Съвременни решения за измерване на влажност в индустрията

Измервателна техникаСтатииСп. Инженеринг ревю - брой 9/2021 • 06.01.2022

  • Адекватният контрол на влажността е критичен в редица промишлени отрасли

  • Модерните приложения все по-масово налагат заместването на ръчното измерване с автоматизирано, а на аналоговите прибори – с дигитални безконтактни устройства, оборудвани с интелигентни сензори и функции

  • Революционни Industry 4.0 иновации като изкуствен интелект, машинно самообучение, виртуално моделиране и симулация все по-често намират място в промишлените измервателни платформи

 

Редица промишлени отрасли изискват прецизно измерване на влажност, тъй като наличието на влага може драстично да влоши продуктовото качество, да компрометира безпроблемното протичане на технологичните процеси, както и да създаде риск от повреждане на индустриалното оборудване. Адекватният контрол на влажността е критичен например в електронното производство, хранително-вкусовата, бутилиращата, химическата, нефтено-газовата и фармацевтичната индустрия, целулозно-хартиената промишленост и др.

Измервателни средства за влажност се използват още от зората на индустриализацията, но модерните приложения все по-масово налагат заместването на ръчното измерване с автоматизирано, а на аналоговите прибори – с дигитални безконтактни устройства, оборудвани с интелигентни сензори и функции. Революционни Industry 4.0 иновации като изкуствен интелект, машинно самообучение, виртуално моделиране и симулация също все по-често намират място в практическите тестови и измервателни платформи, а фокусът се премества от post-factum процедурите към измерванията в реално време и прогнозните изчисления. Пазарът днес предлага богат арсенал от технически решения, базирани на разнообразни методи и подходящи за различни работни сценарии. Изборът на инструмент зависи от конректните специфики на приложението по отношение на точността, условията на средата, изискванията за калибриране и – разбира се, цената.

 

Видове хигрометри

Уредите за измерване на влажност, популярни като хигрометри или влагомери, измерват относителната влажност на въздуха – обикновено индиректно, регистрирайки промени в температурата, налягането или масата, механични или електрически промени в субстанциите поради абсорбирането на влага. Влагомерите се различават по своята скорост, стабилност и повторяемост на отчитанията, които са ключови за ефективното измерване на влажност в индустрията. Съществуват механични, химически, електронни и дигитални модели, както и такива с вградени вакуумни помпи, които събират проби от среди с ниско налягане. Електронните прибори се състоят от сензор, електронен преобразувател, микропроцесор и визуализиращ екран и най-често измерват точката на оросяване или промени в електрическия капацитет и съпротивление. Механичните уреди все още се радват на широка популярност в дадени отрасли, но автоматизираното цифрово измерване обещава напълно да ги измести от употреба в модерните заводи и лабораторни комплекси.

В предлаганите на пазара решения са интегрирани различни типове сензори – капацитивни, резистивни (съпротивителни), оптични или гравиметрични, като най-популярни за промишлени цели са капацитивните поради тяхната висока чувствителност, добра температурна стабилност, сравнително лесното им производство и ниска цена. Един висококачествен датчик за влажност би изисквал еднократна калибровка за даден материал, докато различни типове грешки в отчитанията при по-нискокачествени аналози биха наложили регулярно прекалибриране.

Сензорите за изместване са популярно средство за измерване на общата влажност. Те са сравнително евтини и устойчиви на замърсяване. Хигрометрите с пружина и хартия също са в ниския ценови клас, но се характеризират с по-ниска точност. Сред по-простите решения са и хигрометрите тип карти, подобни на лакмуси, които са подходящи за поставяне в контейнери и опаковки и наблюдение през прозрачни прегради. Те измерват от 5 до 95% относителна влажност.

Психрометрите най-често са на термосъпротивителен или аспирационен принцип и измерват зависимостта между влажността на въздуха и скоростта на изпарение на водата от влажна повърхност посредством комбинация от термометри. Препоръчителни са за помещения с по-голям обем и не могат да бъдат използвани при минусови температури.

Сред другите типове хигрометри, популярни в индустрията, са гравиметричните уреди, използвани в калибрирането на по-неточни прибори и в установяването на стандарти по отношение на влажността в рамките на ЕС, както и електрическите модели, базирани на полупроводникови материали.
Хигротермографите могат да измерват и записват данни за влажността и температурата в рамките на продължителни времеви периоди, но изискват често калибриране.
Кондензационните хигрометри също са сред масово прилаганите в промишлеността решения. Те са оборудвани с охладено огледало и оптоелектронен механизъм за откриване на микрокондензацията по повърхността му. Отличават се с висока прецизност, не изискват калибриране и могат да измерват както точка на оросяване, така и на замръзване.

Сред иновациите в сегмента са модулните системи за измерване на влажност, подходящи за мащабиране и функционално разширяване посредством взаимозаменяеми сензорни модули, трансмитери и сонди. Те са предназначени за инсталиране в отворени контейнери, тестови камери или помещения с контролирана среда.

 

Технологично развитие

При избора между контактно или безконтактно, аналогово или дигитално решение е важно да се отчетат особеностите на всеки от тези типове инструменти. Съществено предимство на цифровите хигрометри в сравнение с конвенционалните уреди е липсата на необходимост от регулярно ръчно калибриране, тъй като данните от първичната конфигурация се запазват в паметта и устройството автоматично се самокалибрира при нужда. Дигиталните прибори са по-практични и благодарение на вградените екрани за визуализация и лесната експлоатация, която най-често не изисква предварително обучение. Те осигуряват много повече информация за приложението, като обикновено измерват множество процесни величини накуп (относителна влажност, температура, точка на оросяване и др.)

През последните няколко десетилетия все по-популярни стават цифровите мултичестотни инструменти, базирани на микровълново лъчение. Те могат да измерват влажност от 0% до точката на насищане на материала, запазвайки висока чувствителност и прецизност в целия работен диапазон. Безконтактните NIR (Near-infrared) хигрометри с близка инфрачервена светлинна чувствителност на сензора са способни да събират и изпращат информация по няколко пъти в секунда, което ги прави отлично решение за измерване на влажността на течности, суспензии и твърди вещества в реално време, с висока прецизност и без риск от замърсяване.

Стандарт за умните фабрики и производства са интелигентните хигрометри, които извършват цялостен мониторинг на влажността и останалите свързани с нея променливи. Те могат да са част от т. нар. смарт метеорологични станции за наблюдение на атмосферните условия на открито или елемент от сградни платформи за управление на микроклимата, включително и в контролирани среди като чисти стаи, камери за съхранение и др. Събраните от интелигентните сензори данни могат да се съхраняват, обработват, анализират и изпращат към избрана крайна точка в заводската мрежова архитектура, както и да бъдат визуализирани по всяко време на преносимо устройство посредтсвом мобилно приложение или на настолна компютърна система чрез уеб базирана платформа. В допълнение към измерванията в реално време интелигентните системи за измерване на влажност позволяват и прогнозни изчисления на стойностите за бъдещ период, както и изготвяне на графики и доклади с тенденции. Сред предимствата им е и възможността автоматично да изпращат известия към оператор при отклонение от допустимите стойности на влажността. Популярността на тези иновативни решения непрекъснато нараства и поради факта, че разполагат с все по-голяма процесорна мощ във все по-компактни корпуси.

Съвременните решения за измерване на влажност намират широко приложение в технологични, производствени и преработвателни предприятия, рафинерии, лабораторни и изпитвателни комплекси, цехове от ХВП, автомобилната и целулозната промишленост, както и в индустриални помещения с различен обем и предназначение (камери за съхранение, оранжерии, сушилни съоръжения, линии за производство на интегрални схеми, полагане на боя, фотолитография и др.)
Хигрометри се използват още в управлението на пневматични системи и инсталации за сгъстен въздух, монтажни линии за двигатели и други автомобилни компоненти, пречистване на химически газове, мониторинг на трансформаторни масла, производство на полупроводникови пластини, биопродукти, в съоръжения за производство на електроенергия, както и в такива за производство и транспортиране на природен газ.

Системите за измерване на влажност намират приложение и в озонови генератори и други средства за пречистване, хигиенизиране, биологично и химическо обеззаразяване и т. н.

Top