Aktuální vydání

celé číslo

04

2017

Automatizace v chemii a petrochemii

Technika pro analýzu plynů a kapalin

celé číslo
Provozní plynové chromatografy

Plynovým chromatografem je možné měřit složení plynných směsí nebo i kapalin, které mohou být převedeny do plynného skupenství, aniž se rozložily. Článek popisuje funkce a základní součásti těchto přístrojů, jejichž přehled je uveden na str. 30. Ústředními součástmi plynového chromatografu jsou: chromatografická kolona, ve které se analyzovaná směs dělí na jednotlivé složky, a detektor, kterým se měří množství každé složky vycházející z chromatografické kolony. Z principu plynový chromatograf neposkytuje informaci o koncentraci jednotlivých složek kontinuálně. U laboratorních chromatografů dostáváme výsledky jednorázově a u provozních chromatografů periodicky.1. Princip měření a základní součásti chromatografuSměs plynů je na jednotlivé složky rozkládána v chromatografické koloně obsahující stacionární fázi, což je kapalina nebo i pevná látka, která interaguje se složkami vzorku unášeného proudem nosného plynu, tedy mobilní plynnou fází. Jednotlivé složky analyzovaného plynu se při pohybu kolonou zdržují podle toho, do jaké míry jsou absorbovány kapalinou nebo adsorbovány na povrchu pevných částic stacionární fáze. Na konci chromatografické kolony se tedy dříve objeví složky méně zadržované.Na obr. 1 je ukázáno, že se vzorek dávkuje do proudu nosného plynu (mobilní fáze). Ten unáší vzorek dál kolonou. Složky smísené s nosným plynem opouštějí postupně kolonu a vstupují do detektoru, ve kterém vytvářejí signál, jehož intenzita je úměrná koncentraci (C) příslušné složky. Časový průběh signálu z detektoru představuje chromatogram, ze kterého je možné určit druh i kvantitativní zastoupení složek.2. Vyhodnocení analýzyVýsledkem chromatografické analýzy je chromatogram, který poskytuje mnoho informací o složení analyzované směsi i o vlastnostech chromatografické kolony:úroveň složitosti vzorku je indikována počtem vln (píků), které se na chromatogramu objevují,informace o složení vzorku se získá porovnáním polohy píků se standardy,vyhodnocení relativních koncentrací složek se získá porovnáním plochy píků.Účinnost kolony se hodnotí srovnáním se standardními chromatogramy; především podle úplného oddělení složek, zejména těch obtížně dělitelných.K charakterizaci chování látek v chromatografickém systému se používají tzv. eluční parametry či retenční data.Eluční čas τR (min) je doba průchodu látky chromatografickou kolonou, tj. doba od nástřiku látky na kolonu k dosažení maxima eluční křivky. Když se chromatogram zapisuje na papír, vypočítá se eluční čas z eluční vzdálenosti XR a rychlosti posunu registračního papíru (v cm/min). Eluční vzdálenostXR (cm) je vzdálenost vrcholu píku od počátku chromatogramu. Lze ji přímo přečíst na chromatogramu.Eluční objemVR (ml) je objem mobilní fáze prošlý kolonou za dobu τR při objemovém průtoku mobilní fáze FM (ml/min).Distribuční konstantaKD je poměr rovnovážných koncentrací dělené látky ve stacionární a mobilní fázi za předpokladu, že tato látka je v obou fázích přítomna v téže molekulové formě.Retenční čas je doba, která uplyne od nástřiku vzorku do dosažení maxima křivky (píku).Retenční objem je objem plynu, který prošel kolonou za retenční čas.Retenční čas a retenční objem jsou charakteristické veličiny pro každou separovanou látku v daném systému. Složky se identifikují porovnáváním retenčních dat standardu a identifikované látky. Tato retenční data se získají nástřikem plynů o známém složení, kdy se zjistí, jaké retenční časy mají jednotlivé složky.3. Základní součásti provozního chromatografuKromě kolony a detektoru obsahuje chromatograf i další prvky, které pomáhají zajistit jeho správné fungování (obr. 3). 4. Chromatografická kolonaChromatografická kolona je část chromatografu, ve které se nachází stacionární fáze. Používají se kolony dvou základních typů: kapilární a náplňové. U kapilární kolony je stacionární složka nanesena přímo na stěny trubice, zatímco u náplňové kolony je stacionární složka nanesena na pevné částice, kterými je naplněna trubice kolony. Přechodným typem mezi oběma uvedenými je kolona s trubicí pokrytou na vnitřním povrchu částicemi nosiče, na nichž se nachází stacionární fáze (obr. 5).Trubice kolony jsou nejčastěji vyrobeny ze skla nebo korozivzdorné oceli. Délka kolony se volí podle obtížnosti dělení složek. Čím jsou si vlastnosti dělených složek podobnější, tím musí být kolona delší. Při delší koloně ale trvá jeden analytický cyklus déle.U náplňových kolon je možné pro zadržování dělených složek využít buď adsorpci na povrchu pevné hmoty, nebo adsorpci v tenkém filmu kapaliny na jejím povrchu. V prvním případě (GSC – Gas Solid Chromatography) je pevná hmota ve formě pórovitých zrnek (aktivní uhlí, silikagel, zeolit apod.), v druhém případě jsou zrnka pevné hmoty (nosiče) potažena mikrofilmem stacionární fáze, přičemž vnější průměr zrnek je obvykle 100 až 300 μm. Důležitá je homogenita či procentuální zastoupení velikostí zrnek, jejich chemické složení a pórovitost.Rozhodujícími pro dosažení dobrého oddělení složek jsou: výběr stacionární fáze, vhodný průtok nosného plynu i volba optimální teploty, popř. teplotního průběhu. Na volbu vhodného separačního systému mají vliv tyto význačné vlastnosti:rozsah bodů varu analytů (látek, které mají být v chromatografu stanoveny) a vlastnosti vzniklé parní fáze těchto analytů,počet složek, které mají být rozděleny,přítomnost polárních a nepolárních skupin v analytech a přítomnost nebo absence funkčních skupin,kombinace stacionární fáze a rozměrů kolony, jakož i tloušťka filmu stacionární fáze s ohledem na požadovanou selektivitu a rozlišení,průtok nosného plynu jako parametr pro urychlení celkové analýzy s minimální ztrátou rozlišení u nejvýznamnějších párů sloučenin, které mají být rozděleny,skutečnost, že může být provedena analýza s teplotním programem nebo při konstantní teplotě.Stacionární fáze v plynové chromatografii mohou být rozděleny na základě jejich polárnosti nebo selektivity s ohledem na jednu nebo více fyzikálně-chemických vlastností molekul analytu, jakými jsou molekulární hmotnost a tvar molekul, bod varu nebo přítomnost určitých funkčních skupin. Oddělení složek směsi plynů na nepolárních stacionárních fázích (sorbentech) jako SE-30,OV-1 a Apiezonu-L závisí především na velikosti molekul a jejich tvaru. Tyto stacionární fáze jsou vhodné zvláště pro neutrální a mírně kyselé sloučeniny.Polyetylenglykolové (PEG) stacionární fáze jsou nejčastěji používané polární sorbenty. PEG 400 je sorbent vhodný k dělení alkoholů, éterů, aldehydů a jiných složek s nízkým bodem varu, zatímco Carbowax 20M může být použit k dělení polárních složek s vyšším bodem varu. Tyto stacionární fáze jsou zvláště vhodné pro stanovení silně zásaditých sloučenin.Jinou skupinou polárních stacionárních fází jsou poly(kyanopropylfenyldimetyl)siloxany. Tyto mírně polární sorbenty se používají k dělení sloučenin, které obsahují několik hydroxylových skupin (např. steroidů).Platí také, že při použití omezeného počtu sorbentů je možné dosáhnout požadovaného rozdělení použitím teplotního programu. Účinnost dělení chromatografické kolony lze kvantitativně popsat počtem teoretických pater kolony. Čím větší je počet teoretických pater, tím méně je rozmývána zóna separované látky při průchodu kolonou. Pro tutéž kolonu může být počet teoretických pater pro různé látky různý. Výškový ekvivalent teoretického patra je podíl mezi délkou kolony a počtem teoretických pater; využívá se k porovnání účinnosti kolon různé délky.K řešení složitějších analytických úkolů se, především v provozních plynových chromatografech, řadí několik kolon s různými druhy stacionárnárních fází buď za sebou nebo paralelně. Takové uspořádání se označuje jako víceprůchodová chromatografie. Dosáhne se tím kratší doby analýzy a současně rozdělení složek, které by se na jednom druhu zakotvené fáze nerozdělily. Navíc je možné dílčí kolony provozovat při různých teplotách. Také lze mezi jednotlivé dílčí kolony zařadit další detektor a získat jím další informace potřebné ke stanovení jednotlivých složek směsi. 5. Nosný plynNosný plyn se v plynovém chromatografu označuje jako mobilní fáze. Zdrojem nosného plynu je nejčastěji tlaková láhev. Druh plynu se volí s ohledem na to, že jeho úkolem je unášet vzorek kolonou, aniž by reagoval se složkami analyzované směsi nebo se stacionární fází. Své inertní chování si musí udržet i při vyšších pracovních teplotách. Volba nosného plynu často závisí také na použitém detektoru, protože některé detektory mohou pracovat jen s určitým nosným plynem. Běžně se jako nosné plyny používají dusík, helium nebo argon. Při nižších teplotách může být nosným plynem i vzduch.6. DetektoryDetektory jsou určeny k detekci látek v nosném plynu (signalizují jejich přítomnost).6.1 Tepelně vodivostní detektor (TCD – Thermal Conductivity Detector)Tepelně vodivostní detektor, označovaný také jako katharometr, využívá rozdíl mezi tepelnou vodivostí nosného plynu a tepelnou vodivostí složky dělené směsi. Jeho konstrukce je založena na Schleiermacherově metodě a způsob měření tímto detektorem se označuje jako „metoda s topným drátem“. Základem je komůrka válcového tvaru, v jejíž ose je napjat drátek, obvykle platinový, vytápěný elektrickým proudem.Teplota drátku je dána rovnováhou mezi elektrickým výkonem a tepelným tokem přecházejícím na stěny komůrky. Zanedbá-li se výkon přenášený zářením, je teplotní rozdíl mezi drátkem a stěnou nepřímo úměrný tepelné vodivosti plynu v komůrce. Změna teploty drátku se projeví změnou jeho odporu, který se v jednoduchém obvodu, např. Wheatstonově můstku, převede na elektrické napětí.Použitím techniky MEMS (MicroElectroMechanical Systems) může být komůrka s měřicím drátkem miniaturizována, takže v současnosti existují systémy, ve kterých je objem komůrky pouhých 0,02 μl.Protože je tepelná vodivost plynů nepřímo úměrná velikosti molekul, používá se jako nosný plyn obvykle helium, které má v porovnání s většinou ostatních plynů velkou tepelnou vodivost. Větší tepelnou vodivost má jenom vodík, který se také někdy používá jako nosný plyn. Všechny ostatní plyny mají tepelnou vodivost menší a vyvolávají tak v detektoru výrazný signál. Tepelná vodivost je obecná fyzikální veličina; tepelně vodivostní detektory jsou proto univerzální a používají se zhruba v polovině všech instalovaných provozních chromatografů.6.2 Detektor s ionizací v plamenu (FID – Flame Ionisation Detector)Detekce je založena na vzniku kladných i záporných iontů při hoření analyzované látky ve vodíkovém plamenu. Ionty vznikají především z uhlovodíků (obr. 7). Přítomnost atomů kyslíku, dusíku nebo síry v organické molekule naopak množství vznikajících iontů zmenšuje. Z tohoto pohledu jsou krajními případy CO a CO2, které k proudu vznikajícímu v detektoru nepřispívají a detektorem FID je nelze zachytit.Mezi elektrody se vkládá napětí 300 až 400 V, aby všechny ionty i elektrony byly k elektrodám přitaženy a přispěly tak ke vzniku elektrického proudu. Velikost proudu se pohybuje v pikoampérech, popř. i v nanoampérech, a pro další zpracování musí být signál zesílen. Přesto detektor FID umožňuje citlivější měření než detektor tepelně vodivostní. Z obr. 7 je zřejmé, že k jeho provozu je nutný přívod vodíku a vzduchu. V některých případech může vadit destrukce analytu, jelikož po průchodu detektorem ho již nelze dále analyzovat.6.3 Dusíko-fosforový detektor (NPD – Nitrogen Phosphorus Detector)Dusíko-fosforový detektor (NPD) je modifikace detektoru FID. Konstrukce je podobná, ale princip je odlišný. Pro zvýšení citlivosti ke sloučeninám obsahujícím dusík a fosfor se v detektoru používá vyhřívané tělísko ze soli rubidia nebo cesia, kolem něhož prochází nosný plyn smíchaný s vodíkem (obr. 8). Horké tělísko (600 až 800 °C) emituje elektrony termickou emisí. Mezi tělísko a anodu se vkládá napětí. V základním stavu, bez přítomnosti dalších sloučenin v nosném plynu, jsou vzniklé elektrony přitahovány k anodě a tak produkují konstantní proud. Přijde-li z kolony látka s atomy dusíku nebo fosforu, částečně spálené látky se s dusíkem nebo fosforem adsorbují na povrchu tělíska. Adsorbované složky omezují výstupní práci elektronů na povrchu tělíska, čímž způsobují zvýšení emise elektronů, a tedy nárůst proudu anody. Má-li detektor reagovat na dusík i fosfor, přidává se jen tolik vodíku, aby se u trysky nezapálil plamen. Jestliže má detektor reagovat jen na fosfor, může se použít větší přídavek vodíku a u trysky hoří plamínek.Detektor NPD někteří autoři označují jako TID (thermionic detector) nebo AFID (alkali flame ionisation detector).Obecně je citlivost NPD přibližně 10–12 g/ml pro fosfor a 10–11 g/ml pro dusík. Nepříjemnou vlastností je postupné snižování citlivosti v průběhu provozu. Alkalická sůl, ze které je tělísko vytvořeno, se působením vodní páry z hořícího vodíku mění na hydroxid, který má vyšší tenzi par a postupně se odpařuje. Tělísko se proto musí pravidelně vyměňovat.6.4 Detektor se záchytem elektronů (ECD – Electron Capture Detector)V detektoru se záchytem elektronů se využívá skutečnost, že vodivost plynu v ionizační komůrce se výrazně mění přítomností kontaminujících látek v nosném plynu. Po­užívá se k detekci látek s vysokou elektronegativitou (halogeny, organokovové sloučeniny, nitrily apod.). V případech, kdy lze tuto detekci použít, je její citlivost desetkrát až tisíckrát větší než u detekce FID a milionkrát větší než u TCD.Základem detektoru ECD (obr. 9) je ionizační komůrka obsahující radioaktivní zdroj β-záření – 63Ni a elektrody. Do ionizační komůrky se kromě plynu z kolony přivádí i inertní plyn, obvykle dusík. Napětí mezi elektrodami je nastaveno tak, aby všechny elektrony, které vznikají při ionizaci inertního plynu, dospěly k anodě. Jestliže jsou ve směsi přítomny další molekuly nebo jejich části, navážou se elektrony vzniklé při ionizaci inertního plynu na ně. Takto vytvořené záporné ionty mají větší hmotnost, a tedy menší pohyblivost než samotné elektrony. Tyto pomalé ionty potřebují více času k tomu, aby se dostaly k anodě. Za dobu, než k ní dospějí, je podstatně větší pravděpodobnost jejich rekombinace s kladně nabitými ionty. Proto všechny větší molekuly způsobí zmenšení proudu protékajícího mezi elektrodami. Zmenšení proudu je tak mírou příměsi analytu v nosném plynu.6.5 Ionizační detektor s heliem (HID – Helium Ionisation Detector)Detektor HID je univerzální detektor reagující na všechny molekuly s výjimkou neonu. Je zvláště vhodný pro plynné anorganické látky, na které nereaguje FID nebo jiné selektivní detektory, jako je NOx, CO, CO2, O2, N2, H2S a H2.V detektoru HID se helium ionizuje β-zářením z radioaktivního zdroje. Vznikají při tom nestabilní ionty helia, které pak svůj náboj předávají dalším molekulám přítomným ve směsi. Ionty helia mají energii až 19,8 eV, a mohou tak ionizovat všechny sloučeniny s výjimkou neonu, který má větší ionizační potenciál: 21,56 eV. Vzniklé ionty, které mají delší životnost, přispívají ke vzniku proudu mezi elektrodami detektoru. Proud je pak úměrný koncentraci složky ve směsi s heliem.Předpokladem pro použití detektoru HID je plynový chromatograf, který používá he­lium jako nosný plyn. Nevýhodou HID je použití radioaktivního zdroje, takže pracoviště musí splňovat předpisy pro jeho provoz, dopravu, likvidaci atd.6.6 Detektor s výbojem odděleným dielektrikem (DBDID – Dielectric Barrier Discharge Detector)Detektor DBDID je někdy označován jen zkratkou BID – Barrier Ionisation Discharge Detector. V tomto detektoru se vysokonapěťovým výbojem vytváří plazma, jehož excitované atomy předávají energii molekulám přicházejícím z chromatografické kolony (obr. 11). Přitom je štěpí na ionty a elektrony, které umožní průchod elektrického proudu mezi snímacími elektrodami. Velikost proudu je pak úměrná koncentraci složky vycházející z chromatografické kolony. Plazma vzniká při výboji mezi elektrodami oddělenými dielektrikem od proudu pomocného plynu. Pomocným plynem může být helium nebo argon. Výboj je buzen střídavým proudem (asi 10 kHz) o vysokém napětí (několik kilovoltů). Dielektrikem oddělujícím plyn od elektrod je křemenné sklo. Směs obsahující ionty a volné elektrony pak postupuje ke dvojici elektrod, mezi nimiž je stejnosměrné napětí.Výhodou detektoru s výbojem odděleným dielektrikem je vysoká citlivost, zhruba dvojnásobná v porovnání s plamenoionizačním detektorem. Detektor také reaguje na všechny plyny, s výjimkou neonu.6.7 Plamenový fotometrický detektor (FPD – Flame Photometric Detector)Plamenový fotometrický detektor využívá specifické emise záření při hoření látky v plameni (obr. 12). Tento detektor je určen především k detekci sirných látek a sloučenin obsahujících fosfor. Plyn vystupující z kolony se smísí s vodíkem a v ústí trysky hoří plamínkem před okénkem fotonásobiče. Záření emitované plamínkem nejprve prochází filtrem pro zachycení tepelného podílu. Následuje filtr propouštějící jen danou vlnovou délku a prošlé záření pak přichází do fotonásobiče. Za vhodných podmínek vznikají při hoření látek obsahujících fosfor nebo síru HPO a S2, které poskytují charakteristické emise o vlnové délce 526 a 394 nm.Největším problémem při používání plamenového fotometrického detektoru je jeho kvadratická závislost odezvy v režimu měření síry. Tento jev může rušivě působit např. při změně retenčního času v případě detekce velmi malého množství látky. U lineárních detektorů má prodloužení retenčního času za následek zmenšení velikosti píku, a proto se sníží i detekční limit. Při kvadratickém průběhu odezvy detektoru se však tento efekt násobí a při stanovování stopových množství může pík zaniknout v šumu.6.8 Fotoionizační detektor (PID – Photo Ionisation Detector)Detektor PID používá výbojku produkující ultrafialové záření pro ionizaci molekul (obr. 13). Při srážce fotonu s molekulou se uvolní elektron a vytvoří kladný iont. Aby k rozštěpení došlo, musí být energie fotonu větší než ionizační potenciál molekuly. Výbojky s xenonovou náplní produkují většinu fotonů s energií 8,4 a 9,6 eV. Ty dokážou vytvářet ionty např. z aromatických uhlovodíků a aminů. Výbojky s kryptonovou náplní většinou produkují fotony s energií 10,0 a 10,6 eV. Umožňují detekci amoniaku, etanolu, acetonu apod. Výbojky s argonovou náplní produkují fotony s energií 11,6 a 11,7 eV. Umožňují tak detekci např. acetylenu, formaldehydu a metanolu.Uvolněné elektrony jsou přitahovány k anodě a ionty ke katodě. Vzniká tak elektrický proud, který je po zesílení výstupním signálem detektoru. Nevýhodou těchto detektorů je omezená životnost výbojky.Základní vlastnosti popsaných detektorů uvádí tab. 3. 7. Dávkování vzorkuDávkovač je určen k zavedení vzorku na začátek chromatografické kolony do proudu nosného plynu. U laboratorních přístrojů se zkoumaný vzorek směsi plynů nebo kapalin dávkuje injekčními stříkačkami, ať už ručně, nebo automatickým mechanismem. V provozních plynových chromatografech se po­užívají buď několikacestné kohouty (obr. 14), nebo sada uzavíracích, nejčastěji solenoidových ventilů. V některých případech by mohl výsledek analýzy ovlivnit styk složek analyzované směsi s mazacím prostředkem kohoutu. U provozních chromatografů se často místo vícecestných kohoutů volí bezventilové (valveless) systémy. Protékající proudy směrují pneumatické odpory (clony, kapiláry). Bez ventilů se neobejdou, ale ventily jsou u nich situovány v místech, kde neovlivní složení směsi, především v místech s normální teplotou.8. TermostatTermostat zajišťuje dostatečně vysokou teplotu dávkovače, kolony a detektoru, aby byl vzorek udržen v plynném stavu. Pro určité druhy analýz se používá pracovní režim s proměnnou teplotou. Teplota se pak plynule mění v čase naprogramovaným způsobem.V provozních chromatografech se používají buď klasické vzdušné termostaty (air bath oven), nebo termostaty s přímým kontaktem kolony a vyhřívaného kovového bloku (airless oven nebo heat sink oven). U klasického vzdušného termostatu je kolona i topný prvek v tepelně izolované skříni spolu s ventilátorem, který zajišťuje oběh vzduchu a tím rovnoměrné rozdělení teploty v prostoru skříně. U termostatu s přímým kontaktem ohřívá topný prvek masivní kovový blok, na němž je navinuta kolona obklopená tepelnou izolací. Tepelná kapacita bloku zajišťuje rovnoměrnost a malé kolísání teploty. Kompaktnější provedení zajišťuje nižší tepelné ztráty. Větší tepelná kapacita kovového bloku ale nedovoluje rychlé změny teploty, a proto se tyto typy termostatu používají téměř výhradně pro izotermní režimy analýzy. Literatura:[1] GUIOCHON, G. a C. L. GUILLEMIN. Quantitative Gas Chromatography for Laboratory Analyses and On-Line Process Control. Elsevier, 1988.[2] POOLE, C. F. The Essence of Chromatography, Elsevier, 2012.[3] FOWLIS, I. A. Gas Chromatography. Wiley India Rt. Limited, 2008.[4] STEPHENS, E. R. Valveless Sampling of Ambient Air for Analysis by Capillary Gas Chromatography. JAPCA. 1989, 39(9), 1202 –1205. DOI: 10.1080/08940630.1989.10466612. Dostupné také z: http://dx.doi.org/ 10.1080/08940630.1989.10466612[5] KREISBERG, N. M. Development of an automated high-temperature valveless injection system for online gas chromatography. Atmos. Meas. Tech. Discuss., 2014. [7] Process Analytical Instruments Catalogue AP-01. Siemens AG, 2016.[8] GOKELER, U., F. MUELLER a U. GELLERT. A Miniaturized Process Gas Chromatograph – A Single Analyzer Module. Instrument Society of America, 2002. doc. Ing. Tomáš Bartovský, CSc., Ústav fyziky a měřicí techniky, VŠCHT PrahaObr. 1. Průběh dělení směsi se dvěma složkami v chromatografické koloněObr. 2. Příklad chromatogramu τn– retenční čas složky n, (w1/2)n – šířka vlny v polovině výšky, An – plocha chromatografické vlnyObr. 3. Základní součásti chromatografuObr. 4. Příklad uspořádání provozního plynového chromatografu (model PC5000 firmy ABB)Obr. 5. Druhy chromatografických kolonObr. 6. Schéma tepelně vodivostního detektoru (TCD)Obr. 7. Schéma detektoru s ionizací v plamenu (FID)Obr. 8. Schéma dusíko-fosforového detektoru (NPD)Obr. 9. Schéma detektoru elektronového záchytu (ECD)Obr. 10. Schéma ionizačního detektoru s heliem (HID)Obr. 11. Schéma detektoru s výbojem odděleným dielektrikem (DBDID)Obr. 12. Schéma plamenového fotometrického detektoru (FPD)Obr. 13. Schéma fotoionizačního detektoru (PID)Obr. 14. Schéma vzorkovacího kohoutu a) plnění vzorkovací smyčky, b) převod vzorku do kolonyObr. 15. Schéma vzorkovacího systému pro kapalinyTab. 1. Stacionární fáze pro plynovou chromatografiiStacionární fázeObchodní názevMaximální teplota (°C)Použitípolydimetyl siloxanOV-1, SE-30350obecně použitelné nepolární fáze, uhlovodíky, polynukleární aromatické sloučeniny, drogy, PCBpoly(fenymetyldimetyl)-siloxan (10% fenyl)OV-3, SE-52350metylestery mastných kyselin, alkaloidy, drogy, halogenované sloučeninyObr. 15. Schéma vzorkovacího systému pro kapalinypoly(fenylmetyl)siloxan (50% fenyl)OV-17250drogy, steroidy, pesticidy, glykolypoly(trifluoropropyldimetyl)-siloxanOV-21200chlorované a nitrované aromatické uhlovodíky, alkylované benzenypolyetylenglykolCarbowax 20M250volné kyseliny, alkoholy, étery, nasycené mastné kyseliny, glykolypoly(dikyanoallyldimetyl)siloxanOV-275240polynenasycené mastné kyseliny, pryskyřičné kyseliny, volné kyseliny, alkoholyTab. 2. Stacionární fáze pro kapilární kolony s pokrytými stěnami Stacionární fázeEkvivalentní plněná kolonaStruktura postranních řetězců polysiloxanuPolaritaPoužitíX-1OV-101, SE-30100% metylnepolárnírozpouštědla, ropné produkty, těkavé organické sloučeniny, nečistoty v ovzduší, aminy, drogyX-5SE-545% fenyl, 95% metylnepolárnípolycyklické aromatické uhlovodíky, složky parfémů, nečistoty v ovzduší, drogy X-1701, X-10OV-170114% kyanopropyl, 86% metyl, 50% fenylmírně polárnípesticidy, alkoholy, fenoly, estery, ketonyX-17OV-1750% fenylmírně polárnídrogy, estery, ketony, změkčovadla, organochlorové sloučeninyX-200, X-210OV-21050% trifluoropropyl, 50% metylpolárníselektivní pro sloučeniny s volnými elektronovými páry, steroidy, estery, ketony, drogy, alkoholy, freonyX-WAXCarbowax 20Mpolyetylenglykolsilně polárníalkoholy, metylestery mastných kyselin, rozpouštědla, mastné kyseliny, aminyTab. 3. Vlastnosti detektorů plynových chromatografůDetektorLOQ* (g/s)Rozsah linearityTeplotní rozsah (°C)Poznámkatepelně vodivostní (TCD)10–9104450nedestruktivní, citlivý k teplotě a průtokus ionizací v plamenu (FID)10–12107400destruktivní, výborná stabilitadusíko-fosforový (NPD)10–14105400modifikace detektoru FIDse záchytem elektronů (ECD)10–13103350nedestruktivní, rychle kontaminován, teplotně závislýplamenový fotometrický (FPD)10–12104 destruktivnífotoionizační (PID)10–12103 destruktivníionizační s heliem (HID)10–11104 destruktivní *) Mez stanovitelnosti (LOQ – limit of quantification) odpovídá koncentraci, při které je přesnost stanovení taková, že dovoluje kvantitativní vyhodnocení. Podle standardu IUPAC se v separačních metodách mez stanovitelnosti vyjadřuje jako desetinásobek šumu (směrodatné odchylky kolísání) základní linie. 

Umělý život I: pojem, význam a přístupy k realizacím

Článek, první z dvojice tematicky spjatých pojednání, vysvětluje pojem tzv. umělého života, cíle sledované v tomto oboru a vhodné přístupy k jejich dosažení. Zaměřuje se nejen na aktuální stav v této významné mezioborové oblasti oboru umělé inteligence, ale i na prognózu vývoje v nejbližší době. Značná pozornost je proto věnována trendu současnosti (koncept Průmysl 4.0), kdy kybernetické systémy postupně ovládají nejenom výrobní procesy. V navazujícím příspěvku bude podrobněji popsán a na příkladech ukázán způsob poloautomatického návrhu hybridních modulárních počítačových struktur (architektur) inspirovaných přírodou. This article, the first one from two article series to the topic, describes the concept of so-called Artificial Life, its main goals and suitable approaches for their achievements. The focus is put not only on the current state of this sub-part of Artificial Intelligence, but also on predictions of its development in the near future. The current trend of increasing presence of cybernetic systems in production processes (called Industry 4.0) is described too. The second article of the series will describe one current approach for semi-automatic design of hybrid modular computer architectures inspired by life.

Plováčkové průtokoměry – průtokoměry s proměnlivým průřezem

Plováčkový průtokoměr se poměrně často používá k měření objemového průtoku plynů nebo kapalin jak při laboratorním, tak při provozním měření. Jde o jednoduché a spolehlivé měřidlo, které může poskytovat výstupní údaj i bez dodávání pomocné energie. Tento článek, který doprovází přehled trhu plováčkových průtokoměrů, popisuje funkční princip měřidla, jeho základní vlastnosti, přednosti a nedostatky i možnosti využití. Zmíněna je historie měřidla a diskutováno je i pojmenování tohoto průtokoměru. Princip funkcePlováčkové průtokoměry patří do skupiny průtokoměrů s proměnlivým průřezem [3], u nichž se s měnícím se průtokem mění průtočná plocha při přibližně stálém tlakovém spádu na zúženém průřezu. Na obr. 1 jsou znázorněny základní typy měřidel s proměnlivým průřezem. Na obr. 1a je plováčkový průtokoměr, který je tvořen kónickou trubicí, v níž je umístěn plováček, který tekutina nadnáší při proudění směrem vzhůru. U dalších typů je použita válcová trubice a v ní je umístěn buď vedený kuželovitý trn (plovák) zapadající do clony (obr. 1b), nebo píst pohybující se v perforovaném válci (obr. 1c), anebo otočná klapka (obr. 1d). U všech těchto měřidel se mění průtočný průřez při změně průtoku; u měřidla s pístem se mění průtočná plocha otvorů ve stěně perforovaného válce. Plováček či jiný prvek je udržován v základní poloze gravitací a měřidlo musí být umístěno ve svislé poloze. Obr. 1. Základní typy průtokoměrů s proměnlivým průřezem (upraveno podle [4]): a) průtokoměr plováčkový, b) se clonou a plovákem, c) s perforovaným válcem, d) s klapkou Plováčkový průtokoměr patří mezi nejrozšířenější průtokoměry ze skupiny průtokoměrů s proměnlivým průřezem. Hlavní funkční částí měřidla je svisle umístěná měřicí trubice mírně kuželovitého tvaru, nahoru se rozšiřující (úhel kužele je ve skutečnosti menší než 2°). Měřená tekutina proudí trubicí směrem vzhůru a v jejím proudu se vznáší rotační tělísko (obr. 2). Tělísko se obvykle označuje jako plováček, přestože označení neodpovídá fyzikální podstatě měřicí metody, protože tělísko pro svou hmotnost neplave. Podle velikosti průtoku zaujme rotační tělísko vyšší nebo nižší polohu, čímž se změní průřez, kterým tekutina protéká. Tlakový spád a rychlost proudu v místě zúžení zůstávají konstantní. Měřítkem průtoku je vertikální poloha tělíska h. Stupnice bývá vyznačena přímo na trubici zhotovené z průhledného materiálu. Na horním okraji tělíska jsou šikmé zářezy, takže účinkem proudícího prostředí se uvede tělísko do rotačního pohybu, čímž se stabilizuje jeho poloha v trubici. Tělíska mívají i jiný tvar a někdy bývají vedena na lanku nebo na tyči. Při určitém konstantním průtoku zaujme tělísko určitou polohu a v té setrvá, dokud se průtok nezmění. Za tohoto stavu jsou v rovnováze všechny síly působící na tělísko. Směrem dolů působí tíha tělíska Fg a směrem nahoru vztlak Fv a síla proudícího média Fm, skládající se z tlakové síly Fp a ze třecí síly Ft. Síla Fp je dána součinem plochy tělíska s a rozdílu tlaků Δp před tělískem a za ním. Na velikost tlakové a třecí síly má vliv způsob obtékání tělíska, který lze měnit změnou tvaru tělíska. Při velkých hodnotách Reynoldsovačísla Re převládají síly setrvačné; uplatňuje se hlavně hustota a neuplatňuje se viskozita média. Při malých hodnotách Re převládají síly třecí a uplatňuje se zde zejména viskozita média. Obr. 2. Princip plováčkového průtokoměru Rovnováha sil v těžišti tělíska T je obecně dána vztahem Fg = Fv + Fp + Ft      (1) Za předpokladu turbulentního obtékání je možné třecí sílu Ft zanedbat a po dosazeníFg = Vt ρt gFv = Vt ρt gFp = A2 Δplze po úpravě vyjádřit tlakový spád na tělísku Δp vztahem rovnice 2 kdeVt je objem tělíska,ρt hustota tělíska,ρm hustota média,g gravitační zrychlení,A2 plocha největšího příčného řezu tělíska. Protože všechny veličiny na pravé straně rovnice (2) jsou konstantní, je konstantní i Δp a tělísko stoupá, popř. klesá tak dlouho, dokud není změnou průtočného průřezu dosaženo rovnovážného stavu. Průtočným průřezem je mezikruží o ploše ΔA = (A1 – A2), kde  A1 = π (D2/4); A2 = π (d2/4). Plocha mezikruží je funkcí polohy h rotačního tělíska. Má-li být stupnice průtoku lineární, měla by mít trubice tvar rotačního paraboloidu. Při menších požadavcích na přesnost vyhovuje trubice kuželovitého tvaru. Bude-li mít měřicí trubice velmi malý vrcholový úhel, bude poloha plováku téměř lineárně závislá na objemovém průtoku. Průtokovou rovnici pro plováčkový průtokoměr je možné odvodit z analogické rovnice, která platí obecně pro průřezová měřidla, např. pro clonu: rovnice 3 kdeC je průtokový součinitel měřidla,β poměr průměru clony a světlosti potrubí,A průřez clony. Bude-li výraz 3a nahrazen průtokovým součinitelem plováčkového průtokoměru Ct, místo průtočného průřezu clony A bude uvažována plocha mezikruží ΔA a za Δp bude dosazeno ze vztahu (2), získá se: rovnice 4 kde průtokový součinitel Ct je funkcí tvaru tělíska a hodnoty Re a značně závisí na viskozitě tekutiny. Pro laminární proudění se hodnota součinitele značně mění s rychlostí, při turbulentním proudění je přibližně stálá. Pro každou hodnotu průtoku QV se tělísko ustálí v takové poloze, aby plocha mezikruží ΔA odpovídala vztahu (4). Hodnota součinitele Ct závisí na tvaru plováku. Pro rotující plováček a tekutinu s malou viskozitou při turbulentním toku je hodnota téměř konstantní. Pro trubice s malým vrcholovým úhlem je průtočný průřez ΔA lineární funkcí polohy h a všechny ostatní veličiny v rovnici (4) jsou při měření konstantní. Z toho plyne, že stupnice rotametru je přibližně lineární a je možné napsat kalibrační rovnici ve tvaru Qv = a ΔA + b     (5) kde a, b jsou empirické konstanty. Několik odkazů na videosoubory popisující princip funkce plováčkových průtokoměrů je v tab. 1. Tab. 1. Odkazy na videosoubory: princip činnosti plováčkových průtokoměrůNázev   Odkaz  Krohne: Variable area flowmeters  https://www.youtube.com/watch?v=DVLBDm9c8ak  Krohne: Principle of Variable Area Flowmeters https://www.youtube.com/watch?v=Pz-Mvdc6nf4  ABB: FlowMaster Flow Tutorials – Variable area flowmetershttps://www.youtube.com/watch?v=ulb8jCttq5A  Brooks Instrument: MT3809G Metal Tube Variable Area Flowmeter – Principle of Operationhttps://www.youtube.com/watch?v=ImdQ2kUOrJo   Závislost údaje na hustotěZ průtokové rovnice je zřejmé, že údaj přístroje závisí na hustotě měřené látky. Je-li třeba měřit plováčkovým průtokoměrem jinou látku, než na kterou byl kalibrován, je nutné provést přepočet. Pro stejné postavení tělíska pro různé tekutiny platí rovnice 6 U plynů, kde lze předpokládat, že hustota tělíska ρt je mnohem větší než hustota média ρm, je možné pro přepočet použít přibližný vztah rovnice 7 Závislost na hustotě kapaliny lze potlačit vhodnou volbou hustoty tělíska tak, aby platilo ρt = 2ρm; za tohoto předpokladu bude výraz v závorce v rovnici (4) roven 1. Obr. 3. Základní tvary plováčků: a) rotační, b) kulovitý, c), d) vedené Závislost údaje na viskozitěVliv viskozity lze zanedbat při turbulentním charakteru obtékání tělíska tekutinou s malou viskozitou. Při nižších hodnotách Re a větší viskozitě tekutiny je možné vliv viskozity potlačit vhodnou volbou tvaru plováku. Aby změna viskozity neovlivňovala údaj o průtoku, musí být třecí síla Ft co nejmenší. Toho se dosahuje zejména minimalizováním třecí plochy v místě největšího zúžení průtočného průřezu. Plovák má v tomto případě ostré hrany, jako např. na obr. 3d. Pro značně viskózní média není použití plováčkového průtokoměru vhodné. Konstrukční provedení PlováčkyPlováčky se vyrábějí z materiálů odolných proti korozi (korizovzdorná ocel, titan, safír, tantal, hliník aj.). Různé materiály se využívají také z důvodu možné úpravy měřicího rozsahu prostřednictvím změny hmotnosti plováku. Tvary plováčků a jejich materiál se liší podle druhu měřené tekutiny a velikosti průtoku. Vybrané základní tvary plováčků jsou znázorněny na obr. 3. Obecně lze plováčky rozdělit do dvou skupin:rotační: opatřené např. šikmými zářezy, které při průtoku tekutiny uvedou plováček do rotace a tím se stabilizuje jeho poloha,vedené: plovák je veden na tyči nebo na struně, popř. je veden pomocí tří žeber vytvořených na vnitřní straně měřicí trubice. Charakteristickým znakem plováčků je ostrý okraj, který usnadňuje čtení polohy. Poloha kulovitých plováčků se odečítá ve středu kuličky (způsob odečítání polohy je v obr. 3 vyznačen čárkovanou čárou). Kulovité plováčky jsou často používány v měřicích trubicích s malým průměrem. Složitější geometrie plováčku může snížit citlivost na viskozitu kapaliny. Obr. 4. Provozní plováčkové průtokoměry: a) rotametr RAGN se skleněnou trubicí, b) RAKD s kovovou trubicí (oba viz www.yokogawa.com), c) H250-M9 s kovovou trubicí pro potravinářství a farmacii (www.krohne.cz), d) celokovový rotametr FAM540 s alarmovými signály a proudovým výstupem (www.abb.cz/mar) Měřicí trubiceMěřicí trubice jsou nejčastěji skleněné, vyrobené z borosilikátového skla, a jsou chráněné proti poškození. Ke zhotovení průhledných trubic se používají také plastové trubky z PVC, polyamidu aj. Provozní snímače mají trubice z kovových a plastových materiálů. Kovové měřicí trubice se používají při měření za vysokého tlaku a teploty nebo při měření nebezpečných látek. Bývají vyrobené z korozivzdorné oceli, která je nemagnetická a umožňuje magnetické snímání polohyplováčku. Průtokoměry pro chemický, potravinářský a farmaceutický průmysl mají trubice vyrobené z korozivzdorného materiálu a všechny části přicházející do styku s měřeným médiem jsou opracovány tak, aby se nevytvářely nežádoucí usazeniny. Takové přístroje jsou vhodné např. pro měření průtoku mléka, smetany, jedlého oleje, velmi čisté vody apod. Pro měření agresivních médií jsou k dispozici měřicí trubice s keramickou nebo teflonovou výstelkou. Ukázky provedení provozních plováčkových průtokoměrů jsou na obr. 4. U skleněných trubic se poloha plováčku odečítá vizuálně, u neprůhledných trubic lze polohu snímat magneticky, pneumaticky, fotoelektricky, pomocí indukčního vysílače apod., což umožňuje získat např. proudový signál 0/4 až 20 mA vhodný k dalšímu zpracování. Při použití magnetické spojky může provozní přístroj pracovat čistě mechanicky, bez elektrického napájení. Měřicí trubice může být vybavena magnetickými či jinými snímači mezních hodnot polohy plováčku. Obr. 5. Tlakové poměry při zapojení plováčkového průtokoměru a ventilu (p – provozní tlak v průtokoměru): a) ventil na výstupu, b) ventil na vstupu, c) ventil na vstupu i výstupu Speciální konstrukční provedeníExistují i plováčkové průtokoměry se dvěma plováky (jeden je citlivý na rychlost a druhý na hustotu), které lze využít k přibližnému měření hmotnostního průtoku. K měření průtoků ve velkém rozsahu se používají rotametry se dvěma kulovitými plováčky s různou hmotností. Při narůstajícím průtoku se nejprve odečítá poloha lehčího plováku a po dosažení hranice stupnice se odečítá poloha těžšího plováku [5]. Instalace průtokoměruPlováčkové průtokoměry musí být instalovány do potrubí ve svislé poloze, přičemž velikost průtokoměru by měla odpovídat velikosti potrubí. Průtokoměry se obvykle nepoužívají pro potrubí s průměrem přesahujícím 100 mm. Připojení plováčkového průtokoměru nevyžaduje rovné úseky potrubí ani v přívodní, ani ve výstupní části. Průtokoměr by neměl být vystaven silnějším vibracím ani vlivu silného magnetického pole. Pro nastavení průtoku média měřeného plováčkovým průtokoměrem se často používají jehlové ventily. Na obr. 5 jsou znázorněny tlakové poměry při různém připojení jehlového ventilu (p označuje provozní tlak v plováčkovém průtokoměru). Pokles tlaku v průtokoměru je obvykle zanedbatelný. Při měření průtoku plynů a par se doporučuje s ohledem na stlačitelnost média, aby ventil byl umístěn na výstupu z průtokoměru. Při tomto uspořádání bude tlak v průtokoměru přibližně konstantní a nezávislý na kolísání tlaku p2 v aparatuře po proudu (obr. 5a). Je-li plyn z průtokoměru odváděn do prostoru s atmosférickým tlakem, lze ventil umístit před průtokoměr (obr. 5b). Při měření plynu se doporučuje, aby minimální provozní tlak byl roven asi pětinásobku tlakové ztráty měřidla. Při měření plynů nebo par se obecně doporučuje volit uspořádání ventilů tak, aby tlak uvnitř měřidla byl pokud možno konstantní a odpovídal hodnotám při kalibraci průtokoměru [2], [7]. Při měření kapalných médií není objem ovlivněn změnami tlaku, a proto je možné ventil připojit libovolně. Obr. 6. Instalace plováčkových průtokoměrů v průmyslových provozech (foto: M. Kmínek): a) rotametr Krohne H255 M9 (www.krohne.cz), b) rotametr ABB-FAM 540 (www.abb.cz/mar) – oba při měření průtoku etanolu v lihovaru Dobrovice, Tereos TTD, a. s., c) regulace průtoku mléka s využitím rotametru Krohne H255, d) ukazovací skleněný rotametr v provozu mlékárny Na obr. 6 jsou příklady instalace provozních plováčkových průtokoměrů používaných k měření a regulaci průtoku etanolu při destilaci v lihovaru a při měření průtoku v mlékárně. VlastnostiNejistota u laboratorních plováčkových průtokoměrů bývá ±0,4 % z měřené hodnoty, u průmyslových provozních přístrojů ±1 až ±4 % z rozsahu při poměru maximálního a minimálního průtoku 10 : 1 [10]. Nejistota při provozním měření je významně ovlivňována konkrétními provozními podmínkami. Zatímco při měření plynů má rozhodující vliv na polohu plováku hustota, při měření kapalin je to vedle hustoty i viskozita média. Vzhledem k tomu, že hustota i viskozita kapalin závisejí na teplotě a u plynů i na tlaku, je vliv provozních podmínek na údaj průtokoměru zřejmý. Při změně druhu měřeného média (jeho hustoty, popř. viskozity) nebo i jen při změně podmínek (teploty a tlaku) je nutné přístroj rekalibrovat nebo přepočítat měřené údaje. Plováčkové průtokoměry pro měření průtoku kapalin bývají kalibrovány při průtoku vody, průtokoměry pro měření plynu se kalibrují vzduchem. K přepočtu údaje pro další tekutiny jsou od výrobců k dispozici tabulky, nomogramy či počítačové programy. U přístrojů pro univerzální použití může být stupnice značena v milimetrech a pro určení průtoku konkrétní tekutiny je k dispozici přepočítávací faktor v závislosti na parametrech měřicí trubice, plováčku, tlaku a teplotě. U provozních průtokoměrů je výhodnější, aby byla stupnice přístroje vyznačena přímo v jednotkách průtoku konkrétní tekutiny za stanovených provozních podmínek. Plováčkový průtokoměr lze použít k měření průtoku plynů i kapalin, patří mezi levná měřidla a přímo ukazující přístroje nevyžadují žádnou pomocnou energii (napájení). Tlaková ztráta na měřidle je přibližně konstantní a obvykle bývá menší než 7 kPa [4]. Přednosti a nevýhody plováčkových průtokoměrů jsou shrnuty v tab. 2. Tab. 2. Přednosti a nedostatky plováčkových průtokoměrůPřednosti:Přednosti:jednoduché měřidlo,nízké investiční náklady,nízké náklady na instalaci,použitelné pro kapaliny, plyny, páru,malá tlaková ztráta měřidla,také pro agresivní média,přímo ukazující přístroje nepotřebují napájení, dlouhá životnost.nelze použít pro znečištěné a viskózní tekutiny,nelze použít pro pulzující průtok,větší nejistota údaje,provoz pouze ve svislé poloze,nutná kalibrace pro danou hustotu a viskozitu média. PoužitíPlováčkové průtokoměry se používají k měření průtoku homogenních tekutin s nejrůznějšími fyzikálními a chemickými vlastnostmi. Průměry trubic se pohybují v rozmezí 15 až 100 mm. Měřidla se skleněnými trubicemi mohou pracovat při teplotě do 200 °C a tlaku 1 MPa, s kovovými trubicemi až 540 °C a tlaku až 5 MPa [5]. Měřicí rozsahy pro měření průtoku vody jsou od 0,04 l/h do 150 m3/h a vzduchu od 0,5 l/h do 3 000 m3/h [10]. Plováčkové průtokoměry lze s výhodou využít jako záložní provozní měřidla, protože nepotřebují žádné externí napájení. Vhodné jsou tam, kde je zapotřebí orientačně vizuálně sledovat průtok pro informativní měření v laboratorních i provozních aparaturách. V těchto případech bývá do sestavy s průtokoměrem začleněn jehlový ventil, který slouží k nastavení požadovaného průtoku, popř. může být do sestavy integrován i vhodný regulátor průtoku. Moderní přístroje jsou vybaveny převodníky signálu a poskytují analogový výstup např. 4 až 20 mA, umožňují číslicovou komunikaci např. HART, Profibus, Foundation Fieldbus aj. a jsou opatřeny nastavitelnými mezními spínači. Průtokoměry nacházejí uplatnění v chemickém a petrochemickém průmyslu, a to často pro použití v prostředí s nebezpečím výbuchu. Přístroji s kovovými trubicemi lze měřit horkou vodu, páru, kyselé i zásadité látky. Existují však i omezení v možnostech použití. Průtokoměry tohoto typu jsou vhodné převážně pro čisté tekutiny. Při měření znečištěných tekutin mohou usazeniny na plováku významně ovlivnit přesnost (až ±4 % plného rozsahu stupnice); bubliny plynu v kapalině se mohou rovněž zadržovat na plováku a ovlivnit tak přesnost. Nepřípustné jsou i tlakové rázy v potrubí, které mohou být příčinou mechanického poškození plováku. S plováčkovými průtokoměry se lze setkat v téměř každém průmyslovém procesu v chemickém, petrochemickém, farmaceutickém a potravinářském průmyslu, ve strojírenství a v mnoha dalších odvětvích. Často se používají jako indikátory průtoku, jako měřidla při odběru vzorků pro analýzu, jako měřidla průtoku při provzdušňování, probublávání nebo inertizaci aparatur apod. Obr. 7. Pružinový průtokoměr s proměnlivým průřezem i tlakovým spádem Pružinové průtokoměryNevýhodu montáže plováčkového průtokoměru jen do svislé polohy odstraňuje pružinový průtokoměr, který rovněž patří do skupiny průtokoměrů s proměnlivým průřezem. Zatímco u plováčkového průtokoměru je direktivní silou působící na plováček gravitace a vztlak, u pružinového průtokoměru je direktivní síla vyvolávána pružinou. Průtokoměry tak mohou pracovat i v horizontální poloze. Síla pružiny působí na pohyblivé těleso vhodného tvaru, které při nulovém průtoku uzavírá otvor clony (obr. 7). Při průtoku tekutiny působí na těleso proti síle pružiny tlaková síla proudícího média. Jako výstupní informaci lze využít buď změnu polohy pohyblivého tělesa, nebo změnu rozdílu tlaků. Změnu polohy tělesa lze snímat podobně jako u plováčkových průtokoměrů např. magneticky a měřidlo může být vybaveno spínači pro indikaci mezních stavů průtoku. Průtokoměr může být provozován v libovolné poloze a direktivní silou pružiny lze upravit měřicí rozsah. Pro zachování přijatelné nejistoty jsou kladeny mimořádné požadavky na stálost vlastností pružiny [5]. Těmto průtokoměrům se podrobně věnuje článek na str. 20. Další velkou výhodou, kromě možnosti montáže s vodorovnou trubicí, je také možnost kompenzovat viskozitu média. Literatura:[1] DOBRATZ, Andreas. 100 Years of Rota Yokogawa [online]. Wehr: Rota Yokogawa GmbH & Co KG, 2011 [cit. 2016-10-15]. Dostupné z: https://www.yokogawa.com/rota-en/unternehmen/pdf/rota.pdf[2] Variable Area Flowmeters [online]. Duisburg: KROHNE Messtechnik GmbH [cit. 2016-10-15]. Dostupné z: https://academy-online.krohne.com/elearning/en/courses/variable-area-flowmeters/[3] ČSN EN 24006. Měření průtoku tekutin v uzavřených profilech: Terminologie. Praha: ÚNMZ, 1994.[4] LIPTÁK, Béla G. Instrument engineers‘ handbook. 4th ed. Boca Raton, FL: CRC Press, 2012. ISBN 978-143-9817-766.[5] ĎAĎO, Stanislav, Ludvík BEJČEK a Antonín PLATIL. Měření průtoku a výšky hladiny. 1. vyd. Praha: BEN – technická literatura, 2005. Senzory neelektrických veličin. ISBN 80-730-0156-X.[6] VOLF, Jaromír a Josef JENČÍK. Technická měření. Vyd. 2. Praha: Vydavatelství ČVUT, 2003. ISBN 80-010-2138-6.[7] Handbook for Variable Area Flowmeters [online]. ABB Automation Products GmbH, 2008 [cit. 2016-10-15]. Dostupné z: https://library.e.abb.com/public/9c725ef7137df817c12574240039c4d8/03_VA-FLOW-ENA-06_2011_secure.pdf[8] Plovákové průtokoměry a snímače [online]. Hofheim: Kobold Messring, rok vydání neuveden [cit. 2016-10-15]. Dostupné z: http://www.kobold.com/dynamic/dlFile/7b25bd87bc28d6066e2da8c24d9f7947.dl/s2cz_dsv.pdf[9] MCMILLAN, Gregory K. a Douglas M. CONSIDINE. Process/industrial instruments and controls handbook. 5th ed. New York: McGraw Hill, c1999. ISBN 00-701-2582-1.[10] EDITED BY JOHN G. WEBSTER AND HALIT EREN. The measurement, instrumentation, and sensors handbook: two-volume set. Boca Raton: CRC Press, 2014. ISBN 978-143-9848-838. doc. Ing. Karel Kadlec, CSc.,Ústav fyziky a měřicí techniky,VŠCHT Praha(karel.kadlec@vscht.cz) Historie měřidla a jeho pojmenováníPočátek historie plováčkových průtokoměrů je možné datovat rokem 1868, kdy Američan Edmund Chameroy popsal v patentovém spisu princip průtokoměru s kónickou trubicí, ve které byl umístěn pohyblivý plovák [1], [2]. V roce 1908 si Karl Küppers nechal patentovat průtokoměr s rotujícím plovákem, který byl opatřen drážkami a při průtoku tekutiny se otáčel. V odborných pojednáních se již tehdy poukazovalo na skutečnost, že průtokoměr může správně fungovat pouze v tom případě, že hustota plováku je větší než hustota měřeného média, a že tedy nejde o plovák v pravém slova smyslu. O realizaci a výrobu průtokoměru s rotujícím plovákem se zasloužil německý vynálezce a podnikatel Felix Meyer, který založil v roce 1909 v Cáchách továrnu Deutsche Rotawerke GmbH. Od názvu firmy bylo odvozeno i pojmenování průtokoměru – rotametr. I toto pojmenování průtokoměru není bezchybné, protože název svádí k domněnce, že by to mohl být přístroj k měření rotace (otáčení). V roce 1921 začala výroba plováčkových průtokoměrů ve firmě Krohne [2]. V současné době vyrábí plováčkové průtokoměry mnoho výrobců; mezi významné patří nástupce firmy Rotawerke, společnost Rota Yokogawa GmbH & Co. KG, a dále společnosti Krohne Messtechnik GmbH, ABB Ltd, Kobold Messring GmbH, Siemens AG a další. V anglicky psané literatuře se pro tento typ průtokoměru nejčastěji používá označení variable area flowmeter – průtokoměr s proměnlivým průřezem, méně často float flowmeter. V německé literatuře se průtokoměr tohoto typu označuje termínem Schwebekörper Durchflussmessgerät, což lze přeložit jako průtokoměr s tělískem ve vznosu. Německé označení zřejmě nejlépe vystihuje princip činnosti průtokoměru. V ČSN EN 24006 [3] je uvedeno označení plováčkový průtokoměr a přístroj je zařazen do skupiny průtokoměrů s proměnlivým průřezem. Termín rotametr není uveden v žádné názvoslovné normě, ale lze se s ním setkat poměrně často jak v české, tak i v cizojazyčné odborné a firemní literatuře.     

Měření množství tepla

Měření množství tepla je základním předpokladem pro platby za odebrané teplo nebo pro hodnocení ekonomiky určité části provozu či pro optimální provoz a řízení zdroje tepla a horkovodu. Z dlouhodobého hlediska měření tepla poskytuje informace pro posouzení velikosti tepelných ztrát a technického stavu zařízení.   1. Principy měřičů přeneseného tepla   Teoretickým základem měřičů tepla, které je předávané teplonosnou látkou (voda, pára), je vztah pro výpočet tepelného výkonu   Pq= Qm(h1 – h2)          (1)   kde Pqje tepelný výkon (W), Qmhmotnostní průtok teplonosné látky (kg/s), h1, resp. h2 měrné entalpie teplonosné látky na vstupu, resp. na výstupu tepelné sítě (J/kg).   Tepelný výkon Pq je tedy vypočten ze součinu hmotnostního průtoku teplonosné látky Qm a rozdílu měrných entalpií teplonosné látky na vstupu a na výstupu tepelné sítě h1 a h2. Měrnou entalpii teplonosné látky h však není možné zjistit přímým měřením, ale pouze výpočtem ze vztahu   h = cp(t – tref)          (2)   kde cpje měrná tepelná kapacita teplonosné látky (J/(kg∙K)), t teplota teplonosné látky (°C), tref referenční teplota (obvykle 0 °C) [1].   Stejný princip, který je využíván k měření předaného tepla, lze využít i k měření chladu předávaného prostřednictvím vhodného média.   1.1 Měření tepla přenášeného kapalným médiem Jestliže je hmotnostní průtok Qm nahrazen průtokem objemovým QV (m3/s) a podle vztahu (2) je dosazen do vztahu (1), získá se   Pq= QV(ρ1 cp1 t1 – ρ2 cp2 t2)          (3)   kde ρ a cpjsou hustoty (kg/m3) a měrné tepelné kapacity (J/(kg∙K)) teplonosné látky na vstupu (index 1) a výstupu (index 2) tepelné sítě. Hustota a měrná tepelná kapacita obecně závisejí na teplotě.   Je-li teplonosným médiem voda, v důsledku opačných průběhů hustoty a měrné tepelné kapacity v závislosti na teplotě (obr. 1) lze v určitém rozmezí provozních teplot považovat hodnotu součinu hustoty a měrné tepelné kapacity za velmi málo závislou na teplotě a tento součin je pak možné nahradit tzv. tepelným součinitelem k (J/(m3∙K)). V praxi jsou hodnoty tepelného součinitele uloženy v paměti vyhodnocovací jednotky a není nutné je nastavovat.   S využitím tepelného součinitele se pak získá základní vztah pro tepelný výkon předávaný vodou jako teplonosným médiem   Pq= QVk (t1 – t2)           (4)   Z tohoto teoretického vztahu plyne, že pro vyhodnocení tepelného výkonu Pqje třeba měřit objemový průtok QVa teplotní rozdíl (t1 – t2).   Celkové odebrané teplo Qq(J nebo W·s) se získá integrací tepelného výkonu Pqza časový interval od τ1 do τ2.   rovnice 5          (5)   Zjednodušený výpočet podle vztahu (4) lze využít jen při měření v teplovodních sítích. V horkovodních sítích by zjednodušení znamenalo zanesení poměrně velkých chyb, protože jak hustota vody, tak její měrná tepelná kapacita se s teplotou značně mění. V těchto případech je nutné při výpočtu závislosti na teplotě postupovat v souladu se vztahem (3).   Schéma na obr. 2 ukazuje obecné zapojení zařízení pro měření tepelného výkonu a spotřebovaného tepla předávaného kapalným teplosměnným médiem (nejčastěji vodou).   Základní součásti, které tvoří zařízení pro měření tepla přenášeného vodou, jsou: snímač průtoku FI 03, párované teploměry TI 01 a TI 02 a vyhodnocovací jednotka, která vypočítává tepelný výkon a předané teplo podle vztahů (4) a (5).   Jako snímače teploty se nejčastěji používají párované odporové teploměry Pt100 nebo Pt500 ve čtyřvodičovém zapojení. Průtok se měří ve větvi s ochlazenou vodou a k měření se u kompaktních měřičů využívají průtokoměry lopatkové nebo turbínové, ultrazvukové a indukční (za předpokladu dostatečné elektrické vodivosti vody), u výkonnějších průmyslových měřičů tepla se používají průtokoměry se škrticími orgány (se clonou), ultrazvukové a vírové.   Mikroprocesorem řízená vyhodnocovací jednotka (kalorimetrické počítadlo) vyhodnocuje množství tepla při zohlednění hustoty a měrné tepelné kapacity teplosměnného média, popř. pomocí tepelného součinitele k. Vyhodnocovací jednotka je vybavena displejem, na kterém se zobrazují aktuální hodnoty tepelného výkonu, množství předaného tepla, dále je možné zobrazit momentální průtok média, teploty na vstupu a výstupu, maximální hodnoty apod.   Na obr. 3 je schéma zapojení měřiče tepla a příklad kompaktního elektronického měřiče tepla s lopatkovým průtokoměrem PolluCom E [2].   Průtokoměry pro průmyslové měření tepla musí splňovat mnoho požadavků: musí mít malou nejistotu měření, dlouhodobou stabilitu a opakovatelnost měření i při náročných provozních podmínkách. Takovým požadavkům vyhovují např. ultrazvukové průtokoměry. Na obr. 4 je ultrazvukový průtokoměr Krohne UFM 3030 s velmi dobrými metrologickými parametry zapojený do měřicí tratě při měření tepla [3].   Na obr. 5a je příklad vyhodnocovací jednotky měřidla tepla EngyCal RH33 [4], kterou lze použít k měření tepla přenášeného kapalnými médii, jako je voda, směsi vody s glykolem, tepelné oleje apod. Velmi přesně počítá entalpii, tepelný výkon, hustotu a objemový průtok. Jednotka je vybavena univerzálními vstupy, které umožňují připojit různé průmyslové snímače. Pro průtokoměry se využívá proudový signál 4 až 20 mA, popř. pulzní, pro snímače tlaku a teploty 4 až 20 mA, popř. vstupy pro odporové teploměry Pt100, Pt500 nebo Pt1000. Na obr. 5b je vyhodnocovací jednotka měřiče tepla a chladu INMAT 57D s mnoha možnostmi použití [5].   V zahraniční literatuře je možné se setkat s označením BTU-flowmeter; je to přístroj k měření energetického obsahu v tekoucí kapalině udávaného v BTU (British thermal unit).   1. 2 Měření tepla přenášeného vodní párou Pro tepelný výkon předávaný přehřátou a následně kondenzující párou Pqplatí   Pq= Qmcpáry (tp – tk) + QmΔvýpH + Qmcvody (tk – tkv)          (6)   kde Qmje hmotnostní průtok páry nebo vody, cpáry, cvody měrné tepelné kapacity páry a vody (obecně závisejí na teplotě), ΔvýpH měrná výparná entalpie (měrné skupenské teplo kondenzační), tp teplota přehřáté páry v přiváděcím potrubí tepelné sítě, tk teplota kondenzace (≈100 °C), tkv teplota kondenzátu ve vratném potrubí tepelné sítě.   Jednotlivé členy v rovnici (6) představují tepelné výkony předávané: a) ochlazením přehřáté páry z teploty tp na teplotu kondenzace tk ≈ 100 °C, b) kondenzací páry při teplotě tk, c) ochlazením vody na teplotu odcházejícího kondenzátu tkv.   Parametry, které se měří, jsou vyznačeny ve schématu na obr. 6. Jsou to teplota tp a tlak pp přehřáté páry, teplota tkv kondenzátu a průtok Q teplonosného média. Je možné měřit buď průtok páry (přímá metoda) [6], nebo průtok kondenzátu (nepřímá metoda) [7]. Měří-li se objemové průtoky, jsou jejich hodnoty ve výpočetní jednotce přepočteny na hmotnostní průtoky.   Při poklesu hodnot parametrů páry pod mez sytosti (mokrá pára) se pro výpočet množství tepla používá tzv. náhradní metoda, při které se výpočet doplňuje korekčním součinitelem dohodnutým mezi dodavatelem a odběratelem tepla [6], [7].   K měření teploty se obvykle používají párované odporové teploměry ve čtyřvodičovém zapojení. Průtok bývá měřen měřidly se škrticími orgány, ultrazvukovými a vírovými průtokoměry.   Výpočetní jednotka obsahuje matematický člen pro výpočet tepelného výkonu, množství přeneseného tepla na základě měřených parametrů a pro provádění potřebných korekcí měrných tepelných kapacit a hustoty v závislosti na provozní teplotě a tlaku. Mikroprocesorem řízená výpočetní jednotka poskytuje na displeji údaje o tepelném výkonu, množství tepla, průtoku a proteklém množství teplonosného média, teplotách, tlaku i o příslušných součinitelích a konstantách.   Na obr. 7 až obr. 9 jsou ukázky přístrojové techniky využívané k měření množství tepla předávaného v parních tepelných sítích.   Na obr. 7 je ultrazvukový měřič kondenzátu Ultraheat UH50 s vyhodnocovací jednotkou pro měření množství tepla. Na obr. 8 je vírový průtokoměr s integrovanou tlakovou a teplotní kompenzací Optiswirl 4070 C [9]. K měření tedy nejsou zapotřebí další snímače pro měření tlaku a teploty páry; jako výstup je k dispozici i údaj o hmotnostním průtoku. Na obr. 9 je ukázáno clonové měřidlo průtoku s integrovaným snímačem teploty Rosemount 3051SFC [10]. Přístroje pro měření tepla v páře a přístroje pro měření tepla a chladu rovněž vyrábí a dodává firma ELIS Plzeň [6], [7].   2. Použití měřičů tepla Měřiče tepla pro kapalná teplonosná média je možné využít k měření tepla nebo chladu. Nacházejí uplatnění v komunálních teplárenských sítích, při vytápění a chlazení průmyslových objektů a využívají se zejména jako fakturační měřidla. Měřiče tepla přenášeného párou lze využít při používání páry k čištění a sterilizaci v potravinářském a farmaceutickém průmyslu. Investice do měření tepla se vyplatí, protože umožní efektivněji využívat teplonosná média, a tím snižovat provozní náklady.   Některé přístroje jsou vybaveny záznamníkem dat (datalogger), který umožňuje ukládat naměřené hodnoty do paměti v požadovaném formátu včetně časového údaje, důležitého např. při fakturaci. Používá-li se měřidlo pro fakturaci, musí to být stanovené pracovní měřidlo ve smyslu § 3 zákona o metrologii č. 505/1990 Sb. Tato měřidla podléhají povinnému úřednímu ověření.   Měřidla tepla bývají vybavena komunikačním rozhraním (Ethernet, Modbus nebo M-Bus) a díky tomu lze měřidlo integrovat do řídicího a informačního systému závodu nebo teplárenské sítě.   Text článku vychází z kapitoly 10 Měření množství tepla v knize Měření a řízení v potravinářských a biotechnologických výrobách (editoři Kadlec K., Kmínek M., Kadlec P.), Ostrava, Key Publishing, 2015.   Literatura: [1] KADLEC, K.: Měření množství tepla. In: Měření a řízení v potravinářských a biotechnologických výrobách (editoři Kadlec K., Kmínek M., Kadlec P.). Ostrava, Key Publishing, 2015. [2] JSP: Kompaktní měřič tepla PolluCom E [on-line]. [cit. 31. 1. 2016]. Dostupné z: www.jsp.cz/cz/sortiment/seznam_dle_kategorii/merice_prutoku_a_tepla/kompaktni-meric-tepla-pollucom-e.html [3] KOMP, P.: Měření průtoku horké vody v průmyslu v soupravách pro měření množství tepla. Automa, 2010, č. 11, s. 46–47. [4] ENDRESS+HAUSER: Měřič tepla EngyCal RH33 [on-line]. [cit. 31. 1. 2016]. Dostupné z: www.cz.endress.com/cs/Polni-instrumentace-sita-na-miru/System-Components-Recorder-Data-Manager/M%C4%9B%C5%99i%C4%8D-tepla-RH33?highlight=engycal [5] ZPA Nová Paka: Měřič tepla a chladu, vyhodnocovací jednotka průtoku plynu INMAT 57D [on-line]. [cit. 31. 1. 2016]. Dostupné z: www.zpanp.cz/meric-tepla-a-chladu-vyhodnocovaci-jednotka-prutoku-plynu-inmat-57d-280.html [6] ELIS Plzeň: Měření tepla v páře přímou a náhradní metodou STEAMTHERM ST 4000 [on-line]. [cit. 31. 1. 2016]. Dostupné z: www.elis.cz/cs/produkty/merice-tepla-v-pare/system-mereni-tepla-v-pare-steamtherm-st4000.html [7] ELIS Plzeň: Měření tepla v páře nepřímou a náhradní metodou STEAMTHERM ST 5000 [on-line]. [cit. 31. 1. 2016]. Dostupné z: www.elis.cz/cs/produkty/merice-tepla-v-pare/system-mereni-tepla-v-pare-steamtherm-st5000.html [8] JSP: Ultrazvukový měřič tepla a kondenzátu Ultraheat UH50 [on-line]. [cit. 1. 2 . 2 016]. Dostupné z: www.jsp.cz/cz/sortiment/seznam_dle_kategorii/merice_prutoku_a_tepla/ultrazvukovy-meric-kondenzatu-ultraheat-uh50.html [9] KROHNE: Vírový průtokoměr OPTISWIRL 4070 [on-line]. [cit. 1. 2. 2016]. Dostupné z: http://cz.krohne.com/cs/vyrobky/mereni-prutoku/virove-prutokomery/optiswirl-4070/ [10] EMERSON: Rosemount Compact Orifice Flowmeters [on-line]. [cit. 1. 2. 2016]. Dostupné z: http://www2.emersonprocess.com/en-us/brands/rosemount/flow/dp-flow-products/compact-orifice-flowmeters/pages/index.aspx   doc. Ing. Karel Kadlec, CSc., ústav fyziky a měřicí techniky VŠCHT Praha (karel.kadlec@vscht.cz)   Obr. 1. Závislost hustoty a měrné tepelné kapacity vody na teplotě Obr. 2. Základní uspořádání zařízení k měření tepla předávaného vodou Obr. 3. Elektronický měřič tepla: a) obecné schéma, b) kompaktní měřič tepla PolluCom E [2] Obr. 4. Ultrazvukový průtokoměr Krohne UFM 330 v potrubí při měření tepla [3] Obr. 5. Vyhodnocovací jednotky měřidel tepla: a) jednotka EngyCal RH33 [4], b) jednotka INMAT 57D [5] Obr. 6. Základní uspořádání zařízení k měření tepla předávaného párou Obr. 7. Ultrazvukový měřič kondenzátu Ultraheat UH50 [8] Obr. 8. Vírový průtokoměr s integrovanou tlakovou a teplotní kompenzací Optiswirl 4070 C [9] Obr. 9. Průřezový kompaktní průtokoměr s integrovaným snímačem teploty Rosemount 3051SFC [10]

Bezdotykové snímače provozních veličin – přednosti a omezení (část 1)

Karel KadlecV příspěvku jsou uvedeny charakteristické rysy bezdotykových a dotykových snímačů provozních veličin, podrobněji jsou popsány principy vybraných bezdotykových snímačů (snímače teploty, polohy hladiny, průtoku a složení) a diskutovány jejich přednosti a omezení. This paper presents characteristics of contactless and contact sensors of process variables, describes in more details principles of selected contactless sensors (temperature sensors, level sensors, flowmeters and analytical sensors), and discusses their advantages and limitations. 1. Obecně o bezdotykových snímačíchJedním z hledisek, podle kterého lze rozdělovat snímače, je skutečnost, zda snímač je nebo není přímo v kontaktu s měřeným médiem. Podle toho se rozlišují snímače:dotykové (kontaktní) – některá konstrukční část snímače je v přímém kontaktu s měřeným médiem a je nutné počítat se vzájemným ovlivňováním vlastností snímače a měřeného prostředí,bezdotykové (bezkontaktní) – nepřicházejí do přímého styku s měřeným médiem, snímač neovlivňuje měřenou veličinu a měřené médium nepůsobí na materiál snímače. Bezdotykové snímače nejčastěji využívají principy elektromagnetické indukce (snímače indukční), šíření záření a ultrazvuku (snímače optické a ultrazvukové) či změny magnetického a elektrického pole (snímače magnetické a kapacitní). Bezdotykové snímače se obecně používají k vyhodnocování polohy částí strojů, materiálů či výrobků, k měření posunutí, vzdálenosti, úhlu (natočení rotujících částí strojů), frekvence otáčení, ale i k měření dalších provozních (procesních, technologických) veličin, jako jsou teplota, poloha hladiny, průtok a složení provozního média, s nimiž se lze často setkat v chemicko-technologických či potravinářských a dalších výrobách. Předložený příspěvek je věnován právě této skupině bezdotykových snímačů, jejich přednostem a omezením. Bezdotykové snímače mají mnoho předností a díky vyloučení mechanického opotřebení vykazují vysokou spolehlivost, přesnost i dlouhou životnost. Při jejich využití je však nutné se zamyslet i nad případnými omezeními a nevýhodami. Při rozhodování o využití bezdotykových snímačů je vhodné posoudit tato hlediska:existence možnosti bezdotykového měření dané veličiny,schopnost bezdotykového měření poskytnout objektivní informaci o měřené veličině,vliv přítomnosti dotykového snímače v měřeném médiu na hodnotu měřené veličiny a vzájemné působení provozního média a materiálu snímače,dynamické vlastnosti snímače. 2. Bezdotykové snímače teplotyBezdotykové měření teploty je oblast, ve které bylo díky elektronice a optice dosaženo značného pokroku. Přenosné bezdotykové teploměry nacházejí široké uplatnění při detekci tepelných ztrát a poruch, při kontrole potrubních systémů, nádrží apod. K měření rozložení teploty na povrchu objektů a k diagnostickým účelům se stále častěji využívají termokamery, které patří k nejmodernější termodiagnostické technice. Při bezdotykovém měření se teplota vyhodnocuje z intenzity infračerveného záření vyzařovaného měřeným objektem. Toto záření je optickým systémem soustředěno na vhodný detektor, jehož elektrický signál je dále zpracován v elektronických obvodech. K bezdotykovému měření teploty se využívají jednak bezdotykové teploměry (IČ teploměry, pyrometry), které poskytují obvykle číslicový výstup na displeji, a jednak termokamery (IČ termokamery, termovizní kamery), jejichž výstupem je termogram na displeji termokamery. 2.1 Přístroje pro bezdotykové měření teplotyZjednodušené blokové schéma uspořádání IČ teploměru a termokamery je na obr. 1. Tepelné záření vyzařované měřeným objektem se soustřeďuje optickou soustavou na detektor IČ záření měřicího přístroje. Optická soustava většinou funguje i jako filtr a musí propouštět záření požadovaných vlnových délek. Termokamera pracuje na principu bezdotykového měření teploty, a princip funkce je tedy stejný jako u IČ teploměrů. Zásadní rozdíl je v tom, že IČ teploměr vyhodnocuje teplotu v jednom bodě (přesněji řečeno vyhodnocuje průměrnou teplotu v určité oblasti), zatímco termokamera vyhodnocuje teplotní pole na povrchu celých objektů (obr. 1). Většina současných typů termokamer využívá tzv. maticové (mozaikové) detektory. Rozdíl je tedy takový, že v pyrometru je použit jeden senzor IČ záření, v termokameře je maticový detektor, obsahující velký počet jednotlivých senzorů tepelného záření [1]. Jako senzory infračerveného záření se používají senzory teploty, u nichž IČ záření vyvolává změnu teploty, která se poté vyhodnocuje. Takovým senzorem je např. mikrobolometr (miniaturní odporový teploměr), který mění elektrický odpor v závislosti na intenzitě dopadajícího záření. Senzory teploty pracují v široké oblasti vlnových délek a nevyžadují chlazení detekčního systému. Dále se používají kvantové fotonové senzory (fotodiody a fotorezistory), které poskytují po dopadu IČ záření elektrický signál (změna napětí či elektrické vodivosti). Kvantové detektory jsou citlivější než detektory teploty, vyžadují většinou chlazení a detekují záření jen v úzkém rozsahu spektra. Elektronické obvody řízené mikroprocesorem vypočítávají teplotu na základě změřeného zářivého toku dopadajícího na detektor. Většina IČ teploměrů má displej, na kterém je možné číst naměřené hodnoty v požadovaných jednotkách, zobrazit maximální a minimální teplotu v jistém časovém intervalu, vypočtenou průměrnou teplotu, rozdíl teplot, nastavenou emisivitu a popř. i další údaje. Výstupem termokamery je barevný obraz na monitoru – termogram. Počet zobrazených bodů na termogramu odpovídá počtu senzorů na maticovém detektoru a každý bod termogramu obsahuje informaci o teplotě. Hodnotu emisivity, popř. dalších korekcí zadává operátor prostřednictvím obslužné klávesnice. Běžnou součástí bezdotykového teploměru je zaměřovací systém, který umožňuje zaměřit přístroj na žádanou oblast měřeného objektu. K zaměření se v současné době nejčastěji používají laserové zaměřovače, které na měřeném objektu vizuálně vyznačí viditelnou stopu. Bodový laser vymezuje přibližně střed měřeného terče, dvojitý laser vymezuje průměr měřeného terče, kruhový nebo křížový laser vymezuje přibližně plochu měřeného terče. 2.2 Chyby při bezdotykovém měření teplotyJednou z hlavních příčin chybných výsledků měření je nesprávné zaměření snímané plochy měřeného objektu. Při měření musí plocha měřeného objektu zcela vyplňovat zorné pole pyrometru. Je-li tato podmínka splněna, není výsledek měření závislý na vzdálenosti přístroje od měřeného objektu. Jestliže měřený objekt zorné pole přístroje nevyplňuje, je naměřená teplota váženým průměrem teploty objektu a jeho pozadí (váha je dána podílem ploch). Další faktory, které jsou zdrojem chyb při bezdotykovém měření teploty, jsou:charakter povrchu měřeného objektu (lesklý, drsný, barevný, černý nebo také transparentní) – chyby lze kompenzovat nastavením emisivity,odraz záření z rušivých zdrojů (zdrojem záření mohou být všechny předměty v okolí měření) – chyby lze u některých přístrojů kompenzovat nastavením tzv. odražené teploty,zdroj tepelného záření za transparentním měřeným objektem,prostředí mezi měřeným povrchem a IČ teploměrem (prostupnost prostředí ovlivní např. CO2, vodní pára, prach aj.), popř. měření přes okno propustné pro IČ záření. Při měření bezdotykovým teploměrem je třeba mít vždy na zřeteli, že IČ teploměr nebo termokamera měří teplotu povrchu objektu; k měření vnitřní teploty je zapotřebí použít vhodný dotykový teploměr. Pro předcházení chybným výsledkům měření je rovněž nezbytná pravidelná kontrola a případná kalibrace bezdotykového teploměru. 3. Bezdotykové snímače polohy hladinyZjišťování polohy hladiny kapalin a sypkých hmot v zásobnících a provozních nádobách, jako jsou různé tanky, zásobní a provozní nádrže, destilační kolony, odparky, krystalizátory, mísicí nádoby apod., je v provozní praxi jednou z velmi častých úloh. Různorodost požadavků na měření hladiny se odráží ve velkém počtu měřicích metod a přístrojů od jednoduchých, jako je plovák, až po moderní, mezi něž patří i bezdotykové snímače – hladinoměry optické, ultrazvukové, radarové a radioizotopové. 3.1 Optické hladinoměryPrincip optických snímačů polohy hladiny může být založen na využití průchodu, odrazu nebo lomu paprsků viditelného, infračerveného nebo laserového záření [1]. Snímače, které využívají laser, pracují na podobných principech jako radarové (mikrovlnné) hladinoměry a jsou vhodné pro bezkontaktní měření polohy hladiny v náročných podmínkách. Laserové snímače mohou využívat pulzní metodu měření nebo měření frekvenčně modulovanou kontinuální vlnou, které budou zmíněny u radarových snímačů polohy hladiny. V dalším textu jsou uvedeny především snímače pracující se zářením ve viditelné a IČ oblasti. Transmisní (absorpční) snímače využívají průchod paprsku viditelného nebo IČ záření skrz průhlednou či průsvitnou nádobu (ze skla či plastu) nebo přes vhodné okénko. Snímač může pracovat jako mezní spínač nebo může monitorovat hladinu spojitě (obr. 2). Konstrukční části snímače sice nejsou v přímém kontaktu s měřeným médiem, to je však v kontaktu s okénky, na nichž by neměly ulpívat nečistoty a usazeniny. Reflexní snímače využívají pro detekci polohy hladiny odraz paprsků viditelného či IČ světla od hladiny měřeného média, kterým může být jak kapalina, tak i sypká látka (obr. 3). Paprsek světla je směrován k povrchu měřeného média a odráží se zpět směrem k detektoru, který je umístěn ve stejném pouzdru jako světelný zdroj. Tento typ snímače pracuje jako bezdotykový a lze jej použít v případech, kdy je parní prostor čistý. Funkci spínače významně ovlivňují změny v charakteru odrazivosti povrchu měřeného média. Refrakční snímače, které využívají lom světla na rozhraní dvou optických prostředí, patří do snímačů dotykových. 3.2 Ultrazvukové hladinoměryUltrazvukové hladinoměry využívají několik principů. Při spojitém měření polohy hladiny se měří doba průchodu ultrazvukové vlny od vysílače přes odraz od hladiny zpět k přijímači a z naměřené doby se při známé rychlosti šíření ultrazvuku v daném prostředí vypočítá vzdálenost. K limitnímu měření polohy hladiny se využívá jednak útlum (absorpce) ultrazvukových vln v závislosti na složení prostředí, kterým ultrazvuk prochází, jednak měření odrazu ultrazvuku přes stěnu nádoby [1]. Na obr. 4 je nakresleno schéma ultrazvukového hladinoměru, který využívá měření doby šíření ultrazvukového impulzu. Měřicí zařízení tvoří generátor a vysílač ultrazvukového signálu, přijímač ultrazvuku a elektronické vyhodnocovací zařízení. Vysílač a přijímač ultrazvukových impulzů tvoří konstrukční celek, obvykle umístěný v horní části nádrže. Funkci celého zařízení řídí generátor pulzů. Na počátku měřicího cyklu je z vysílače vyslán ultrazvukový impulz, který se po odrazu od hladiny vrací k přijímači. Doba t naměřená elektronickým obvodem závisí na rychlosti ultrazvuku c v daném prostředí a na délce dráhy ultrazvuku L, a tím i na poloze hladiny. Poloha hladiny h se stanovuje odečtením naměřené dráhy L od maximální vzdálenosti Lmax (vzdálenost ke dnu nádrže). 3.3 Radarové hladinoměryRadarové hladinoměry pracují analogicky jako ultrazvukové hladinoměry, využívají však mikrovlnné záření. Mikrovlnné záření je elektromagnetické vlnění o frekvencích 1 až 300 GHz. U radarových hladinoměrů se využívají frekvence v rozmezí 5,8 až 26 GHz. Rychlost šíření mikrovln odpovídá rychlosti světla. Ve vakuu je to 3·108 m·s–1, v jiných médiích je rychlost závislá na permitivitě materiálu. Kvalita odrazu mikrovln závisí na permitivitě povrchu. Téměř dokonale se vlnění odrazí od povrchu hladiny dobře vodivé kapaliny. Při dopadu mikrovlnného záření na elektricky vodivý povrch nastane zkrat elektrického pole a vlnění je účinně odraženo. U elektricky nevodivých kapalin (organické látky) účinnost odrazu významně záleží na hodnotě relativní permitivity média [1]. Radarové hladinoměry lze rozdělit na dvě skupiny, a sice na bezkontaktní a kontaktní. U bezkontaktních radarových hladinoměrů se mikrovlny šíří plynným prostředím nad hladinou měřeného média, u kontaktních radarů se mikrovlny šíří vlnovodem, který je ve styku s měřeným médiem. Bezkontaktní pulzní radarový hladinoměr pracuje s krátkými mikrovlnnými impulzy s frekvencí např. 6 GHz a s dobou trvání asi 1 ns, které jsou pomocí antény vysílány směrem k hladině měřeného média (obr. 5). Na hladině se vlna částečně odrazí zpět k vysílači a částečně prochází do druhého prostředí. Měří se čas potřebný k průchodu elektromagnetických vln z vysílače k hladině (t1) a zpět k přijímači (t2). Podle této doby je metoda označována jako TOF (Time Of Flight). Z doby, která uplyne mezi vysláním a přijetím elektromagnetické vlny (t = t1 + t2) se stanoví poloha hladiny h. Další vysílaný impulz následuje po přestávce, která je potřebná pro příjem odražené vlny (tzv. echa). Po dobu přestávky je vysílač přepnut do funkce přijímače. Jedna perioda měření trvá řádově 106 s. Při technické realizaci tohoto principu se objevují problémy měření velmi krátkých úseků času. Při požadavku měřit polohu hladiny s chybou menší než 1 mm je nutné měřit čas s rozlišením 6·1012 s. Vzhledem k velkým požadavkům na přesnost měření času u pulzního radaru je vhodnějším řešením radar s rozmítaným spojitým signálem. Tento radar využívá frekvenční metodu, která je založena na vysílání spojitého signálu s proměnnou frekvencí (FMCW – Frequency Modulated Continuous Wave). Předností frekvenční metody je skutečnost, že se vyhodnocuje rozdíl frekvencí (řádově v kilohertzích), který lze stanovit velmi přesně, což umožňuje stanovit polohu hladiny s přesností až ±1 mm [1]. 3.4 Radioizotopové hladinoměryRadioizotopové hladinoměry využívají skutečnost, že intenzita radioaktivního záření klesá úměrně s tloušťkou vrstvy materiálu mezi zářičem a detektorem. Vyhodnocuje se tedy zeslabení svazku ionizujícího záření při jeho průchodu monitorovaným hmotným prostorem. Měřicí zařízení tvoří radioaktivní zářič a detektor záření s elektronickými obvody. Intenzita záření dopadající na detektor závisí na tloušťce vrstvy měřeného materiálu. Jako radioaktivní zářiče se používají zdroje záření gama, které velmi dobře proniká materiálem, ale nemá schopnost jej aktivovat (vyvolávat jeho radioaktivitu). Lze je proto používat i k měření v potravinářském průmyslu. Aby nebyly nutné časté kalibrace, používají se izotopy s delším poločasem rozpadu, např. Co 60 (poločas 5,5 roku) nebo Cs 137 (poločas 30,5 roku). Zářič musí být opatřen olověným ochranným krytem tloušťky několik desítek centimetrů. K detekci záření se používá buď Geigerův-Müllerův detektor nebo citlivý scintilační detektor s fotonásobičem. Scintilační detektory jsou citlivé na teplotu (neměla by překročit hodnotu přibližně +55 ºC). K dispozici jsou systémy s automatickou kompenzací poločasu rozpadu zářiče, které nevyžadují v podstatě žádnou údržbu, a vybavené chlazením detektoru, které mohou pracovat i při zvýšené teplotě. Na obr. 6 je znázorněno limitní a spojité měření polohy hladiny v nádrži. Při limitním měření se skokově mění absorpce radioaktivního záření, při spojitém měření se s polohou hladiny mění tloušťka vrstvy materiálu. Důležitou předností radioizotopových hladinoměrů je možnost montovat zářič i přijímač na vnější stranu stěn zásobníku. Příklad takového bezkontaktního měření s využitím scintilačního detektoru je na obr. 6c. 4. Bezdotykové snímače průtokuPro měření průtoku a proteklého množství tekutin je k dispozici mnoho přístrojů, které jsou založeny na různých fyzikálních principech. Je to dáno tím, že existují velké rozdíly v chemických i fyzikálních vlastnostech průmyslových tekutin a v podmínkách i účelu měření. Bezdotykové snímače lze nalézt mezi průtokoměry ultrazvukovými a indukčními. 4.1 Ultrazvukové průtokoměryPodle vyhodnocení ultrazvukového (UZ) signálu se ultrazvukové průtokoměry rozdělují do dvou hlavních skupin:průtokoměry s vyhodnocováním doby průchodu signálu (transit-time flowmeters),průtokoměry využívající Dopplerův jev. U každé z těchto skupin lze nalézt další podrobnější způsoby členění. Z hlediska montáže průtokoměru do potrubního systému se rozeznávají:provedení se smáčenými (zásuvnými) snímači (in-line), které jsou pevnou součástí měřicí trubice,provedení s příložnými snímači (clamp-on), kdy snímače jsou přikládány na stěnu potrubí; v tomto případě jde o bezdotykové měření. 4.1.1 Průtokoměry s vyhodnocením doby průchodu signáluUltrazvukový průtokoměr je tvořen měřicí trubicí, ve které je zabudován jeden nebo několik párů vysílače a přijímače ultrazvukového signálu. Průtokoměry jsou velmi často konstruovány v diferenčním zapojení, kdy je ultrazvukový signál vysílán jednak ve směru, jednak proti směru proudění. Schéma takového průtokoměru se dvěma páry vysílače a přijímače ultrazvukových impulzů je na obr. 7. Vysílač V1 vysílá impulzy ve směru proudění, vysílač V2 proti směru proudění. Ultrazvukový impulz vyslaný vysílačem V1 se šíří rychlostí c + v cos α kdec je rychlost šíření ultrazvuku v daném prostředí,v střední rychlost proudícího média. Rychlost šíření impulzu od vysílače V2 je c – v cos α Doby mezi vysláním a přijetím impulzu pro jednotlivé dvojice vysílače a přijímače jsou t1 a t2 a lze je vyčíslit jako podíl vzdálenosti L a příslušné rychlosti. Z naměřeného rozdílu Δt = t2 – t1 lze vypočítat rychlost proudícího média a jeho objemový průtok [1]. 4.1.2 Průtokoměry využívající Dopplerův jevPrůtokoměr založený na Dopplerově jevu lze použít v případě, že proudící médium obsahuje částice odrážející zvuk, tj. např. pevné částice či bubliny plynu v kapalině. Bez přítomnosti těchto částic nemůže průtokoměr tohoto typu pracovat. Průtokoměr se skládá z vysílače a přijímače ultrazvuku, které mohou být připevněny na jedné nebo obou stranách potrubí. Ultrazvukový signál o známé frekvenci přibližně 1,2 MHz je vysílačem vysílán do proudící kapaliny (obr. 8). Vysílaný signál se odráží od pohybující se částice či bubliny a při zachycení odraženého signálu přijímačem je vyhodnocována změna frekvence přijatého signálu. Rozdíl mezi oběma frekvencemi je úměrný rychlosti proudícího média. Vhodným zpracováním signálu lze zjistit střední rychlost průtoku. Elektroakustické měniče ultrazvukového průtokoměru mohou být v těsném bezprostředním styku s měřenou kapalinou – tak tomu je u průtokoměrů se zásuvnými (smáčenými) snímači (obr. 9a). Mohou však být instalovány na potrubí z vnějšku – u průtokoměrů s příložnými snímači (clamp-on; obr. 9b). Příložné průtokoměry měří bezdotykově a neovlivňují měřený průtok, protože nezasahují do proudícího média. Mohou být na potrubí instalovány, aniž by bylo nutné přerušit provoz. S výhodou je lze využít k měření průtoku kalů a znečištěných tekutin, které běžným průtokoměrům způsobují těžkosti. Pro potravinářský a farmaceutický průmysl je důležité, že měření je naprosto hygienické, nehrozí žádná kontaminace média a nemůže ani docházet k usazování kalů v průtokoměru. Při čištění a sanitaci potrubí není třeba brát na průtokoměr žádný ohled – nehrozí nebezpečí jeho poškození nebo zničení. 4.2 Laserový senzor rychlosti proudění využívající Dopplerův jevNovinkou mezi bezdotykovými senzory je senzor LaserFlow, který měří průtok v průtočném profilu bezkontaktním laserovým senzorem na principu Dopplerova jevu a polohu hladiny ultrazvukovým senzorem (obr. 10a). Senzor LaserFlow využívá pokročilý princip měření rychlosti laserovým paprskem v jednom nebo několika bodech pod hladinou (obr. 10b) a s využitím pokročilého softwaru lze zohlednit rozložení rychlostí v průtočném profilu [2], [3]. Senzor LaserFlow je vhodný k měření průtoku mělkých vod ve velkých i malých potrubích, k monitorování různých druhů odpadních vod v kanálech i potrubích, měření průtoku ve výrobním procesu, v zavlažovacích kanálech, k měření průtoku dešťové vody apod. 4.3 Indukční průtokoměryTéměř ve všech publikacích je měřicí princip indukčního průtokoměru vysvětlen na základě Faradayova indukčního zákona, podle kterého vzniká napětí jako důsledek časové změny magnetického toku při pohybu vodiče v magnetickém poli. Jiné vysvětlení principu měření, které je bližší fyzikální podstatě děje, vychází z působení Lorentzova zákona, který určuje magnetické síly působící na náboj q, jenž se pohybuje v magnetickém poli o indukci B rychlostí v, a elektrické síly působící na tento náboj v elektrickém poli o intenzitě E [4]. V proudící vodivé kapalině jsou v dostatečné koncentraci obsaženy nabité částice (ionty), které se pohybují ve směru proudění. Síla Fm vyvolaná magnetickým polem, která působí vychýlení iontu s nábojem q (při rychlostí v a indukci B), je dána vektorovým součinem Fm = q(v×B). (Poznámka: veličiny, které mají charakter vektoru, jsou vyznačeny tučně). Tato síla způsobí vychýlení nábojů směrem k elektrodám umístěným ve stěně potrubí o průměru d. Vychýlené náboje vytvoří na elektrodách rozdíl potenciálů o napětí U. Hodnota intenzity elektrického pole je pak dána napětím na elektrodách U a  jejich vzdáleností d |E| = U/d Síla Fe vyvolaná elektrickým polem je podle Lorentzova zákona dána součinem intenzity elektrického pole a náboje Fe = qE Síly Fm a Fe působí proti sobě a pro rovnováhu platí |q(v×B)| = qU/d Za předpokladu, že spojnice elektrod je kolmá k rovině vektorů B a v, pro vektorový součin platí U = Bdv což je formálně stejný vztah jako vztah odvozený podle Faradayova zákona [4]. Průtokoměr tvoří tři základní komponenty: měřicí trubice, elektromagnet a elektrody (obr. 11). Tyto prvky jsou vestavěny do pouzdra, které musí být v souladu s provozními podmínkami. Měřicí trubice je vyrobena z nemagnetického materiálu (korozivzdorná ocel, keramika, plast). Je-li trubice z vodivého materiálu, musí být opatřena izolační výstelkou (pryž, keramika, teflon či jiné plasty), která izoluje snímací elektrody od vodivých částí měřicí trubice. Snímací elektrody snímají signální indukované napětí a jsou v přímém kontaktu s proudící kapalinou. Soustava elektrod bývá nejčastějším zdrojem závad, které jsou vyvolány korozí či abrazí elektrod, zanášením úsadami anebo porušením jejich těsnosti. Někteří výrobci nabízejí indukční průtokoměry s kapacitními elektrodami, které nejsou v kontaktu s měřeným médiem (obr. 11b). Měřicí elektronika vyhodnocuje náboj vyvolaný pohybující se kapalinou v magnetickém poli, který vzniká na izolovaných plošných elektrodách. Signál z kapacitních elektrod lze použít i pro vyhodnocení zaplnění trubice kapalinou, a proto přístroje vybavené kapacitními elektrodami mohou měřit i při neúplném zaplnění měřicí trubice. Kapacitní elektrody jsou integrovány ve výstelce, nejsou v kontaktu s měřenou kapalinou, a proto nemohou být znečištěny např. tukem plovoucím na hladině měřeného média [5]. (Článek vznikl na základě přednášky přednesené na konferenci ARaP 2016, www.arap.cz.) Literatura:[1] KADLEC, Karel, Miloš KMÍNEK, Pavel KADLEC a kol. Měření a řízení v potravinářských a biotechnologických výrobách. Ostrava: Key Publishing, 2015. ISBN 978-80-7418-232-7.[2] TELEDYNE ISCO. LaserFlow™ Non-contact Velocity Sensor: Advanced laser Doppler technology for non-contacting area velocity flow measurement. [online]. Lincoln, USA: Teledyne Isco [cit. 2016-08-19]. Dostupné z: www.isco.com/products/products3.asp?PL=2022720[3] TECHNOAQUA. Isco bezkontaktní rychlostní senzor LaserFlow [online]. Dolní Břežany: Technoaqua, s. r. o., 2006 [cit. 2016-08-19]. Dostupné z: www.technoaqua.cz/underwood/download/files/isco-bezkontaktni-laserflow-rychlostni-senzor.pdf[4] ĎAĎO, Stanislav. Měřicí obvody indukčních průtokoměrů (část 1). Automa. FCC Public, 2005, 11, s. 41–47. ISSN 1210-9592.[5] KROHNE. Optiflux 7300: Magneticko-indukční průtokoměr s kapacitními elektrodami a keramickou výstelkou [online]. Duisburg: Krohne, 2011 [cit. 2016-08-19]. Dostupné z: http://cdn.krohne.com/dlc/TD_OPTIFLUX7300_cs_111031_4001701201_R01.pdf (pokračování příště) doc. Ing. Karel Kadlec, CSc.,Ústav fyziky a měřicí techniky VŠCHT Praha(karel.kadlec@vscht.cz)  Obr. 1. Blokové schéma IČ teploměru a termokameryObr. 2. Transmisní hladinoměry: a) mezní spínač, b) spojité snímání hladinyObr. 3. Reflexní spínač hladinyObr. 4. Princip ultrazvukového hladinoměruObr. 5. Princip radarového hladinoměruObr. 6. Radioizotopové hladinoměryObr. 7. Ultrazvukový průtokoměr s vyhodnocením doby průchodu signálu (transit-time)Obr. 8. Princip Dopplerova průtokoměruObr. 9. Zásuvný a příložný snímač ultrazvukového průtokoměruObr. 10. Laserový senzor rychlosti proudění využívající Dopplerův jev: a) měření rychlosti a polohy hladiny, b) vícebodové měření rychlostního profilu laserem (upraveno podle [3])Obr. 11. Měření s kontaktními a bezkontaktními kapacitními elektrodamiTab. 1. Přednosti a omezení bezdotykových teploměrů Přednosti Omezení a nevýhody – zanedbatelný vliv měřicího zařízení na objekt, – možnost měřit rychlé změny teploty, – možnost měřit rotující a pohybující se objekty, – možnost snímat rozložení teplot na celém povrchu objektu (termokamera) – měří se pouze teplota povrchu objektu, – chyby způsobené nejistotou stanovení emisivity objektu, – chyby způsobené propustností prostředí (absorpce tepelného záření v prostředí mezi objektem a IČ teploměrem – sklo, CO2, vodní pára, dým), – chyby způsobené odraženým zářením z okolí  Tab. 2. Přednosti a omezení ultrazvukových hladinoměrů Přednosti Omezení a nevýhody – absence pohyblivých součástí, – bezkontaktní spojité měření, – možnost instalovat z vnější strany nádrže bez porušení těsnosti, – nezávislost na elektrické vodivosti a dielektrických vlastnostech, – kompaktní provedení snímačů, – rozlišovací schopnost až 1 mm, přesnost měření řádu desetin % měřicího rozsahu – ovlivnění signálu v přítomnosti těžkých par a prachu, – rušivé působení turbulentního povrchu hladiny a přítomnosti pěny, – ve vakuu se zvuk nešíří a ultrazvukové hladinoměry není možné využívat již při tlacích menších než 60 kPa  Tab. 3. Přednosti a omezení bezdotykových radarových hladinoměrů Přednosti Omezení a nevýhody – pracují bez pohyblivých mechanických součástí, – vysoká přesnost (±1 mm) a spolehlivost, – i pro velmi náročné provozní podmínky (vysoká teplota, tlak, agresivní prostředí), – vhodné i pro měření velmi viskózních a lepivých médií, pro pasty a kaly, pro zkapalněné plyny i těkavé a agresivní kapaliny – nevhodné pro kapaliny s nízkou permitivitou, – poměrně vysoká cena zařízení  Tab. 4. Přednosti a omezení radioizotopových hladinoměrů Přednosti Omezení a nevýhody – bezkontaktní měření (montáž vně nádrže), – nezávislost na teplotě a na tlaku, – nezávislost na změnách chemického složení média, – minimální poruchovost i ve ztížených podmínkách, – uplatnění v náročných provozních podmínkách, při kterých jiné metody nevyhovují, – měření látek silně agresivních, viskózních, při extrémních teplotách a tlacích i ve vakuu, v prostředí s nebezpečím výbuchu, při vysoké prašnosti i při vibracích nádoby – nutnost chránit obsluhu před účinky radioaktivního ozáření, – povinnost zajistit pravidelnou kontrolu ve smyslu příslušných zákonných předpisů  Tab. 5. Přednosti a omezení ultrazvukových průtokoměrů Přednosti Omezení a nevýhody – široký rozsah měřených průtoků, – vhodné i pro velké průměry potrubí, – žádné překážky v toku, – žádné pohyblivé části, – nevykazuje tlakové ztráty, – rychlá odezva, – možnost měřit znečištěná média, – možnost instalovat snímač vně potrubí (vlastnosti snímače nejsou ovlivňovány proudící tekutinou), – možnost měřit v obou směrech – s Dopplerovým jevem jen pro zakalená a znečištěná média, – s měřením doby průchodu jen pro relativně čisté tekutiny, – nejistota měření závisí na profilu proudění, – změny teploty a hustoty ovlivňují ultrazvukový signál, – tekutina musí být akusticky transparentní, – potrubí musí být zaplněné, – turbulence, víření a pulzace průtoku mohou ovlivnit ultrazvukový signál, – přímé potrubí 10 až 20D před měřidlem a 5D za ním, – vyšší cena  ab. 6. Přednosti a omezení laserového senzoru rychlosti proudění Přednosti Omezení a nevýhody – jedno- nebo vícebodové měření pod hladinou kapaliny, – bez nutnosti manuálně profilovat rychlost, – obousměrné měření rychlosti – měřené médium by mělo obsahovat rozptýlené pevné částice nebo bubliny plynu  Tab. 7. Přednosti a omezení indukčních průtokoměrů s kapacitními elektrodami Přednosti Omezení a nevýhody – žádné překážky v toku média, dokonalá těsnost měřicí trubice, – nevykazuje tlakové ztráty, – velmi dobrá odolnost proti erozi, – nezávislost na změnách viskozity, hustoty, tlaku a turbulencích, – velmi dobrá dlouhodobá stabilita a přesnost, – možnost měřit v obou směrech, – vhodný pro úlohy s velkými požadavky na hygienu v potravinářství nebo ve farmacii, – vhodné i k měření agresivních médií, znečištěných kapalin a kalů, – značný rozsah měření průtoku pro velké rozpětí průměrů, – na rozdíl od snímačů s klasickými elektrodami nevyžadují zcela zaplněné potrubí, – nevznikají problémy s usazováním nečistot na elektrodách a vytváření nevodivých povlaků nebo vodivých povlaků na trubce měřidla – pouze pro elektricky vodivé kapaliny, – doporučuje se přímé potrubí 5D před měřidlem a 3D za ním, – doporučuje se správné uzemnění snímače, – vyšší cena  

Nová řešení pro nové trhy a průmyslová odvětví

Ve světě roste potřeba automatizace v podstatě v každém odvětví, elektronický průmysl nevyjímaje. V případě výroby elektroniky jde o potřebu zvýšit úroveň automatizace z důvodu rostoucího počtu nových produktů, stále rychlejšího tempa vývoje výrobků a krátkých životních cyklů, což v součtu vyžaduje velkou flexibilitu výroby. Zajistit ji mohou nová řešení „šitá na míru“. Podle zprávy IFR (International Federation of Robotics) bylo v roce 2014 na každých 10 000 pracovníků v automobilovém průmyslu v Německu 1 100 robotů, zatímco v obecném průmyslu (general industry) to bylo jen 147 robotů. V roce 2013 se prodalo 9 373 průmyslových robotů v elektronickém průmyslu (který je součástí obecného průmyslu). Pro srovnání: automobilový průmysl objednal ve stejném období téměř 60 000 robotů. Zpráva také dokumentuje velké regionální rozdíly. V Číně je např. poměr v obecném průmyslu jedenáct robotů na každých 10 000 pracovníků. Obr. 1. Robotizace má při výrobě elektroniky velký potenciál Čísla jasně ukazují nevyužitý poten­ciál pro moderní a na budoucnost orientovanou automatizaci v elektronickém průmyslu. Toto odvětví se stále chová jako dřímající obr. Nicméně prognózy uvádějí, že se tento stav v krátkodobém až střednědobém výhledu změní. Například společnost Morgan Stanley předpokládá v Číně roční nárůst ve využívání robotů o více než 10 %. V důsledku rostoucích mezd v téměř každé zemi a zvyšujících se požadavků na kvalitu jsou automatizace výroby a efektivní vy­užití robotů nevyhnutelné i v elektronickém průmyslu. Moderní automatizace řeší specifické problémy výroby elektroniky. V minulosti byly řady výrobků stejné po celá léta. V současnosti jsou typy produktů modifikovány již po několika měsících. Životní cykly výrobků jsou stále kratší a kratší. Co je žádané dnes, nemusí být moderní zítra. Toto rychle se měnící prostředí vyžaduje mimořádně vysoký stupeň flexibility. Výrobci musí pokrývat rozšiřující se škálu typů produktů a účinně kompenzovat výkyvy ve velikosti výrobních šarží. Automatizace výroby jen pro určitý typ výrobku by byla nerentabilní. Vzhledem k této velké flexibilitě a modularitě se očekává takové řešení automatizace výroby, které dovolí využívat výrobní systémy jednoduše a individuálně pro různé úkoly: např. montáž, testování a kontrolu, manipulaci s materiálem a obsluhu strojů, a umožní zkrátit neproduktivní doby a rychle reagovat na změny ve výrobních sekvencích. Flexibilita – základní požadavek elektronického průmyslu Společnost KUKA si klade za cíl nabídnout v každém odvětví robotizaci a automatizaci „na míru“. V elektronickém průmyslu je využití takových systémů nevyhnutelné. Základním faktorem při rozhodování, zda automatizovat, je návratnost investice, protože vynaložené prostředky se musí vrátit během několika let či měsíců. Roboty KUKA mohou být v provozu po dobu delší než dva nebo tři roky, nicméně koncepce výroby elektroniky je následující: existuje jen málo dlouhodobých investic, ideální jsou investice do konkrétních snadno modifikovatelných projektů. Obr. 2. Robot KR 3 Agilus splňuje zvláštní požadavky výroby v odvětví 3C – počítače, komunikační technika a spotřební elektronika S ohledem na to společnost KUKA vyvinula nejnovější člen řady malých robotů KR Agilus (obr. 1): KR 3 Agilus. Nejrychlejší šestiosý robot ve své třídě zvládá plnit úkoly nejen v elektronickém průmyslu, ale i mimo něj (např. manipulace, testy komponent, balení atd.), ale také splňuje zvláštní požadavky pro odvětví 3C (počítače, komunikace a spotřební elektronika). Jeho dosah 540 mm umožňuje automatizaci v buňkách s rozměry 600 × 600 mm. Kromě manipulace s malými díly a úloh pick and place je vhodný i pro montážní operace. Existuje mnoho dalších oblastí použití tohoto robotu – např. u spojovacích procesů, jako jsou pájení a lepení, ale také šroubování. Automatizace může decentralizovat globální produkci V současné době se pracovní zátěž v globálně působícím elektronickém průmyslu dělí následovně: výzkum a vývoj jsou stále realizovány v Evropě a ve Spojených státech, výroba v Asii. Elektronika vyrobená v USA, Japonsku a Německu je poměrně drahá, proto se vyrábí převážně v Číně. Mnoho renomovaných značek zde má subdodavatele pro jednotlivé výrobní kroky, nebo dokonce pro celý výrobní proces, např. v oblasti 3C. Díky automatizaci výroby je nyní možné nadále efektivně vyrábět i v Číně, a to navzdory rostoucím mzdám. Avšak část operací ve výrobním procesu může být vrácena zpět do Evropy a USA. Roboty nyní umožňují realizovat velmi flexibilní, inteligentní a nákladově efektivní řešení a tím roste jejich užitečnost pro lokální řešení automatizace. V souladu s decentralizací produkce jednotlivých výrobců se tak může zrodit spousta různých atraktivních nápadů a může být vyvinuto velké množství zajímavých obchodních modelů. V budoucnu takovýto postup umožní nové a decentralizové výrobní koncepty a závody na výrobu elektroniky mimo Asii. Čína však stále zůstane i v budoucnosti hlavní výrobní základnou elektronického průmyslu.  (KUKA Roboter CEE GmbH)  

IMU neboli integrované měření utilit

Dobré hospodaření s energiemi přináší úspory a kromě toho firmám umožňuje naplnit zákonnou povinnost spojenou s normou ČSN EN ISO 50001 Systémy managementu hospodaření s energií – Požadavky s návodem k použití. Odpovědí na potřeby energetického managementu budov je služba Integrované měření utilit, kterou poskytuje společnost Pražská energetika (PRE).  Úvod PRE poskytuje zákazníkovi veškerou součinnost při řešení jeho energetických potřeb a problémů. Spolu s partnerem, společností ZPA Smart Energy, přináší spojení dlouholetých zkušeností z oblastí energetiky a měření elektrické energie, elektroniky, elektrotechniky a řídicích systémů v podobě služby IMU – Integrovaného měření utilit. Tento produkt řeší otázku hospodárného nakládání s různými formami energie. Mezi cílové skupiny využívající IMU patří nejen firemní zákazníci různých velikostí a zaměření, ale také obce, města a orgány státní správy či školy. Své uplatnění služba najde i v logistických či obchodních parcích a na všech místech, kde je třeba mít spotřebu energie pod kontrolou nebo s informacemi o energetickém chování dál pracovat.  Jak služba IMU funguje? V rámci služby IMU techničtí pracovníci PRE zákazníkovi pomohou specifikovat jednotlivé potřeby, zmapovat prostředí daného odběrného místa a vytvořit návrh infrastruktury potřebné pro splnění všech požadavků (obr. 1). Při realizaci zajistí dodávku potřebných komponent a zprovozní a oživí celou infrastrukturu. Díky IMU následně budou zákazníci moci sbírat data o spotřebě jednotlivých utilit – elektřiny, vody, plynu, tepla i chladu, evidovat je a prezentovat. Služba zákazníkům nabídne také provozní informace, jako jsou např. aktuální hodnoty tlaku, teploty, vlhkosti či provozních motohodin. Obr. 1. Architektura služby IMU  Systém IMU odečítá hodnoty snímačů a měřidel v automatizovaném režimu v intervalech stanovených zákazníkem. Odečtená data jsou zobrazena v různých režimech náhledu, které jsou zákazníkovi přístupné odkudkoliv ve webovém prostředí. Data jsou zabezpečena v souladu se standardy PRE a normy ČSN ISO/IEC 27001 (Informační technologie – Bezpečnostní techniky – Systémy mana­gementu bezpečnosti informací – Požadavky). Ochranu dat zvyšují také různé úrovně uživatelských oprávnění. Náhled na data tak může být v jiném provedení pro provozního energetika a v jiném pro management společnosti. Prezentace dat si zákazník zvolí v textové či grafické podobě, vše podle přání (viz ukázka na obr. 2). Výstupní sestavy je možné upravovat a data rovnou importovat do zákaznických systémů k dalšímu zpracování. Obr. 2. Profil patnáctiminutové spotřeby na elektroměru x/5 na odběrném místě s viditelným navýšením spotřeby ve večerních hodinách  IMU zákazníkům pomůže odhalit možnosti úspor a zvýšení efektivity hospodaření s energiemi (obr. 3). Navíc poskytuje prostředky ke splnění požadavků vyplývajících z normy ČSN EN ISO 50001 podle zákona o hospodaření s energií (zákon 103/2015 Sb., kterým se mění zákon č. 406/2000 Sb., o hospodaření energií, ve znění pozdějších předpisů, a zákon č. 634/2004 Sb., o správních poplatcích, ve znění pozdějších předpisů), jenž ukládá snižovat náklady a emise skleníkových plynů prostřednictvím systémového přístupu k managementu energií. Obr. 3. Porovnání čtyř odběrných míst ve dvou po sobě jdoucích měsících, zobrazeno po týdnech  Závěr Služba IMU se snaží reagovat na podněty zákazníků společnosti PRE a implementuje další nové funkce vhodné např. pro analýzu spotřeby nebo energetické audity. Více informací zájemci najdou na adrese www.premereni.cz/imu, nebo na telefonu 733 143 143.   (PREměření, a. s)     

Společnost Omron představila nové průmyslové mobilní roboty

Společnost Omron představila svou první produktovou řadu průmyslových mobilních robotů – LD Platform. Mobilní roboty LD jsou efektivní a cenově výhodný prostředek pro manipulaci se zbožím v rozlehlých výrobních provozech. Jedinečné mobilní roboty této řady jsou navrženy tak, aby nepřetržitě a spolehlivě přepravovaly materiál, a rovněž se umí samy navigovat i ve velmi dynamicky se měnícím prostředí.  Mobilní robotické platformy LD (obr. 1), ideální pro manipulaci se zbožím ve skladištích, distribučních centrech a výrobních závodech, zvládnou přepravu kusů o hmotnosti až 130 kg. V porovnání s tradičními automaticky naváděnými vozidly se mobilní roboty Omron umí samy navigovat v přirozeném prostředí podniku. Nejsou nutné žádné cenově a časově náročné úpravy infrastruktury, nejsou třeba podlahové magnety, naváděcí pásy nebo laserové závory, které se vyskytují u klasických automaticky naváděných vozidel. Body doručení lze u mobilních robotů LD snadno měnit a dosáhnout tím flexibilního rozvržení závodu. Mobilní roboty LD od firmy Omron tak doplňují tradiční automatizaci, např. dopravníkové pásy, a umožňují dosáhnout podstatně větší flexibility. Mobilní roboty LD jsou opatřeny systémem samočinné navigace, který spolehlivě pracuje i v prostředích, kde se nepřetržitě pohybují lidé, palety, vozíky či vysokozdvižné vozíky a jsou stále vyprazdňovány a přemisťovány regály. Platforma robotu je vybavena senzory a vestavěným řídicím systémem, které jí dovolují vyhnout se překážkám a zvolit si nejlepší cestu. To také umožňuje bezpečný provoz mezi lidmi, popř. i spolupráci s nimi. Z robotů lze vytvářet skupiny (až sto robotů na jednu skupinu), které jsou centrálně řízeny softwarem Enterprise Manager 1100, jenž spolupracuje se systémy pro správu závodu nebo skladu (např. MES nebo WMS). Součástí nové řady je LD Cart Transporter (obr. 2), autonomní tahač vozíků. Cart Transporter obsahuje zařízení pro automatické zapojení vozíku a dokáže přizpůsobit svou příjezdovou cestu tak, aby se vozík automaticky připojil k tahači. Díky tomu je Cart Transporter ideálním řešením pro doplňování zásob u výrobních a montážních linek nebo pro vyřizování objednávek e-shopů v distribučních centrech. Další informace: https://industrial.omron.cz/cs/products/mobile-robot. [Tisková zpráva Omron Electronics spol. s r. o. Leden 2017.] (Bk) Slovníček Platforma LD: základní část mobilního robotu. Skládá se z podvozku s koly, pohonů, nosných prvků pro upevnění nástavby, baterie, laserových a ultrazvukových snímačů, gyroskopu a řídicího systému LD Core, který obsahuje veškerý software potřebný k navigaci a konektory pro připojení signálů i napájení nástavby. Nástavba: cokoliv, co je neseno platformou. Může to být krabice nebo paleta, zařízení pro automatické připojení transportního vozíku (u zařízení LD Cart Transporter) nebo robotické rameno určené k manipulaci s transportovaným materiálem. Nástavba často zahrnuje také operátorský panel. Transportní vozík: mechanický čtyřkolový vozík (cart) určený k přepravě krabic a palet s materiálem. LD Core: průmyslový počítač vestavěný do platformy LD. Běží na něm software ARAM (Advanced Robotics Automation Management), který zpracovává údaje ze všech snímačů platformy, SetNetGo, který komunikuje s aplikací řídící celou flotilu robotů (Enterprise Manager), a MARC (Mobile Adept Robot Controller), který zpracovává údaje z gyroskopu a snímačů polohy v pohonech, komunikuje se systémem ARAM, určuje polohu robotu a řídí pohony, včetně bezpečnostního zastavení před překážkou. Autonomní inteligentní vozidlo: (AIV – Autonomous Intelligent Vehicle); v tomto případě platforma s nástavbou, tedy kompletní mobilní robot, který může přemisťovat materiál, polotovary, zboží apod. Enterprise Manager 1100: software, který řídí provoz celé flotily (až stovky) mobilních robotů. Obr. 1. Platforma mobilního robotu LD od firmy Omron Obr. 2. LD Cart Transporter, autonomní tahač manipulačních vozíků  

Nejrychlejší značení na světě pomocí JET3up RAPID

Vysoký stupeň automatizace má za následek zvýšenou produktivitu výroby. Avšak značicí systémy někdy nedokážou s touto rychlostí držet krok a celý proces zpomalují. Proto firma Leonardo technology uvedla na trh tiskárnu Leibinger JET3up RAPID (obr. 1). Je to jediná průmyslová inkoustová vysokorychlostní tiskárna na světě pracující na hranici fyzických možností: rychlost značení je až 1 000 m/min (60 km/h). To je víc, než kdybyste jeli v obci autem a tiskli přitom na obrubník souvislý text. Značení mimořádnou rychlostí 1 000 m/min Tato mimořádná rychlost je důležitá především při značení kabelů, hadiček, trubek apod. Tisk je přitom jasně čitelný na různých površích materiálů (obr. 2). JET3up RAPID dokáže zvýšit efektivitu produkce o až 40 % ve srovnání s jinými vysokorychlostními inkoustovými tiskárnami dostupnými na světovém trhu a zvýšit tak zisky výrobním společnostem – o to přece jde.        Proč je tisk s JET3up RAPID na hranici fyzických možností Tisk s JET3up RAPID je na hranici fyzických možností jak v oblasti mechaniky tekutin, tak v oblasti elektroniky. Musí se vypořádat s vlivem elektrostatického pole i turbulencí vzduchu. Nabíjecí matrice pro kapičky inkoustu totiž nejenže generuje napětí odpovídající poloze kapičky, ale za pomoci vysokorychlostní kamery snímající průlet kapičky vzduchem toto napětí ještě i dolaďuje. Kompenzuje totiž turbulence vznikající průletem kapičky vzduchem, které ovlivňují pohyb kapičky letící za ní. Je to, jako když jede cyklista z kopce za druhým cyklistou: vzhledem k menšímu odporu vzduchu ve vzduchovém úplavu jej dojíždí, až jej předjede. Proto se kompenzuje let kapiček správným načasováním a nabíjením. JET3up RAPID pracuje na limitu ne technických možností, ale fyzických vlastností omezujících maximální rychlost tisku, proto je tak výjimečná a světově jedinečná. Zájemci se o tom mohou přesvědčit na vlastní oči. Tiskárna bude značit na veletrhu Amper 2017 ve stánku firmy Leonardo technology č. 7.12 v hale V. Kontakt na firmu je v inzerátu na str. 1. (Leonardo technology s. r. o.)www.LT.cz Obr. 1. Vysokorychlostní inkoustová tiskárna Leibinger JET3up RAPID Obr. 2. Ukázky značení tiskárnou Leibinger JET3up RAPID 

Mico Pro – maximálně modulární kontrola proudu

Mico Pro je nový systém od společnosti Murrelektronik pro sledování elektrického proudu. Modulární konstrukce umožňuje přizpůsobit systémy přesně konkrétním požadavkům, což poskytuje příznivý poměr nákladů a užitných funkcí při maximální úspoře prostoru k instalaci. Patentované vypínací chování zajišťuje co největší možnou disponibilitu stroje. Další výhodou je integrovaná distribuce potenciálů, která výrazně omezuje požadavky na instalaci v rozváděči.  Napájecí systémy jsou jádrem strojů a zařízení. Zajišťují potřebnou energii, a proto nesmí být snadno ochromeny přetížením nebo zkratem – jinak hrozí zastavení strojů, výpadky výroby a vysoké náklady. Spolehlivost systémů elektrického napájení musí být vždy maximální. Mico Pro od společnosti Murrelektronik (obr. 1 Modulární systém Mico Pro pro sledování proudu v napájecích obvodech) zvyšuje spolehlivosti napájení. Inteligentní systém monitorování proudu důsledně sleduje všechny zátěžové a řídicí proudy a včas rozpozná kritické momenty. Mico Pro signalizuje mezní zátěže a cíleně vypíná chybové kanály, aby se zabránilo úplnému výpadku a zajistila se vysoká disponibilita stroje. Jeho vypínací chování je patentované a řídí se zásadou: „co nejpozději, jak je to možné, co nejdříve, když je to zapotřebí“. Mico Pro také rozpoznává přechodné chyby; např. když k přerušení vedení ve vlečném řetězu dochází pouze v určitých úhlech dráhy. Rozeznává kapacitní spotřebiče a spouští je kontrolovaně. Modulární konstrukce s úsporou prostoru Mico Pro je modulární systém pro provozní napětí 12 nebo 24 V DC. Z mnoha jeho modulů lze pro každý případ vybrat vhodné komponenty a zkompletovat je bez nářadí spolu s napájecím modulem do uceleného systému. Vybírat je přitom možné mezi moduly s jedním, dvěma nebo čtyřmi výstupními kanály. Jejich šířka je pouhých 8, 12 nebo 24 mm, a proto výrazně spoří místo. Jestliže uživatel použije např. systém s osmi kanály, je zapotřebí až o 65 % méně místa než při použití běžných jističů. Se zvětšujícím se počtem kanálů poměrná úspora místa dále roste. U fixních modulů jsou vypínací proudy (2, 4, 6, 8, 10 a 16 A) pevně nastavené, takže jde o řešení odolné proti nedovolené manipulaci. U flexibilních modulů lze nastavit vypínací proud stisknutím tlačítka od 1 do 10 A, popř. od 11 do 20 A. To je výhodné např. pro výrobce strojů a zařízení s přídavnými rozšířeními; současně se tak zmenšuje počet potřebných variant. Pro každou úlohu lze Mico Pro nakonfigurovat přesně na míru, systém je neustále flexibilní. Je-li třeba vyměnit jen jeden modul, např. protože po úpravě stroje je zapotřebí jiný proud, lze výměnu provést rychle a bez nástrojů. Díky tomu se dosahuje příznivého poměru nákladů a užitných vlastností.  Výrazné zjednodušení elektroinstalace v rozváděči Mico Pro má integrovanou distribuci potenciálů pro +24 V (popř. +12 V) a 0 V, čímž se výrazně zjednodušuje instalace kabelů v rozváděči. Na každém kanálu jsou možnosti připojení pro +24 a 0 V. Externí svorky 0 V tím mají „odslouženo“, protože nulový potenciál je možné připojit přímo přes Mico Pro. To zjednodušuje instalaci, výrazně omezuje počet kabelových propojení, šetří prostor v rozváděči a v konečném důsledku snižuje náklady. S rozšiřujícím potenciálovým modulem lze na každý kanál Mico připojit až dvakrát dvanáct potenciálů. Praktická manipulace Inovovaný systém můstků, kterým se jednotlivé komponenty propojí do jednoho celku, je charakteristický snadnou instalací. Dvě lišty se běžnými „štípačkami“ zkrátí přesně na správnou délku, jedním pohybem se zepředu zasunou do připravených úchytů (obr. 2 Systém Mico Pro v rozváděči https://www.youtube.com/watch?v=ay3kW69iPxo ) – a systém dimenzovaný na celkový proud až 40 A je hotov. Diagnostické a řídicí signály se připojí pomocí pružinových kontaktů po straně modulu. Jednotlivé vodiče lze připojit bez použití nástrojů, neboť všechny vstupy a výstupy systému jsou vybaveny pružinovými svorkami push-in. Montáž tak trvá jen krátce a v běžícím provozu není nutná odstávka na údržbu. Přední strana modulů Mico Pro není nikdy zakryta kabely nebo vodiči; operátor tak vždy vidí popisky a stavové LED. Diagnostika na místě nebo prostřednictvím řídicí jednotky Diagnostické funkce jsou v Mico Pro velmi důležité. Každý kanál je vybaven LED pro zobrazení stavu na přístroji a dále je možné předávat diagnostické signály do řídicí jednotky. Napájecí modul Mico Pro poskytuje hromadnou diagnostiku pro celý systém, nastavitelné flexibilní moduly navíc dodávají diagnostické signály k jednotlivým kanálům. Pro stavové LED platí: dokud je vše v pořádku, svítí zeleně. Dostane-li se hodnota na 90 % nastaveného vypínacího proudu, signalizuje LED blikáním v zelené barvě dosažení mezní oblasti. Taková situace může nastat, připojí-li se další spotřebiče nebo vzroste-li spotřeba energie již připojených spotřebičů, např. v důsledku opotřebení. Při uvádění do provozu může toto včasné varování pomoci okamžitě identifikovat nesprávně dimenzované proudové obvody. Mico Pro v takovém případě vyšle navíc diagnostický signál. Je-li překročen vypínací proud, Mico Pro vypne obratem a cíleně postižený kanál. LED bude blikat červeně a bude vyslán diagnostický signál. Operátor může kanál znovu aktivovat buď stisknutím tlačítka na místě, nebo signálem z řídicí jednotky. Pro účely údržby lze kanály vypnout také ručně. LED potom trvale svítí červeně a možnost dálkového zapnutí je během této doby deaktivována. Integrovaná spínací funkce Spínací funkce umožňuje cíleně pro konkrétní kanál prostřednictvím signálu z řídicí jednotky (PLC) u flexibilních modulů zapínat a vypínat části zařízení. Je možné realizovat jak vysoké spínací frekvence (až 10 Hz), tak i dlouhé doby spínání; např. pro vypnutí určitých úseků stroje během neprodukční doby. LED příslušného kanálu v průběhu této doby svítí oranžově. Mico Pro lze instalovat kaskádovitě, tzn. že na jeden kanál Mico s vypínacím proudem více než 10 A lze připojit další stanici Mico Pro. Je-li na jejích kanálech vypínací proud výhradně do 10 A, je zajištěna plná selektivita a nadále jsou vypínány pouze kanály postižené zkratem nebo přetížením. Zejména pro úlohy s decentralizovanou koncepcí rozváděče jde o významnou výhodu, která snižuje poměrné náklady na instalaci – už jen z toho důvodu, že není zapotřebí žádný dodatečný napájecí zdroj.  (Murrelektronik CZ spol. s r. o.)www.murrelektronik.cz Přehled výhod systému Mico Pro: -         sledování proudu v kanálech až do 20 A v modulárním systému – to je inovace v modulárních systémech pro sledování proudu, -         optimální možnosti značení pro přehledný rozváděč, -         integrovaný měřící bod pro pohodlné měření, -         napěťově nezávislá paměť závad: ideální pro hledání závad po obnovení napájení, -         zapínací kapacity až 30 mF na kanál, a to i při plném zatížení, -         provoz i s napájecími zdroji 5 A – dosud byly nutné zdroje 10 A, -         minimální vnitřní odpor, téměř žádný ztrátový výkon, -         nezávislost na teplotě, -         časově zpožděné zapnutí jednotlivých kanálů u vícekanálových modulů pro omezení proudových špiček.