Aktuální vydání

celé číslo

12

2022

Automatizace výrobních, montážních a balicích strojů a linek

Elektrické, pneumatické a hydraulické pohony

celé číslo

Měřidla tlaku pro potravinářství

V potravinářském průmyslu se často vyskytuje požadavek, aby se v měřidle tlaku neusazoval produkt, jehož tlak se měří, a aby měřicí místo bylo čistitelné stejným postupem, jakým se pročišťuje celé výrobní zařízení. Obvyklým požadavkem je tzv. sanitace přístrojů (CIP – Cleaning In Place), která spočívá v proplachování systému zředěnou kyselinou dusičnou a následně zředěným hydroxidem sodným, a to obvykle při teplotě blížící se 100 °C; jiným rozšířeným způsobem je sterilizace horkou párou. Pro to, aby tyto požadavky byly splněny, se používají senzorické systémy s tzv. oddělovací membránou. V této souvislosti se hovoří také o membránových přenašečích tlaku (chemical seal, druckmittler).
 

Princip membránového oddělovače a jeho funkce

Membránový oddělovací člen je buď koncipován jako samostatná jednotka, která je doplňkem běžného snímače tlaku či manometru, anebo tvoří nerozebíratelný celek s příslušným měřicím přístrojem, jak je patrné např. z obr. 1 a obr. 2.
 
Vnější strana oddělovací membrány je ve styku s médiem, jehož tlak je měřen. Tlak působí přes membránu na pracovní kapalinu, která vyplňuje prostor za membránou a přenáší tlak dále do měřicího ústrojí tlakoměru (obr. 2). Oddělovací membrána musí být navržena tak, aby její tuhost nezkreslovala měřený tlak nad rámec přípustných chyb, a to v celém pracovním rozsahu. Membrány se zhotovují z různých materiálů; v potravinářství se používají membrány z tenké fólie z korozivzdorné oceli.
 

Velikost membrány

Oddělovací membrána musí být dostatečně velká a poddajná, aby její průhyb odpovídal pracovnímu zdvihu měřicího členu v měřidle tlaku a aby kompenzoval změnu objemu kapaliny v důsledku měnící se teploty. Pracovní zdvih, resp. pracovní objem měřicího členu, bývá u různých druhů měřidel velmi rozdílný: u deformačních manometrů s Bourdonovým perem je poměrně velký (až několik desetin milimetru), zatímco u piezorezistivních čidel je téměř nulový. Z toho vyplývá, že při volbě velikosti membrány je třeba přihlížet k tomu, na jakém principu dané měřidlo (manometr nebo snímač tlaku) pracuje.
 
K volbě většího průměru membrány vedou tyto faktory:
  • nízká úroveň měřeného přetlaku, resp. malá tlaková diference, a měření v oblasti vakua,
  • vyšší požadovaná přesnost měření,
  • vyšší teplota měřeného média,
  • vyšší teplota okolí,
  • dlouhé spojení mezi oddělovačem a tlakoměrem,
  • požadavek na menší tlumení.

Zaplnění oddělovačů pracovní kapalinou

Jako pracovní kapaliny se používají silikonové oleje, dále speciální syntetické oleje, které jsou schváleny jako přísada do potravin, mandlový olej, popř. halokarbonový olej pro zařízení pracující s kyslíkem a chlorem. Vnitřní prostory měřicího systému, které jsou zaplněny pracovní kapalinou, musí být před zaplněním dokonale odplyněny, a proto se zaplňují ve vakuu; stejně důležité je i odplynění pracovní kapaliny. Z tohoto důvodu se systém musí kompletovat a zaplňovat na vakuovém pracovišti. Zvláště vysoké požadavky na správné zaplnění ve vakuu jsou kladeny na měřicí systémy určené do oblasti podtlaku.
 

Používané montážní systémy (procesní připojení)

Potravinářské šroubení podle normy DIN 11851 (obr. 3) je nejrozšířenějším druhem „sanitovatelných“ připojení. Je určeno pro tlaky do 4 MPa. Pro připojení snímačů a manometrů se nejvíce používají jmenovité velikosti DN 25, 32, 40 a 50 s činným průměrem oddělovací membrány od 25 do 48 mm. Měřidlo tlaku je vybaveno kuželovým hrdlem s převlečnou maticí, zatímco protikus (závitové hrdlo) je přivařen na potrubí či nádobu. Opačná kombinace je méně obvyklá a bývá i dražší. Dalšími standardy potravinářského šroubení jsou SMS, APV/RJT a IDF.
 
Velmi obvyklým připojením je také Clamp, resp. Tri-Clamp. Sestava se skládá ze dvou protikusů shodného tvaru, které se spojují upínacím třmenem. Tvar a rozměry mohou být podle různých norem: DIN 32 676 a ISO 2852, které obě udávají jmenovitou velikost v metrických mírách (DN20, DN25 atd.), a potom ASME BPE a BS 4825, u nichž je jmenovitá velikost v angloamerických jednotkách (DN 1", 1 1/2" atd.). Provedení podle uvedených norem jsou navzájem kompatibilní; u citovaných norem DIN a ISO nejsou shodné světlosti přípojných potrubí.
 
Pro úplnost uveďme další druhy sanitovatelných připojení a jejich charakteristické rozměry (v mm):
  • NEUMO BioControl® – řada velikostí (jmenovitá velikost/průměr membrány): 25/22, 50/40, 65/59, 80/72,
  • DIN 11864 – oddělovače s převlečnou maticí, s přírubou nebo se spínacím třmenem; velikosti od DN25 do DN100, resp. od 1" do 4",
  • NEUMO BioConnect® v provedení s přírubou nebo s převlečnou maticí; řada velikostí od DN25 do DN100,
  • Varivent® – dvě velikosti: 50 (F) a 68 (N) (obr. 4).
Kromě uvedených existuje mnoho dalších podobně koncipovaných připojení, která umožňují zaručené pročištění při proplachovaní; označují se standardy APV, DRD, TS, APC, CB atd.
 

Přírubové připojení

V úlohách, kde musí být membránový oddělovač s větší membránou, jako je tomu při měření hladiny hydrostatickou metodou a zejména při měření diference tlaků, se používají přírubové spoje různého provedení. Kromě již uvedených sanitovatelných přírub zde nacházejí uplatnění i standardní ploché příruby podle EN 1092-1 (ČSN 13 1160, DIN 2501); nejčastěji se používají velikosti DN50 a DN80.
 

Tlakoměry pro homogenizéry

Zcela specifický způsob připojení se používá v homogenizérech (obr. 5). Toto spojení je určeno pro tlaky do několika desítek megapascalů. Charakteristickým prvkem je válcový dřík s nákružkem pro těsnění a masivní hranol s otvory pro dvojici upevňovacích šroubů. Používá se několik standardů, které jsou tvarově i rozměrově podobné, a jejich společným znakem je oddělovací membrána o průměru pouhých 23 až 25 mm.
 

Závěr

Jedním z významných výrobců sanitovatelných snímačů tlaku a membránových oddělovačů nejrůznějších provedení je firma BHV senzory, s. r. o.
Ing. Jan Vaculík, BHV Senzory s. r. o.
 
Obr. 1. Převodník tlaku PM111 s procesním připojením Clamp DN40
Obr. 2. Schéma membránového oddělovače s piezorezistivním čidlem tlaku (PM111)
Obr. 3. Jednoduchý převodník tlaku s potravinářským šroubením DIN 11851 DN40
Obr. 4. Procesní připojení Varivent umožňuje vestavět oddělovač s velkou membránou do potrubí menšího průměru
Obr. 5. Membránový oddělovač pro homogenizéry s deformačním manometrem DN63