnih centrih kontrolniki pretoka stalno nadzorujejo pretok mazalnega olja. Stroji so dodatno zaščiteni in njihova življenjska doba je daljša.
  • V kovinskoobdelovalni industriji (npr.: v valjarnah) se valji stalno ohlajajo. Hladilni sistem je podvržen zelo visokim obremenitvam, prav tako so kontrolniki pretoka včasih vgrajeni na mesto, kjer temperatura dosega tudi 160 0C. Potrebne nastavitve se opravijo na kontrolni enoti zunaj najzahtevnejšega okolja.

Nadzor pretoka pri črpalkah

  • Zaščita pred praznim tekom pri črpalkah (slika 3) sodi med eno izmed najbolj pogosto uporabljenih aplikacij. V tem primeru pridejo v poštev predvsem kontrolniki s časovno zakasnitvijo.

Slika 3 - Zaščita pred suhim tekom pri črpalkah

Slika 3 - Zaščita pred suhim tekom pri črpalkah

  • Pri doziranju so pretoki zelo nizki. V tem primeru kontrolo pretoka izvajamo s pomočjo cevnih kontrolnikov, ki jih vgradimo v dovodni cevni sistem pri dozatorju.
  • Preko kontrole pretoka je izvedljiv tudi nadzor filtrov in sejalnih mrež. Pri zniževanju pretoka dobimo informacijo, da so filtri zamaščeni oz. da skozi sejalno mrežo material ne pada več v predvidenih količinah. Potrebna je zamenjava filtra oz. čiščenje sejalne mreže. V kolikor tega ne storimo, kontrolnik pri nadaljnjem zniževanju pretoka izklopi črpalko. V takšnem primeru imamo torej dvotočkovno nastavitev senzorja z dvema izhodnima kontaktoma.

Protieksplozijsko zaščiteni senzorji za uporabo v Ex-okolju

  • Nadzor pretokov pri čistilnih sredstvih, ki so ponavadi izredno agresivna, je možen le s pomočjo posebnih izvedb iz izredno odpornih materialov kot sta hastelloy ali tantal.
  • Odzračevalni sistemi pri odvajanju življenjsko nevarnih plinov iz samega procesa morajo biti redno kontrolirani. Standardno se uporabljajo kontrolniki zračnega pretoka.
  • Procesi CIP/SIP v predelovalni ali drugi primerljivi industriji morajo biti stalno nadzorovani. Kontrolniki pretoka omogočajo ob spremljanju pretoka tudi dokumentiranje dejanskega stanja.

Senzorji

V merilni konici kontrolnika pretoka se nahajajo temperaturno odvisni merilni elementi. Sama merilna konica je v istem ohišju (iz istega kosa) kot navojni in pričvrstilni del senzorja (slika 4). Na ta način se doseže absolutna zaprtost senzorja in njegova visoka tlačna zdržnost. Material ohišja je iz nerjavnega jekla, izjema so le izvedbe za Ex okolje, saj v zelo agresivni atmosferi tudi nerjavno jeklo dejansko ni več nerjavno.

Slika 4 - Prerez senzorja

Slika 4 - Prerez senzorja

Montaža senzorja je neodvisna od smeri pretoka. Pri sami montaži moramo paziti predvsem na to, da je merilna konica vedno potopljena v medij, ki ga želimo kontrolirati (med pretokom in tudi takrat, ko pretoka ni). Kadar so cevi oz. pretočni kanali ožji, pa moramo biti pozorni tudi na oviro, ki jo predstavlja senzor. Paziti moramo, da s senzorjem ne zapremo preveč pretočne površine.

Senzor deluje zanesljivo le ob enakomernem stanju v okolici. V kolikor se pojavljajo vrtinci ali druge nepravilnosti pri pretoku, je mogoče, da se na odzivu senzorja pojavi napaka. Zato je senzor potrebno vgraditi na mestu, kjer ni vzrokov za nastanek vrtincev.
Priporočilo: Na vsako stran senzorja naj bo oddaljenost do morebitnega povzročitelja vrtincev vsaj od 4- do 8-kratnika premera cevi oz. pretočnega kanala.

Montaža

Senzorji s krajšo dolžino navoja (izvedba STK …) so primerni za vgradnjo v člene T. Dolžina senzorja omogoča polno potopitev merilne konice v kontrolirani medij, vendar je pri montaži potrebno upoštevati, da se konica ne dotika nasprotne stene cevi.
Senzorji z daljšo dolžino navoja (izvedba ST …) se uporabljajo pri večjih premerih cevi oz. pri daljših navojnih nastavkih. Navoj senzorja ustreza standardu za G-krožne navoje (DIN ISO 228, skladno tudi z BSP). Za zatesnitev senzorja lahko uporabimo ploščata tesnila (slika 5), PTFE tesnilne trakove ali tekoče tesnilne mase.

Opozorilo: Pri tlaku nad 30 bar se lahko nekovinska ploščata tesnila poškodujejo. V tem primeru je potrebno poskrbeti za ustrezno montažo ali izbrati za visoke tlake primernejša kovinska tesnila (standardni material: AFM 34). Na voljo so tudi posebne izvedbe ploščatih tesnil, npr.: iz bakra, mehkega železa, PTFE.

Slika 5 - Dimenzije ploščatih tesnil

Slika 5 - Dimenzije ploščatih tesnil

Za montažo v odprtih sistemih izberemo dvižne vode, če razmere dopuščajo. Če senzor vgradimo v vodoravne cevi, moramo paziti, da njegovega delovanja ne zmotijo usedline ali zračni žepki. Zato priporočamo stransko vgradnjo, kot je prikazano na sliki 6. Montaža s spodnje strani pa je bolj primerna, ko medij ne zapolni celotne cevi (slika 7). V tem primeru bo senzor pravilno deloval, ko bo njegova merilna konica iz vseh strani obkrožena s kontroliranim medijem (nivo medija v cevi torej ne sme pasti pod višino senzorja).

Slika 6 - Stranska vgradnja

Slika 6 - Stranska vgradnja

Slika 7 - Montaža od spodaj

Slika 7 - Montaža od spodaj

Montaža senzorja z vrha pa je sprejemljiva le, ko medij dejansko vedno zapolnjuje celotno cev.

Razen G navojev je ob posebnem naročilu mogoče dobiti tudi senzorje z NPT navoji. Te nivoje pa v Sloveniji srečujemo le redko.

Medij

Občutljivost zaznave in odzivnost termodinamičnih kontrolnikov pretoka je v veliki meri odvisna od kontroliranega medija, predvsem od njegovih termičnih lastnosti. Zato je zaznavno območje običajnega senzorja pri olju do 3-krat širše kot pri vodi (pri zraku celo do 30-krat širše). V kolikor pri podatku senzorja ni posebej navedeno, njegovo zaznavno območje velja za zaznavo v vodi.

Izvedbe senzorjev

Pri pripravi rešitev za različne aplikacije so se oblikovale tudi različne posebne izvedbe senzorjev, ki jih lahko razdelimo v naslednje skupine:

  • senzorji s podaljšano senzorsko glavo (od 25 do 300 mm) za uporabo pri večjih premerih cevi ali kanalov,
  • senzorji za zaporedno vgradnjo v sistemu in line, kjer se v cevni sistem vgradi del cevi s senzorsko zaznavo oz. kontrolo pretoka,
  • senzorji za uporabo v živilski industriji (posebne higienske zahteve),
  • senzorji iz obstojnejših materialov za agresivne medije,
  • senzorji za visoke temperature (do 160 0C),
  • kompaktni senzorji (poleg senzorja je prikazovalnik),
  • senzorji z analognim izhodom (4-20 mA),
  • senzorji za uporabo v Ex okolju (ATEX certifikat).

Prikaz delovanja

Za povezavo v širši sistem potrebujejo senzorji še krmilne elemente serije SKZ ali SKM. Ti krmilni elementi preoblikujejo signal iz senzorja v uporabne relejske kontakte ali analogni izhod 4–20 mA. Nastavitev zaznavnega področja poteka s pomočjo potenciometrov na čelni strani. Prikaz stanja preko diod LED je preprost (slika 8): rdeča dioda LED pomeni, da je nivo morebitnega pretoka pod spodnjo nastavljeno mejo, ko gori ena zelena dioda LED pa pomeni, da je spodnja nastavljena meja presežena, glede na kontrolirani pretok pa se ob njegovem povečevanju proti gornji meji dodatno prižigajo še ostale štiri zelene diode LED.

Slika 8 - Funkcija diod LED

Slika 8 - Funkcija diod LED

Kontrolniki pretoka za Ex okolje

Ex kontrolniki pretoka so tipsko preizkušeni senzorji z ATEX certifikatom za uporabo v plinskem in prašnem eksplozijsko ogroženem okolju. Običajna izvedba je v ohišju iz nerjavnega jekla (1.4571), glede na zahteve samega procesa pa se lahko uporabijo tudi zahtevnejši materiali kot so hastelloy in monel. V takšnem primeru je potrebno dodatno preveriti korozivno obstojnost senzorja v določeni atmosferi.

Za Ex senzorje so na voljo posebne lastnovarne krmilne enote tipa SEA oz. SZA (prav tako z ATEX certifikatom), ki galvansko ločujejo vhodni in izhodni signal. Za njih velja:

  • Ex krmilne enote morajo biti nameščene izven Ex okolja,
  • njihova vgradnja mora na koncu zagotoviti vsaj nivo mehanske zaščite IP 20,
  • pri priključitvi lastnovarnih in zunanjih sponk moramo poskrbeti za njihovo dodatno zavarovanje (božirke ali ločilna stena), tako da je zagotovljena minimalna zračna razdalja 50 mm.

Pred vgradnjo kontrolnika moramo dodatno preveriti lastnovarne parametre merilnega tokokroga (tok, napetost, moč, induktivnost, kapacitivnost), na kar vpliva tudi kabelska povezava med Ex senzorjem in Ex krmilno enoto. Tudi v tem primeru velja, da morajo biti lastnovarni tokokrogi jasno označeni (modra barva kabla) in fizično ločeni od ostalih tokokrogov.

Poseben primer vgradnje predstavlja montaža Ex senzorja na prostem (slika 9). V tem primeru moramo v povezovalni kabel, kot dodatni element za zaščito pred atmosferskimi praznjenji (strele ipd.) vgraditi prenapetostni odvodnik SBGX 01.

Prenapetostni odvodnik morebitno inducirano napetost, ki se v priključnem kablu lahko pojavi zaradi atmosferskega praznjenja, varno odvede do ozemljitve.

Slika 9 - Montaža Ex senzorja na prostem

Slika 9 - Montaža Ex senzorja na prostem

Zaključek

Kontrolniki pretoka so široko uporabni za uporabo v hladilnih, ogrevalnih in procesnih sistemih. Pri uporabi termodinamičnega principa pa dobimo robustni senzor z dolgo življenjsko dobo, ki tako rekoč ne potrebuje vzdrževanja. Izvedbe z različnimi priključki in izhodi pa njihovo uporabnost še povečujejo.

Literatura:
- podatki proizvajalca EGE Elektronik

Nazaj