Kot člani Sekcije za meroslovje Slovenije in vodilni na področju merjenja temperature, vam polagamo na dušo, pomen izbire ustreznega temperaturnega tipala za vaš proces
Z nadzorom nad senzorji učinkovito vplivamo, izboljšujemo in obvladujemo energetsko učinkovitost ter predvsem zelo veliko prihranimo. V nadaljevanju predstavljamo opis problematike ter izpostavljamo konkreten primer zakaj so senzorji ključ do energetske učinkovitosti procesa. Strokovna vsebina je bila del dogodka “Z meroslovjem do nižjih stroškov” ter predavanja podpredsednice sekcije SIMER, ga. Aleksandre Lepenik, na temo “S senzorji do energetske učinkovitosti”.
Senzor je čutilo. Podobno, kot pri človeškem telesu čutilo zazna neko spremembo (vroče, hladno …). Signal potuje v možgane, ti sprožijo mišico in zgodi se reakcija. Če je čutilo v okvari, deluje slabše ali pa sploh ne.
Senzor je tehnološko čutilo. Čuti spremembo na samemu sebi. Razvojni inženirji pa poskrbijo, da senzorji zaznane spremembe podajo uporabnikom v berljivem in vidnem jeziku – torej na vidnem prikazovalniku, kot podatek, imenovan ”data”. Danes vsi govorijo o BIG DATA, torej o veliki količini podatkov. Te podatke producirajo senzorji. Senzor je vedno prvi in nič se ne začne brez njega, nič se ne začne brez zaznavanja te spremembe. Te tri stvari si je koristno zapomniti:
Če nismo pozorni na viru je vse ostalo zaman!
Mlad človek odlično vidi, sliši, tipa in vse ostalo. Tako, kot nov senzor, ki odlično opravlja svojo funkcijo – je točen. Potem pa pride življenje, senzorju se zgodi delovanje. Če živimo v okvirju svojih sposobnosti, mirno in ustaljeno, brez nenadnih vzponov in padcev, bomo najverjetneje imeli dolgo življenjsko dobo. Popolnoma enako velja za senzor. Če pa smo bolj adrenalinsko usmerjeni, nenehno skačemo izven meja in testiramo limite naših sposobnosti, bo naša življenjska doba pričakovano krajša. In ne samo, da bo krajša, tudi za čas delovanja bomo na trenutke, ali pa kar stalno za svojo okolico slabše delovali. Okolica ne bo imela od nas, kar pričakuje. Popolnoma enako velja za senzor.
Predstavili vam bomo konkreten primer težave našega uporabnika.
Na veliki industrijski peči so imeli delovno temperaturo 1050 °C, ki so jo merili s termočleni tipa K. Občasno so imeli težave, zaradi kislega okolja, ki je požiralo zaščitno cev tipala, drugih težav načeloma ni bilo. Potem pa so skozi dve leti delovanja temperaturo postopoma dvigovali do 1150 °C. Na ta način so lahko hitro pospešili proces, dosegli boljše cilje, izdelali več produkta ter bili bolj učinkoviti. Tako so se naučili, da če dvignejo temperature, lahko brez kakršnega koli drugega bolj zahtevnega posega in dodatnega dela, nemudoma dosežejo večji učinek. V začetku lanskega leta so tehnologi želeli ponovno dvigniti temperaturo, saj so zaradi materiala morali hitro povečati kapaciteto. S tem se je vodstvo strinjalo. Vzdrževalci so bili previdni in vprašali za nasvet nas.
Takoj smo jim razložili, da v tej izvedbi ne smejo iti čez 1100 °C delovne temperature ter, da je potrebno zamenjati tip termočlena na platinasti, zaščitno ohišje pa na keramiko. Seveda tu nastopi problem, keramika je bolj občutljiva, predvsem pri menjavi. Prav tako nastopi cenovna razlika, saj je bila platina v tem primeru petkrat dražja. Zamenjati bi morali še vso kabelsko instalacijo in opraviti nastavitve krmilja. Uporabnik pa je v tem trenutku, ko nas je poklical, storil še nekaj, kar bi verjetno naredili prav vsi. Na spletu se je pozanimal glede maksimalne temperature termočlena tipa K. Našel je podatke o standardu SIST EN IEC 60584, ki govori o tolerančnih vrednostih termočlenov, v nadaljevanju:
Pri tem je uporabnik pozabil pogledati še eno tabelo, ki se imenuje priporočljiva temperatura. Ta govori o odvisnosti debeline termočlena do določene temperature. Uporabnik je imel žilo debeline fi=3 mm. Ta debelina pomeni, da lahko v njej merimo do 1100 °C, kot je tudi bila njegova predpisana delovna temperatura. Kratkotrajno pa lahko meri do 1200 °C, s tem, da ima ta kratkotrajnost določene negativne vplive. Zgodilo se je, da se je uporabnik odločil slediti informacijam na spletu, ker je smatral, da je v standardu zagotovo pravilno zapisano, kar tudi je. Ni pa upošteval dodatnih pojasnil, povezanih standardov in nasveta proizvajalca, ki imamo leta praktičnih izkušenj iz podobnih primerov. Prav tako ni vedel, da standard vsebuje skrajne mejne vrednosti s kratko življenjsko dobo, ki so namenjene raziskovalcem in testnim laboratorijem. Tako je napačno smatral, da je do 1230 °C popolnoma varen. Menil je, da lahko deluje na tem območju s tem tipom termočlena, ni pa poznal komplementarnih učinkov ter ni pričakoval težav.
V uporabi je imel takšen tip termočlena:
Ravni termoelement s kovinsko zaščitno zunanjo cevjo, ki je na peč pritrjen s prirobnico, ki omogoča hitro menjavo člena. Na termočlenu je na nalepki označena delovna temperatura (Tdel) in maksimalna temperatura (Tmax). Delovne temperature tipa K v najmočnejših izvedbah znašajo do 1200 °C. Od te temperature naprej delamo izključno s platinastimi termočleni, tipa S ali R, lahko tudi B.
Uporabnik je sprejel svojo odločitev in svoj sistem nastavil na 1230 °C. Ker je proces kontinuiran in v njem poteka kemična reakcija, ga ne morejo ustaviti ali znižati temperature, za namene menjave temperaturnih tipal, ampak morajo tipalo menjati med delovanjem. Torej lahko si predstavljate, da tipalo, ki je namenjeno za delovno temperaturo do 1100 °C in kratkotrajno 1200 °C, ne more trajno delovati na 1230 °C. Seveda so se mu zgodile pogoste odpovedi samih členov. Te poste odpovedi samih členov so povezane s pogostimi menjavami. Menjati temperaturno tipalo na peči, kjer je težji dostop, visoka temperatura, vzeti ven, vstavit noter, ni enostavno. Največji problem tukaj je, da ker je zelo vroče pri odprtini, se ne upošteva počasna oziroma postopna vstavitev temperaturnega tipala v peč, ki je predpisana na 100 mm/2 min. Uporabnik je zato star termočlen vzel ven in novega v celoti takoj vgradil v odprtino. V tem trenutku te izvedbe zagotovo nihče ne razmišlja o mikro razpokah v materialu.
Potrebno je vedeti, da so termočleni iz naravnih materialov. V primeru tipa K je ena žila (en pol), zlitina niklja in kroma, drugi pol je čisti nikelj. Ko jih uporabljajo, ti naravni materiali počasi razpadajo. In to je ta ključ problema, ki se dogaja.
Mi uporabljamo bolj znan izraz – da termočleni lezejo oziroma, da imajo ”drift”. Drift se dogaja, ker material v osnovi razpada in nima več enakih vrednosti, kot so tiste tabelarične v standardu. Ko jih uporabljamo, torej razpadajo, oksidirajo ter se vežejo tudi z drugimi snovmi. Če so elementi temperaturno občutljivi, pričnejo pri določenih temperaturah pospešeno razpadati. Te temperature, kjer začnejo pospešeno razpadati, so nad priporočeno delovno temperaturo. Zato je v standardu zapisana priporočena temperatura (od-do), da uporabnikom ni treba raziskovati do kolikor pa zares zdrži temperaturno tipalo.
Na podlagi omenjenega se je pri rešitvi takšnega problema potrebno zavedati, da materiali razpadajo. Ker materiali razpadajo in še posebno pospešeno razpadajo izven priporočenih območij, izmerimo manjšo termonapetost, kot bi jo pred razpadom. Merilno regulacijski sistem to zazna, kot nižjo temperaturo od nastavljene, zato avtomatika sama sebi naloži nalogo, čemur mi rečemo nepovratni črni energetski cikel. Tu je potrebno vedeti, da se pri senzorjih dogajajo razpadi materialov, saj bazirajo na naravnih materialih. Ko materiali razpadajo, se z njimi nekaj dodaja, kar pomeni, da ne bodo dali več enakih vrednosti, kot so jih v novem stanju. Avtomatike pa so narejene tako, da želijo iti v tisto nastavljeno vrednost, zato to vrednost konstantno korigirajo. S tem sprožijo nepovratni črni cikel, ki govori o:
temperaturni senzor je dotrajan, ni več točen, ima močno lezenje, kaže manj;
dvig temperature še poveča razpad naravnim materialov termočlena, njegovega ohišja in povezav znotraj le tega;
avtomatizacija nenehno popravlja prenizko vrednost in jo dviguje;
močno se poveča potreba po dodatnem energentu, da se doseže temperatura;
zaradi previsoke temperature se močno obrabljajo/starajo vsi povezani sistemi (naprava, stroj, peč, izolacija …);
temperatura za proces izdelka je veliko previsoka – škart;
vse se nenormalno prehitro stara;
vzdrževalci pogosteje posegajo in s tem večajo tveganja za poškodbe sebe, opreme in infrastrukture – zaradi previsokih temperatur, dežkih dostopov, nevarnih območij.
Poanta vsega tega je, da se senzor plača sam. Vedno se moramo vprašati, koliko nas stane:
In vse to zaradi ne-kontrole nad senzorjem in procesom. NE VERJEMITE SLEPO KAJ KAŽE ALARM ALI MERILNA OPREMA – preverjajte, planirajte!
Senzor je ŽIV, čuti, se troši in stara. Ko razpade in neha delovati – takrat je že zdavnaj prepozno.
Danes vam to polagamo na vest. Kot odgovorni za meritve in senzorje, ne glejte na njih iz vidika cene. Bolj kot bo senzor neustrezen, pa sploh ni nujno dražji, večji bo vaš račun kasneje! Zato se SENZOR PLAČA SAM. Nujno potrebno pa je izbrati ustrezen senzor, ne glede na ceno, ga ustrezno preverjati, kalibrirati in pravočasno menjati. Ta strošek je tolikokrat nižji, da je zanemarljiv proti zgoraj navedenim posledicam. Nekateri proizvajalci imamo uvedene življenjske kroge za temperaturna tipala, jih obnavljamo, popravljamo, recikliramo njihove ustrezne dele.
Ni nujno, da je temperaturno tipalo ali kak drug izdelek za v smeti. Lahko ima sekundarno življenje, več o tem si oglejte na povezavi.
☏ Pokličite nas: +386 2 62 96 720
Za mnenja in razlage sta vedno na voljo:
strokovnjakinja za temperaturne meritve: Aleksandra Lepenik
strokovnjak za meritve: Zoran Lepenik
Avtorica: Aleksandra Lepenik, predavanje: “S senzorji do energetske učinkovitosti”;
SIMER delavnica: Z meroslovjem do nižjih stroškov, 19. 1. 2023
Sorodni članki:
Pokličite nas:
+386 (0)2 62 96 720
Pišite nam:
[email protected]
