Det tekniske hjørne 8 – Indlæg om tekniske produkter

Artiklen er leveret af Fagerberg

Variabel-areal flowmåling har været anvendt i industrien i mere end 100 år. Trods udviklingen af avancerede elektroniske måleteknologier spiller dette mekaniske måleprincip fortsat en vigtig rolle. Især ved måling af mindre flowmængder i industrielle procesanlæg er teknologien stadig relevant.

Flowmåling er en central del af mange industrielle processer. Præcis overvågning af væsker og gasser er afgørende for både processtyring, kvalitet og driftssikkerhed.

En af de mest gennemprøvede metoder er variabel-areal flowmåling, også kendt som VA-flowmåling. Måleprincippet anvendes blandt andet i rotametre, hvor en bevægelig flyder angiver flowmængden.

Teknologien har gennemgået en betydelig udvikling. Fra simple glasrørsinstrumenter til moderne målere med elektronisk signaloverførsel og avancerede diagnostiske funktioner.

Historien bag variabel-areal flowmåling

De første beskrivelser af variabel-areal flowmåling kan spores tilbage til en patentspecifikation fra 1868.

I begyndelsen af 1900-tallet blev teknologien videreudviklet til industrielle anvendelser. Særligt metalindustrien havde behov for pålidelige instrumenter til overvågning af gas- og væskestrømme.

De tidlige flowmålere bestod typisk af et lodret, konisk glasrør med en frit bevægelig flyder.

Når mediet strømmede gennem røret, blev flyderen løftet til en position, som afhang af flowmængden. En skala på glasset gjorde det muligt at aflæse værdien direkte.

Denne enkle konstruktion havde flere væsentlige fordele. Instrumenterne var kompakte, krævede ingen ekstern strømforsyning og var forholdsvis nemme at installere.

Senere blev målerør af metal introduceret. Det gjorde teknologien anvendelig ved højere tryk og temperaturer samt i mere krævende industrielle miljøer.

Hvordan fungerer et rotameter?

Et rotameter arbejder efter princippet om variabelt gennemstrømningsareal.

Instrumentet består normalt af et konisk målerør og en flyder, der kan bevæge sig frit inde i røret.

Ved traditionelle lodrette rotametre strømmer mediet opad gennem målerøret.

Flowet påvirker flyderen med en opadrettet kraft. Flyderen bevæger sig, indtil kræfterne er i balance med dens effektive vægt.

Jo større flowmængden er, desto højere placerer flyderen sig i røret.

Samtidig øges det frie gennemstrømningsareal mellem flyderen og rørvæggen.

Flyderens position kan derfor omsættes til en flowværdi ved hjælp af en kalibreret skala.

Målingen afhænger blandt andet af mediets densitet, viskositet og instrumentets konstruktion.

Derfor er det vigtigt, at rotameteret dimensioneres og kalibreres til de aktuelle procesforhold.

Fra mekanisk aflæsning til elektronisk signaloverførsel

Den oprindelige VA-teknologi var udelukkende mekanisk. Operatøren aflæste flowmængden direkte på instrumentet.

Med udviklingen af industrielle styresystemer opstod behovet for fjernovervågning og automatisk registrering.

I midten af 1900-tallet blev elektroniske signalomformere derfor introduceret til denne type flowmålere.

Det gjorde det muligt at overføre måleværdier til centrale kontrolsystemer.

Samtidig blev magnetisk kobling en vigtig teknologi i forbindelse med metalrørsflowmålere.

Her kan flyderens position overføres til en ekstern indikator uden direkte mekanisk gennemføring gennem målerørets trykbærende væg.

Moderne VA-flowmålere kan i udvalgte udførelser integreres med industrielle kommunikationssystemer.

Det gælder eksempelvis HART, PROFIBUS PA og FOUNDATION Fieldbus.

Dermed kan et traditionelt mekanisk måleprincip indgå i automatiserede procesanlæg med digital overvågning.

Fordele ved variabel-areal flowmåling

Selvom der findes mange forskellige teknologier til flowmåling, har VA-princippet bevaret sin relevans.

En væsentlig fordel er den forholdsvis enkle konstruktion.

Mange rotametre kan fungere uden ekstern strømforsyning, hvilket gør dem velegnede til lokal procesovervågning.

Desuden kræver traditionelle VA-flowmålere normalt ikke lange lige rørstrækninger før og efter instrumentet.

Det giver fleksibilitet ved installation i kompakte anlæg.

Teknologien er også velegnet til relativt små flowmængder, hvor andre måleprincipper kan være mindre økonomisk attraktive.

En anden fordel er muligheden for at kombinere måling og manuel regulering.

Ved at integrere en reguleringsventil kan operatøren både aflæse og justere flowet på samme installation.

Det er eksempelvis nyttigt i prøvetagningssystemer, laboratorieinstallationer og industrielle gasforsyninger.

Sammenligning med moderne flowmålingsteknologier

Udviklingen inden for procesinstrumentering har introduceret en række alternative måleprincipper.

Magnetisk-induktive flowmålere anvendes blandt andet til elektrisk ledende væsker.

Ultralydsflowmålere benytter lydbølger til at bestemme flowhastigheden.

Coriolis-flowmålere kan måle masseflow direkte og tilbyder ofte høj målenøjagtighed.

Disse teknologier har forskellige styrker og begrænsninger.

Mange elektroniske flowmålere giver adgang til omfattende diagnostik og digital kommunikation.

Til gengæld kan de være mere komplekse og kræve ekstern strømforsyning.

VA-flowmålere er fortsat interessante, når enkelhed, kompakt konstruktion og lave installationsomkostninger prioriteres.

Valget af måleteknologi afhænger derfor af den konkrete proces og kravene til målingen.

Moderne VA-flowmålere til krævende industrielle miljøer

Variabel-areal flowmåling er ikke længere begrænset til simple glasrørsinstrumenter.

Moderne metalrørsflowmålere kan konstrueres til meget høje procestryk og ekstreme temperaturer.

Specialudførelser kan eksempelvis anvendes ved temperaturer fra omkring -200 °C til +400 °C.

Visse højtryksmodeller er desuden udviklet til procestryk på over 1.000 bar.

Disse specifikationer gælder dog kun særligt konstruerede instrumenter og ikke VA-flowmålere generelt.

Teknologien anvendes blandt andet til overvågning af tætningsgas, procesgasser og forskellige industrielle væsker.

Der findes også udførelser til hygiejniske processer og eksplosionsfarlige områder.

Materialevalg, tætninger og instrumentkonstruktion skal altid tilpasses det aktuelle medie og driftsmiljø.

Intelligent diagnostik øger driftssikkerheden

En interessant udvikling er integrationen af intelligente diagnostiske funktioner.

Traditionelle mekaniske rotametre giver primært information om den aktuelle flowmængde.

Elektronisk udstyrede VA-flowmålere kan derimod i nogle tilfælde overvåge flyderens bevægelsesmønster.

Ved hjælp af signalbehandling og software kan instrumentet registrere uregelmæssigheder i målingen.

Det kan eksempelvis være tegn på, at flyderen sidder fast på grund af urenheder eller aflejringer.

Andre funktioner kan identificere pulsationer, som opstår ved bestemte pumpetyper eller varierende gastryk.

Diagnostikken kan også afsløre visse monteringsfejl eller manglende komponenter efter vedligeholdelse.

Disse muligheder bidrager til en mere systematisk overvågning af instrumentets funktion.

I nogle systemer kan statusmeddelelser klassificeres efter NAMUR NE 107.

Denne anbefaling beskriver standardiserede statuskategorier for diagnostiske informationer fra procesinstrumenter.

Dermed bliver det lettere for driftspersonalet at identificere problemer og planlægge nødvendige indgreb.

Typiske industrielle anvendelsesområder

Variabel-areal flowmålere anvendes i mange forskellige brancher.

Inden for procesindustrien bruges de blandt andet til overvågning af mindre væske- og gasstrømme.

I vandbehandling kan de indgå i doseringsanlæg og systemer til kemikalietilførsel.

I laboratorier anvendes rotametre til regulering og kontrol af gasflow.

Teknologien findes også i køle- og varmeanlæg, procesanalyseudstyr og forskellige forsyningssystemer.

Et andet anvendelsesområde er overvågning af tætningsgas til roterende maskiner.

Her er et stabilt gasflow vigtigt for at beskytte tætningssystemer og understøtte pålidelig drift.

Hvad skal man være opmærksom på ved valg af flowmåler?

Ved valg af en VA-flowmåler bør flere tekniske forhold vurderes.

Det gælder først og fremmest det ønskede måleområde og mediets egenskaber.

Densitet, viskositet, temperatur og tryk kan have betydning for måleresultatet.

Derudover skal der tages højde for materialernes kemiske bestandighed og instrumentets trykklasse.

Den nødvendige målenøjagtighed spiller også en væsentlig rolle.

Traditionelle rotametre er ofte bedst egnede til procesovervågning og regulering, hvor ekstrem målepræcision ikke er det primære krav.

Installationsretningen er ligeledes vigtig.

De fleste traditionelle rotametre er beregnet til lodret montage med opadgående flow.

Der findes dog specialudførelser til andre installationsretninger.

Endelig bør det vurderes, om instrumentet skal kunne levere elektriske signaler eller integreres i et automatiseret styresystem.

En gennemprøvet teknologi med fortsat relevans

Variabel-areal flowmåling illustrerer, hvordan et enkelt mekanisk princip kan bevare sin værdi gennem teknologisk udvikling.

Selvom avancerede elektroniske målesystemer har udvidet mulighederne inden for industriel flowmåling, er der fortsat behov for enkle instrumenter.

Særligt ved mindre flowmængder og lokale måleopgaver kan rotametre være en praktisk og økonomisk løsning.

Samtidig betyder udviklingen inden for elektronik og diagnostik, at VA-teknologien kan indgå i moderne automatiserede procesanlæg.

Kombinationen af mekanisk enkelhed, fleksible installationsmuligheder og moderne signalbehandling gør derfor variabel-areal flowmåling til en fortsat relevant teknologi inden for industriel procesinstrumentering.

Kilde og faglig inspiration: Fagerberg A/S – Variabel-areal flowmåling gennem tiden.

Artiklen er leveret af Buhl & Bønsøe

Termiske kameraer anvendes i stigende grad inden for industri, byggeri, vedligeholdelse og teknisk inspektion. Teknologien gør det muligt at visualisere temperaturforskelle og identificere forhold, som ikke umiddelbart kan ses med det blotte øje.

Termografering kan blandt andet bruges til at opdage varmetab i bygninger, kontrollere elektriske installationer og undersøge mekaniske komponenter. Metoden kan dermed bidrage til energibesparelser, forebyggende vedligeholdelse og øget driftssikkerhed.

Men hvordan fungerer et termisk kamera egentlig, og hvilke tekniske forhold har betydning for måleresultaterne?

Hvad er et termisk kamera?

Et termisk kamera, også kaldet et termografikamera eller varmekamera, er et elektronisk måleinstrument, der registrerer infrarød stråling fra omgivelserne.

Alle genstande med en temperatur over det absolutte nulpunkt udsender infrarød stråling. Mængden og fordelingen af denne stråling afhænger blandt andet af genstandens temperatur og overfladens egenskaber.

Et termisk kamera registrerer strålingen og omsætter signalerne til et termografisk billede. Her vises temperaturforskelle typisk ved hjælp af forskellige farver eller gråtoner.

Det gør det muligt at identificere områder med afvigende temperaturer uden direkte kontakt med det undersøgte objekt.

Termografering er derfor en effektiv metode til at undersøge installationer, bygninger og tekniske komponenter, hvor temperaturforskelle kan indikere fejl eller uhensigtsmæssige driftsforhold.

Hvor anvendes termiske kameraer?

Termiske kameraer benyttes inden for en lang række områder, hvor temperaturmålinger og visualisering af varmefordeling kan give værdifuld information.

Industriel inspektion og vedligeholdelse

Inden for industrien anvendes termiske kameraer til kontrol af maskiner, produktionsudstyr og tekniske installationer.

Ved at identificere unormale temperaturstigninger kan termografering hjælpe med at opdage potentielle fejl, inden de udvikler sig til større driftsproblemer.

Det gælder eksempelvis overophedede elektriske forbindelser, motorer, lejer og andre mekaniske komponenter.

Sikkerhed og redningsarbejde

Termiske kameraer anvendes også af redningsmandskab til at lokalisere personer i mørke eller under vanskelige sigtforhold.

Teknologien kan eksempelvis være nyttig ved eftersøgninger og i røgfyldte områder, hvor almindelige kameraer har begrænsede muligheder.

Bygningsinspektion og energioptimering

Ved undersøgelse af bygninger kan termografering bruges til at identificere temperaturforskelle, der kan skyldes mangelfuld isolering, kuldebroer eller utætheder.

Resultaterne kan danne grundlag for yderligere undersøgelser og energiforbedringer.

Termiske kameraer kan dermed være et nyttigt værktøj ved både nybyggeri, renovering og energioptimering.

Observation af dyr og natur

Biologer, forskere og naturinteresserede anvender termiske kameraer til observation af dyr, særligt under dårlige lysforhold.

Teknologien gør det muligt at registrere varmeudstråling fra dyr uden nødvendigvis at benytte synligt lys.

Landbrug og fødevareproduktion

Inden for landbruget kan termografering blandt andet anvendes til overvågning af dyr, undersøgelse af afgrøder og kontrol af tekniske installationer.

Temperaturforskelle kan i visse tilfælde indikere forhold, der kræver nærmere undersøgelse.

Termografering – emission, transmission og refleksion

For at forstå, hvordan et termisk kamera fungerer, er det nødvendigt at kende nogle grundlæggende fysiske principper.

Den infrarøde stråling, som kameraet registrerer, kan bestå af tre forskellige bidrag: emission, transmission og refleksion.

Disse forhold har betydning for, hvordan kameraet fortolker strålingen og beregner temperaturen på det undersøgte objekt.

Transmission – når infrarød stråling passerer gennem materialer

Transmission beskriver et materiales evne til at lade infrarød stråling passere igennem sig.

Visse tynde plastmaterialer kan eksempelvis være delvist gennemsigtige for infrarød stråling inden for bestemte bølgelængdeområder.

Hvis et sådant materiale placeres foran en væg, kan kameraet derfor registrere stråling fra væggen gennem plastmaterialet.

Det betyder, at den målte temperatur ikke nødvendigvis svarer til plastmaterialets egen overfladetemperatur.

Mange almindelige byggematerialer og industrielle materialer er dog stort set uigennemsigtige for den infrarøde stråling, som traditionelle termografikameraer registrerer.

I disse tilfælde er transmissionen meget lille og kan ofte betragtes som ubetydelig.

Emission – materialets egen varmeudstråling

Emission beskriver et materiales evne til at udsende infrarød stråling.

Denne egenskab udtrykkes ved materialets emissionsgrad, også kaldet emissivitet.

Emissionsgraden afhænger blandt andet af materialetype, overfladestruktur, temperatur og bølgelængde.

En ideel sort stråler har en emissionsgrad på 1,0, svarende til 100 procent.

I praksis har almindelige materialer en lavere emissionsgrad. Beton kan eksempelvis have en emissionsgrad omkring 0,93, afhængigt af overfladens egenskaber.

En emissionsgrad på 0,93 betyder, at materialet udsender 93 procent af den stråling, som en ideel sort stråler ville udsende ved samme temperatur.

For uigennemsigtige materialer vil den resterende del af den registrerede stråling typisk være påvirket af refleksioner fra omgivelserne.

Refleksion – påvirkning fra omgivelserne

Refleksion opstår, når infrarød stråling fra omgivelserne bliver reflekteret af den overflade, som kameraet undersøger.

Det betyder, at kameraet ikke nødvendigvis kun registrerer objektets egen varmeudstråling.

Særligt blanke metaloverflader kan give betydelige refleksioner og dermed føre til misvisende temperaturmålinger.

For at opnå mere præcise resultater giver mange termografikameraer mulighed for at indstille både emissionsgrad og reflekteret tilsyneladende temperatur.

Disse indstillinger hjælper kameraet med at kompensere for overfladens egenskaber og påvirkningen fra omgivelserne.

Et praktisk tip ved termografering: Hvis et varmt eller koldt område mistænkes for at være en refleksion, kan kameraets betragtningsvinkel ændres.

Hvis området flytter sig eller ændrer udseende, når vinklen ændres, kan det være tegn på en refleksion frem for en reel temperaturforskel på objektets overflade.

Vigtige begreber ved valg af termisk kamera

Når der skal vælges et termisk kamera, er der flere tekniske specifikationer, som har betydning for anvendelsesmulighederne.

Det gælder blandt andet kameraets opløsning, termiske følsomhed, synsfelt og evne til at måle temperaturen på små objekter.

Display og billedvisning

Det termiske billede dannes ved, at kameraets detektor omsætter infrarød stråling til elektriske signaler.

Disse signaler behandles elektronisk og præsenteres som et billede på kameraets display.

Et stort og tydeligt display gør det lettere at analysere temperaturfordelingen og identificere mindre detaljer.

Et display på eksempelvis 3,5 tommer kan være en fordel ved mange inspektionsopgaver. Den nødvendige størrelse afhænger dog af arbejdsforholdene og kameraets øvrige funktioner.

Detektoropløsning – antallet af målepunkter

Et termografikameras detektoropløsning angiver, hvor mange individuelle målepunkter kameraet registrerer.

En opløsning på 160 × 120 pixels svarer eksempelvis til 19.200 målepunkter.

Jo højere opløsningen er, desto flere detaljer kan kameraet som udgangspunkt registrere.

Det har særlig betydning ved inspektion af små komponenter eller objekter, der befinder sig på større afstand.

Den nødvendige opløsning afhænger derfor af den konkrete opgave.

Termisk følsomhed – NETD

Et termisk kameras termiske følsomhed angives ofte ved betegnelsen NETD, som står for Noise Equivalent Temperature Difference.

NETD beskriver kameraets evne til at skelne mellem meget små temperaturforskelle.

Værdien angives typisk i millikelvin (mK).

Et kamera med en NETD på 100 mK har eksempelvis en termisk følsomhed svarende til 0,1 °C under de angivne målebetingelser.

Jo lavere NETD-værdi, desto mindre temperaturforskelle kan kameraet normalt skelne.

Det er vigtigt at være opmærksom på, at termisk følsomhed ikke er det samme som temperaturmålingens nøjagtighed.

Field of View – kameraets synsfelt

Field of View, forkortet FOV, beskriver det område, som kameraet kan registrere gennem sin optik.

Synsfeltet afhænger blandt andet af kameraets linse.

Et bredt synsfelt gør det muligt at undersøge større områder på kort afstand.

Det kan eksempelvis være en fordel ved indendørs bygningsinspektion, hvor pladsforholdene begrænser afstanden til det undersøgte objekt.

Et synsfelt på over 30 grader kan være hensigtsmæssigt til denne type opgaver.

Et smallere synsfelt kan omvendt være en fordel ved inspektion af mindre objekter på større afstand.

Mindste genkendelige objekt

Kameraets opløsning og optik har betydning for, hvor små detaljer der kan identificeres i det termiske billede.

En enkelt detektorpixel registrerer infrarød stråling fra et bestemt område af objektet.

Størrelsen af dette område afhænger blandt andet af afstanden mellem kameraet og objektet.

Jo længere væk objektet befinder sig, desto større område vil den enkelte pixel normalt dække.

Det har betydning for kameraets evne til at skelne små detaljer.

Mindste målbare objekt

Der er forskel på at kunne se et objekt i det termiske billede og at kunne måle dets temperatur præcist.

Det mindste målbare objekt beskriver den mindste størrelse, hvor kameraet kan foretage en tilstrækkeligt pålidelig temperaturmåling.

Et objekt skal normalt dække flere pixels for at opnå en sikker temperaturmåling.

Hvis objektet er for lille i forhold til kameraets opløsning og måleafstand, kan stråling fra omgivelserne påvirke måleresultatet.

Derfor bør både kameraets opløsning, optik og den forventede arbejdsafstand indgå i vurderingen ved valg af termografikamera.

Termografering som værktøj til teknisk inspektion

Termiske kameraer giver mulighed for hurtigt og kontaktløst at undersøge temperaturfordelingen på bygninger, installationer og industrielle komponenter.

Teknologien kan bidrage til at identificere potentielle fejl, reducere energitab og understøtte forebyggende vedligeholdelse.

Det er dog vigtigt at forstå, at et termisk kamera registrerer infrarød stråling og beregner temperaturer på baggrund af de registrerede signaler.

Materialernes emissionsgrad, refleksioner, måleafstand og omgivelsernes påvirkning har derfor betydning for resultatet.

Med den rette forståelse af disse forhold kan termografering være et værdifuldt redskab til både fejlfinding, kvalitetskontrol og optimering af tekniske installationer.

Artiklen er leveret af Insatech

TOC og ledningsevne er vigtige parametre til at sikre renhed i pharmaceutiske processer og vandsystemer. I denne artikel får du introduktion til de grundlæggende principper bag TOC, hvordan det måles og hvorfor teknologien er vigtig for kvalitet og compliance.

Hvad er TOC, og hvordan måler du det?

Total Organic Carbon (TOC) og ledningsevne er vigtige værktøjer til at få indsigter i kemiske urenheder i pharmaceutiske vandsystemer og procesudstyr. Ved at måle TOC får du et samlet overblik over kvaliteten af din proces' vand og udstyr, hvilket sikrer, at du konsekvent kan levere sikre og højkvalitets lægemidler. Mange TOC-teknologier fungerer ved at oxidere organiske molekyler med UV-lys eller kemisk oxidation og måle det resulterende CO₂.

Når du vælger teknologi, er det afgørende, at løsningen er egnet til formålet og opfylder både brugernes behov og regulatoriske krav til nøjagtighed, præcision, specificitet og validering.

Med Sievers™ membran-konduktometrisk detektionsteknologi får du en præcis måling af carbon (kulstof) uden risiko for interferens fra andre forbindelser. Instrumentet kan skelne mellem uorganisk kulstof i prøven og det CO₂, der genereres ved oxidation af organiske molekyler.

Hvorfor er TOC (og ledningsevne) vigtig? 

TOC- og ledningsevne understøtter en bedre forståelse af processen og sikrer dermed optimeret kontrol og højere produktkvalitet. Disse data kan bruges i mange applikationer til at øge effektiviteten og reducere ressourceforbruget gennem automatisering. Når teknologien er både præcis og pålidelig, bliver TOC derfor et stærkt værktøj for din proces.

Er TOC-analyse relevant for alle forbindelser, API’er og rengøringsmidler? 

TOC-analyse kan anvendes til validering og verifikation af rengøring for mange forbindelser, herunder API’er, hjælpestoffer, nedbrydningsprodukter og rengøringsmidler. Grundige recovery-studier under metodeudvikling og validering bekræfter, om TOC er den rette løsning til netop din proces. 
 
Vandopløselige forbindelser kan analyseres uden nævneværdige metodejusteringer. For forbindelser, der er mindre vandopløselige, kan små tilpasninger – som justering af pH, omrøring eller temperatur – gøre analysen mulig. Med Sievers TOC-analysatorer, standarder og vores ekspertise kan du trygt udvikle en metode, der fungerer i praksis.

Best practice til TOC- og ledningsevneanalyse

• Kombiner TOC, uorganisk kulstof og ledningsevne for et komplet billede af renhed i rengøringsvalidering. 
• I stedet for kun at måle én API giver TOC- og ledningsevne et samlet overblik over dine API’er, nedbrydningsprodukter, hjælpestoffer og rengøringsmidler. 
• Uddan og træn dine prøveudtagere grundigt for at minimere variation i prøvetagning – især ved anvendelse af swabs. 
• Vælg standarder af høj kvalitet for at sikre præcise målinger. 
• Fastlæg og valider optimale flowhastigheder for en stabil og pålidelig metode. Ved rengøringsvalidering, hvor TOC-niveauer typisk er højere, er det vigtigt at finde den rette mængde kemisk oxidation. 
• Følg ICH Q2 (R1) ved metodevalidering og USP <1058> for kvalificering af instrumenter for maksimal sikkerhed i både metodologi og dokumentation.
• Læs original artiklen her