Print

Hmotnostní průtokoměry řady OPTIMASS firmy KROHNE pro měření kapalin s obsahem plynné fáze

-- 15.11.17

Úvod

Hmotnostní průtokoměry mají velmi nízkou nejistotu měření a jsou proto často používány pro měření průtoku kapalin, past, kalů a kaší. Často jsou použity pro měření v podmínkách, které jsou pro jiné měřicí principy nevhodné nebo přímo nepřípustné, například z důvodu nízké vodivosti měřené kapaliny, nedostatečného prostoru pro přímý úsek před a za měřidlem, kvůli požadavku na snadnou čistitelnost sanitačními prostředky a podobně. Jedním z omezení pro Coriolisův měřicí princip byl až do nedávné doby obsah plynových bublin v měřené kapalině. Obsah plynné fáze způsoboval velké nepřesnosti a výpadky měření průtoku se všemi negativními důsledky pro dávkování kapalin a řízení technologického procesu výroby. 

Měření hmotnostního průtoku kapalin s obsahem plynné fáze

Měření hmotnostního průtoku kapalin Coriolisovým průtokoměrem nezávisí na vodivosti a hustotě měřené kapaliny a Coriolisovy hmotnostní průtokoměry nevyžadují přímé úseky před a za průtokoměrem. Vnitřní povrch měřicí trubice může být leštěný, a tedy snadno čistitelný a sanitovatelný, což je obzvlášť důležité pro aplikace v potravinářském průmyslu, ve farmacii a v biotechnologiích. Naproti tomu běžné Coriolisovy hmotnostní průtokoměry byly velmi citlivé na přítomnost plynné fáze v měřené kapalině, což může nastat při zahájení výrobního cyklu nebo při technologických problémech v procesu výroby. Důvod těchto problémů leží v samotném měřicím principu Coriolisova hmotnostního průtokoměru, což je využití vzniku Coriolisových sil v řízeně rozkmitané měřicí trubici. V případě vniknutí plynné fáze do měřicí trubice naplněné kapalinou dojde k silnému útlumu kmitání měřicí trubice a k prudkým změnám vlastní rezonanční frekvence měřicí trubice z důvodu rychlých změn hustoty dvoufázové směsi v měřicí trubici. Tyto rychlé změny musí elektronika průtokoměru sledovat, vyhodnocovat a řídit. 

Převodník pro hmotnostní průtokoměry KROHNE MFC 400

Firma KROHNE vyvinula zcela nový převodník pro mnoho svých snímačů řady Optimass; převodník je schopen spolehlivě zpracovat signály ze snímače i v případě, že se v měřicí trubici nachází spolu s kapalinou i plynná fáze, a to v jakémkoli poměru, který se může i prudce měnit. V následujících odstavcích stručně popíšeme způsob řešení tohoto problému spolu s dosaženými výsledky.

Plynná fáze v měřené kapalině je v běžných procesních aplikacích nežádoucí a je považována za poruchový stav. Cílem je stále měřit hmotnostní průtok kapaliny protékající hmotnostním průtokoměrem.  Rozlišujeme 2 základní stavy přítomnosti plynné fáze v měřené kapalině.

Kvazistacionární přítomnost plynu v měřené kapalině můžeme charakterizovat jako nízký nebo střední obsah plynné fáze v kapalině. Plyn je ve formě náhodně rozmístěných bublin a je důsledkem procesních vlivů nebo nežádoucím efektem nedokonalého odplynění měřené kapaliny v předchozím stupni technologického procesu. Cílem měření je stabilní a pokud možno přesné měření hmotnostního průtoku. Objemový průtok, který se vypočítává z hmotnostního průtoku a měřené hustoty, bude v tomto případě velmi nestabilní z důvodu ovlivnění měřené hustoty plynnou fází, jejíž obsah se může poměrně rychle měnit.  Hmotnostní průtok, který je měřen přímo, by měl být ovlivněn poměrně nevýznamně, protože hustota plynu je mnohem menší než hustota měřené kapaliny.

Přechodná přítomnost plynu v měřené kapalině nastává například při částečně zaplněném sacím potrubí při čerpání kapaliny ze zásobníku, kdy je na výstupu čerpadla instalován Coriolisův hmotnostní průtokoměr. Lze ji charakterizovat jako velmi rychlou změnu fyzikálních podmínek proudění; hustota směsi kapaliny a plynné fáze v měřicí trubici průtokoměru se mění ve velmi širokém rozsahu mezi průtokem kapaliny bez plynné fáze a průtokem plynné fáze s kapkami kapaliny. V tomto případě je požadováno měření průtoku bez přerušení s dobrou opakovatelností, tak aby v žádném okamžiku nedošlo k přerušení měření a tím i k chybám v řízení technologického procesu a součtového množství kapaliny, jež protekla průtokoměrem.

Pro návrh optimálního technického řešení je důležitá správná analýza vlivu přítomnosti plynné fáze na Coriolisův hmotnostní průtokoměr. Přítomnost plynné fáze v měřené kapalině způsobuje systematické a stochastické chyby měření.

Systematické chyby měření jsou způsobeny interakcemi mezi plynnou fází a kapalinou. Coriolisův hmotnostní průtokoměr je ovlivněn zejména:

  • dodatečnými rušivými kmity měřicí trubice, jež jsou vyvolány přítomností plynné fáze;
  • změnami směru proudění kapaliny s plynnou fází v ohnutých měřicích trubicích hmotnostních průtokoměrů;
  • nesymetrickým rozdělením průtoku kapaliny a plynné fáze v případě většího počtu trubkových hmotnostních průtokoměrů.

Tyto chyby mohou vést zejména k podstatně nižším měřeným hodnotám hmotnostního průtoku, než jsou hodnoty skutečné.

Stochastické chyby měření jsou způsobeny rychlými změnami průtoku a hustoty kapaliny s plynnou fází a zvýšeným útlumem kmitání měřicí trubice. Mohou způsobit výpadky měření v případě, že vyhodnocovací elektronika identifikuje nedostatečný odstup signálu od šumu nebo není schopna sledovat a řídit vlastní rezonanční frekvenci měřicí trubice z důvodu jejích rychlých změn.

Nová vyhodnocovací elektronika MFC 400 vyvinutá firmou KROHNE využívá zcela nové postupy generování budicího signálu a vyhodnocení signálu ze senzorů. Podrobný popis zpracování signálu nalezne čtenář v (1). Tato technologie je patentována pod názvem Entrained Gas Management – EGM™.  Takováto elektronika využívá velmi výkonný procesor, který zajišťuje zpracování fázového posuvu ze senzorů, tak aby bylo možno vyhodnocovat vlastní rezonanční frekvenci měřicí trubice při nízké amplitudě signálu z budičů a při rychlých změnách vlastní rezonanční frekvence a generování budicího signálu, jenž není přímo závislý na odezvě senzorů.

Výsledky dosažené v praxi potvrdily spolehlivou funkci hmotnostních průtokoměrů například v potravinářských aplikacích. Uvedeme zde dva příklady.

1. Výroba zmrzliny – při teplotě –6 ºC je do zmrzliny záměrně přidáván vzduch, aby byla zmrzlina jemnější. Tato směs zmrzlinové hmoty s jemně rozptýleným vzduchem byla měřena hmotnostním průtokoměrem Optimass 6400 C s převodníkem MFC 400.

2. Výroba sójové omáčky drcením sójových bobů mezi válci – při tomto procesu vzniká směs viskózní kapaliny s bublinkami vzduchu a se zbytky nerozdrcených sójových bobů. Při provozních zkouškách u zákazníka bylo dosaženo přesnosti měření srovnatelné s měřením průtoku vody za referenčních podmínek, tj. typická nejistota měření 0,1 % z měřené hodnoty. 

V současnosti jsou všechny typy snímačů hmotnostních průtokoměrů KROHNE řady Optimass dodávány s převodníkem MFC 400. Optimass 1400 je univerzálním přístrojem pro běžné aplikace s výborným poměrem výkon/cena. Optimass 2400 je určen pro měření velkých průtoků, zejména ropy a ropných produktů a vstupních surovin pro chemickou nebo potravinářskou výrobu, včetně systémů pro fakturační měření podle směrnice pro měřicí přístroje. Optimass 3400 je naopak vhodný pro měření hmotnostního průtoku, hustoty nebo koncentrace velmi malého množství kapalin a plynů. Optimass 6400 je všestranný a výkonný přístroj umožňující měření jak kryogenních médií (od –200  °C), tak kapalin a plynů za vysokých teplot (do +400 °C) a také vysokých tlaků (až 200 barg). Kromě schválení pro použití v prostorech s nebezpečím výbuchu, což je samozřejmostí pro všechny průtokoměry řady Optimass, je Optimass 6400 rovněž certifikován pro systémy podle směrnice pro měřicí přístroje (MI-005 a MI-002) a také pro úroveň funkční bezpečnosti SIL2/SIL3. Optimass 7400 s jednou přímou měřicí trubicí z korozivzdorné oceli, tantalu, titanu nebo ze slitiny Hastelloy® je vhodný zejména pro náročné aplikace – média s velkou viskozitou nebo vysokým obsahem pevných částic, nehomogenní směsi a agresivní kapaliny.

Podrobné technické informace o hmotnostních průtokoměrech KROHNE řady Optimass s technologií Entrained Gas Management (EGM™) naleznete na internetových stránkách firmy KROHNE. 

Prodej a servis v České republice zajišťuje společnost KROHNE CZ, spol. s r. o., se sídlem v Brně a technickými kancelářemi v Praze a Ostravě. Obchodně techničtí zástupci společnosti KROHNE CZ, spol. s r. o., vám rádi poskytnou další informace o hmotnostních průtokoměrech firmy KROHNE i o dalších přístrojích firmy KROHNE. 

Autor: Petr Komp, KROHNE CZ, spol. s r. o.


Sponzorované odkazy

 
Aktuální vydání
Reklama

Navštivte rovněž

  •   Události  
  •   Katalog  

Události

Technical Computing Camp 2018
2018-09-06 - 2018-09-07
Místo: Hotel Fontána, Brněnská přehrada
Moderní technologie pro potravinářský průmysl
2018-09-18 - 2018-09-18
Místo: Olomouc
Moderní technologie pro farmaceutický průmysl
2018-09-19 - 2018-09-19
Místo: Olomouc
PROMOTIC SCADA + eWON flexy workshop
2018-09-26 - 2018-09-26
Místo: Hotel Absolutum Boutique Hotel, Praha
MSV Tour 2018
2018-10-01 - 2018-10-04
Místo: Výstaviště Brno

Katalog

BALLUFF CZ s.r.o.
BALLUFF CZ s.r.o.
Pelušková 1400
19800 Praha
tel. 724697790

COGNEX
COGNEX
Emmy-Noether-Str. 11
76131 Karlsruhe
tel. 720 981 181

B+R automatizace, spol. s r.o.
B+R automatizace, spol. s r.o.
Stránského 39
616 00 Brno
tel. +420 541 4203 -11

Schneider Electric CZ, s. r. o.
Schneider Electric CZ, s. r. o.
U Trezorky 921/2
158 00 Praha 5
tel. 00420737266673

Mitsubishi Electric Europe B.V.
Mitsubishi Electric Europe B.V.
Pekařská 621/7
155 00 Praha 5
tel. +420 251 551 470

všechny firmy
Reklama


Tematické newslettery




Anketa


Na internetu
V tištěných médiích
Na veletrzích a výstavách
Jinde

O nás   |   Reklama   |   Mapa stránek   |   Kontakt   |   Užitečné odkazy   |   Bezplatné zasílání   |   RSS   |   
Copyright © 2007-2018 Trade Media International s. r. o.
Navštivte naše další stránky
Trade Media International s. r. o. Trade Media International s. r. o. - Remote Marketing Továrna - vše o průmyslu Control Engineering Česko Řízení a údržba průmyslového podniku Inteligentní budovy Almanach produkce – katalog firem a produktů pro průmysl Konference TMI