5 nejběžnějších problémů při výběru průtokoměrů plynů nebo kapalin

Článek publikován ve třetím vydání odborného časopisu CHEMAGAZÍN, téma plyny, 2021

Ať už provádíme výzkum nebo se pohybujeme v některém průmyslovém odvětví, dříve či později se dostaneme do situace, kdy budeme potřebovat změřit nebo regulovat protékající plyn (případně kapalinu). Čeká nás tedy výběr přístroje, který musí splňovat parametry, které chceme měřit, to ovšem nemusí být tak přímočaré, jak se na první pohled může zdát. Díky našemu dlouholetému působení na trhu s měřením průtoků se s vámi prostřednictvím toho článku chceme podělit o nejčastější komplikace, se kterými se naši zákazníci potýkají při výběru správného přístroje.

1 Neexistuje univerzální přístroj

Průtok plynu lze měřit mnoha způsoby, od lopatkového, přes termické čidlo reagující na změnu teploty, až po měření velikosti Coriolisovy síly. Metod měření je ještě mnohem více, ale každá má své výhody a svá úskalí. Na některé aplikace se může některá z metod hodit lépe, na jiné můžeme být nuceni použít pouze určitou metodu, kvůli kompatibilitě procesu. V tomto článku se zaměříme konkrétně na měření průtoku hmotnostního, jelikož se s ním oproti volumetrickému pracuje
mnohem častěji. O měření průtoku byly vydány celé učebnice, takže nelze mít za zlé, když nás zákazník poprvé osloví a nemá jasné představy o zařízení, které požaduje, od toho jsme tu my, abychom vám s výběrem správného zařízení pomohli. Zákazník často požaduje vysoce přesný přístroj schopný měřit v rozsahu od mikrolitrů za minutu po tisíce litrů za minutu, aplikovatelný na všechny plyny od těch nejlehčích po ty nejtěžší, od inertních po vysoce korozivní atd. Takový přístroj bohužel neexistuje.

2 Není plyn jako plyn

Levnější typy hmotnostních průtokoměrů je třeba kalibrovat na konkrétní plyn, se kterým budou používány, dražší kalibraci nepotřebují. Tím by si člověk myslel, že má vyhráno a že když tedy zainvestuje, bude mít přístroj na měření kteréhokoli plynu. Chyba lávky, na scénu nyní přichází konverzní faktor a jmenovitý průtok. Pro průtokoměry, které pracují s teplotním čidlem, je konverzní faktor zásadní. Konverzní faktor je poměrem molekulové hmotnosti plynu k molekulové hmotnosti dusíku a díky tomuto zlomku nemusíme přístroj kalibrovat skutečným plynem, což by bylo velice nepraktické, ale postačí nám dusík a kalibrovaný výsledek poté vydělit konverzním faktorem plynu, který chceme měřit. Jako příklad si můžeme uvést přístroj, který jsme používali na měření průtoku helia a nyní stejný
přístroj chceme použít na měření fluoridu sírového. Záměrně uvádíme velice rozdílné plyny, pomůže nám to lépe si představit, jaký budou mít na průtokoměr vliv. Pokud jsme předtím naměřili na průtoku helia 10 litrů za minutu a nyní přístrojem budeme měřit fluorid sírový, ve chvíli, kdy nám bude přístroj ukazovat 10 litrů za minutu, bude skutečný průtok pouze necelé dva litry. Nyní, když víme o konverzním faktoru, je řešení přeci jednoduché, podělíme průtok a podle výsledku skutečný průtok zvýšíme, aby odpovídal hodnotě 10 litrů za minutu a máme vystaráno. Nebo ne?

3 Vše nám komplikuje fyzika

Ne tak docela, zvýšili jsme průtok fluoridu, přístroj měří vyšší hodnoty, ale růst průtoku se po chvíli zastavil a na vstupu do přístroje stoupá tlak. Zde už řešení nebude tak jednoduché jako v případě konverzního faktoru. Přístroj byl původně vyroben pro měření helia o určitém maximálním průtoku, pokud použijeme plyn, jehož hustota je více než třicetkrát vyšší, čistě z fyzikální podstaty není možné, aby takové množství plynu tělem průtokoměru za potřebný čas prošlo. V praxi se setkáváme se změnami na plyny s podobnými vlastnostmi, kde je to často jen otázka nové kalibrace. Není však vzácností, že je třeba přístroj i přestavět.

4 Optimální měření nám stále „uniká“

Uvažujme ovšem dále naše dva plyny, helium a fluorid sírový. Dejme tomu, že jsme obeznámeni jak s konverzním faktorem, tak s možnostmi maximálního průtoku v průtokoměru u fluoridu. Začneme tedy měřit průtok fluoridu, vše probíhá tak, jak má, na oslavy je však moc brzy, protože po chvíli detekujeme na několika spojích únik, v případě regulátoru nám přístroj přestane regulovat správně a dávkované množství začne kolísat. Ještě, že jde o fluorid sírový, který není na rozdíl od svých ostatních fluoridových příbuzných jedovatý. Zapomněli jsme totiž při změně plynu zkontrolovat kompatibilitu těsnicích materiálů, které jsou na spojích průtokoměru a u regulátoru také na ventilu. Helium je inertní plyn, takže není důvod, aby zákazník platil vyšší cenu za těsnění, jehož odolnost nevyužije, pokud je ovšem těsnění vystaveno fluoridu sírovému, začne rychle křehnout a drolit se. Proto je zároveň třeba při výběru průtokoměru uvažovat i do budoucna. Tyto problémy často potkávají výzkumníky. Ti potřebují průtokoměr jen na určitý experiment a po splnění jeho účelu průtokoměr pošlou například do sousední laboratoře, kde provádí experiment s úplně jinými parametry.

5 Někdy zlatou střední cestu nenajdeme

Zapomeňme už na naše dva pomocné plyny, které jsme používali jako příklad, a pojďme si namyslet přístroj se všemi nabytými znalostmi. Známe tedy, které plyny budeme chtít měřit, náš proces jsme uzpůsobili tak, že průtoky jednotlivých plynů si navzájem odpovídají i s konverzním faktorem a víme, že přístroj bude za daných parametrů všechny průtoky zvládat. Problémem ovšem může být právě volba těsnicího materiálu, i běžně používané plyny mohou vzájemně vylučovat některé typy materiálů. V jiných případech může začít s materiálem plyn reagovat až při zvýšení tlaku. To stejné se může stát, pokud jsou naše nároky na rozdíl vstupního a výstupního tlaku moc vysoké. Výrobci se snaží dělat přístroje co nejkompaktnější a malý solenoidový ventil nedokáže zůstat pootevřený, pokud na něj bude z jedné strany tlačit několik desítek bar a na druhé straně sát vakuum. V těchto případech nezbývá než pořídit přístroje dva, a pokud je to žádané, tak, aby se jejich rozsahy překrývaly.

Závěr

Doufáme, že se nám povedlo přiblížit vám problematiku měření průtoku, pokud budete potřebovat poradit, obraťte se s důvěrou na naši
společnost D-Ex Instruments, s.r.o.

Kam dál?

Můžete si přečíst související články Často používané výrazy v měření průtoku, Jak regulovat nízký průtok kapalin 1/5, nebo se podívat na naše další články, případně si projít kategorii související s tímto článkem (Měření a regulace průtoku), nebo si prohlédnout relevantní produkty (mini CORI-FLOW ML120, Coriolis pro nejmenší průtoky, EL-FLOW Prestige, všestranný hmotnostní průtokoměr). Bližší informace a výpis všech výrobků najdete na stránkách výrobce Bronkhorst.

Pokud budete potřebovat více informací, nebo byste nám rádi něco sdělili, neváhejte kontaktovat přímo našeho specialistu, ať už přes formulář, nebo emailem.

Odeslat dotaz produktovému specialistovi

Jan Veleba
produktový specialista

+420 775 757 218
jveleba@dex.cz

Outlook vizitka | vCard vizitka

[červeně označené položky jsou povinné]
Jméno

Firma

IČ

e-mail

Telefon

Vaše zpráva

Které z čísel je menší, 5 nebo 20?

nesouhlas s odesláním