Problem pomiaru wilgotności względnej przy temperaturze powietrza do +200 °C
Coraz częściej nasi doradcy techniczni spotykają się z problematyką kontroli wilgotności względnej przy wysokiej temperaturze powietrza, nawet do +200 °C. Są to aplikacje związane z procesami suszenia, wypalania (przemysł ceramiczny, cegielniany), również z kontrolą warunków klimatycznych w komorach klimatycznych. W tego typu aplikacjach nie można wykorzystać standardowych rozwiązań stosowanych w systemach HVAC. Należy sięgnąć po przemysłowe urządzenia, które dostępne są w ofercie tylko wybranych firm, specjalizujących się w problematyce pomiaru wilgotności. AP Automatyka dysponuje takimi rozwiązaniami, czyli urządzeniami automatyki (w tym sondami pomiarowymi), które mierzą wilgotność względną powietrza przy temperaturze nawet +200 °C.
Jaką sondę wilgotności i temperatury wybrać?
Przemysłowe sondy pomiarowe firmy Rotronic oparte są o sensor wilgotności nowej generacji – Hygromer HT-1. Czujnik ten, dzięki zaawansowanej konstrukcji, pozwala mierzyć wilgotność w zakresie 0…100 %RH przy temperaturze -100…+200 °C. Należy zaznaczyć, że sonda może pracować przez cały czas przy temperaturze do +190 °C. Praca w temperaturze +200 °C jest możliwa, ale łączny czas nie powinien przekroczyć 100 godzin (według dokumentacji producenta). Warto dodać, że sonda przemysłowa mierzy jednocześnie temperaturę powietrza dzięki wbudowanemu czujnikowi PT100. Ze względu na temperaturę pracy sondę przemysłową dzieli się na dwie części. Część pierwsza to głowica pomiarowa oraz zintegrowany z nią przewód o długości 2 lub 5 m (zależy od wersji sondy). Ta część może pracować przy temperaturze -100…+200 °C (z uwzględnieniem 100 godzin dla temperatury +200 °C). Część druga, elektronika sondy, ukryta w złączu na końcu wspomnianego przewodu, może pracować w temperaturze -50…+100 °C (uwaga: temperatura pracy dla tej części powyżej +40 °C może mieć wpływ na dokładność pomiarów). Rzeczowe złącze umożliwia połączenie sondy z urządzeniem nadrzędnym, czyli miernikiem, przetwornikiem, wskaźnikiem, rejestratorem. Zazwyczaj te urządzenia współpracujące mogą pracować w temperaturze do +60 °C (rzadziej +85 °C), więc ograniczenie temperatury pracy elektroniki sondy nie ma znaczenia w układzie automatyki.
Rysunek 1. Budowa sondy przemysłowej (1 – część pomiarowa (głowica pomiarowa) / 2 – złącze z elektroniką / 3 – przewód sondy o długości 2 lub 5 m).
Jakie sondy przemysłowe wilgotności i temperatury są dostępne?
AP Automatyka proponuje kilka sond przemysłowych wilgotności względnej i temperatury. Sondy różnią się wyłącznie kształtem obudowy, wymiarami i/lub materiałem, z jakiego są wykonane. Wszystkie sondy łączy ten sam element pomiarowy (czyli te same parametry pomiarów. Dostępne warianty pozwalają na wybór odpowiedniego rozwiązania do każdej aplikacji.
Typ pierwszy to standardowa sonda przemysłowa, określana jako sonda przewodowa. Tego typu sonda wilgotności jest wybierana najczęściej ze względu na korzystną relację ceny do parametrów. Obudowa wykonana jest z tworzywa PPS, a głowica pomiarowa zakończona nośnikiem filtra ze stali nierdzewnej. Sonda dostępna jest w trzech wariantach wykonania, co przedstawia rysunek poniżej.
| Symbol | Średnica | Długość (C) | Długość z nośnikiem filtra (L) | Długość elektroniki (D) | Długość przewodu |
| HC2A-IC102 | Ø 15 mm | 100 mm | 144 mm | 111 mm | ~2 m |
| HC2A-IC105 | Ø 15 mm | 100 mm | 144 mm | 111 mm | ~5 m |
| HC2A-IC302 | Ø 15 mm | 250 mm | 294 mm | 111 mm | ~2 m |
Rysunek 2. Wymiary dostępnych przewodowych sond wilgotności HC2A-IC.
Zestawienie sond przewodowych wilgotności i temperatury:
Drugi typ sond wilgotności to również sondy przewodowe, ale wykonane ze stali nierdzewnej 1.4301. Z tego materiału wykonana jest głowica pomiarowa oraz złącze z elektroniką. Ta sonda przemysłowa dostępna jest również w trzech wariantach wykonania, co przedstawia kolejny rysunek.
| Symbol | Średnica | Długość (C) | Długość z nośnikiem filtra (L) | Długość elektroniki (D) | Długość przewodu |
| HC2A-IM102-M | Ø 15 mm | 86 mm | 130 mm | 97 mm | ~2 m |
| HC2A-IM302-M | Ø 15 mm | 236 mm | 280 mm | 97 mm | ~2 m |
| HC2A-IM305-M | Ø 15 mm | 236 mm | 280 mm | 97 mm | ~5 m |
Rysunek 3. Wymiary dostępnych sond wilgotności ze stali nierdzewnej HC2A-IM.
Zestawienie sond przewodowych ze stali nierdzewnej:
Kolejna sonda to sonda gwintowana, dedykowana do instalacji w kanałach, komorach, zbiornikach, w których może panować podwyższone ciśnienie, nawet do 100 bar (1450 PSI). Tego typu sonda wykonana jest również ze stali nierdzewnej 1.4301 (dot. głowicy pomiarowej i złącza z elektroniką). Głowica pomiarowa zakończona jest gwintem (G ½” lub NPT ½”), co ułatwia instalację sondy. W ofercie dostępne są dwa warianty tych sond.
| Symbol | Gwint | Długość (C) | Długość z nośnikiem filtra (L) | Długość elektroniki (D) | Długość przewodu |
| HC2A-IE02-G | 1/2″ G | 104 mm | 148 mm | 97 mm | ~2 m |
| HC2A-IE02-NPT | 1/2″ NPT | 104 mm | 148 mm | 97 mm | ~2 m |
Rysunek 4. Wymiary dostępnych sond gwintowanych HC2A-IE.
Kompletny opis sond:
Ostatnią grupę przemysłowych sond wilgotności stanowią sondy z „rękojeścią”, które stosowane są często w połączeniu z miernikiem do chwilowej kontroli parametrów powietrza w komorach klimatycznych lub kanałach. Wynika to z budowy sondy i wspomnianej rękojeści, która sprawia, że Użytkownikowi lepiej ją się trzyma w ręce podczas pomiaru. Sondy tego typu znajdują również zastosowanie przy ciągłym monitoringu wilgotności i temperatury w komorach klimatycznych, kanałach, gdzie wymagana jest dłuższa sonda niż 250 mm. Sondy te są bowiem dostępne o długości 428 mm lub 728 mm. Sonda z tej serii wykonana jest z tego samego tworzywa (PPS), co pozostałe sondy przemysłowe z rodziny HC2A-IC… Producent oferuje dwa typy tych sond wilgotności.
| Symbol | Średnica | Długość (C) | Długość z nośnikiem filtra (L) | Długość elektroniki | Długość przewodu |
| HC2A-IC402-A | Ø 15 / 25 mm | 384 mm | 428 mm | 111 mm | ~2 m |
| HC2A-IC702-A | Ø 15 / 25 mm | 684 mm | 728 mm | 111 mm | ~2 m |
Rysunek 5. Wymiary dostępnych sond przewodowych z rękojeścią HC2A-ICxxx-A.
Szerszy opis sond, w tym parametry techniczne, można znaleźć w opisie produktów.
Jaką dokładność pomiarów zapewniają sondy przemysłowe wilgotności?
Każda sonda pomiarowa wilgotności i temperatury oparta jest o układ AirChip3000 firmy Rotronic, który zapewnia doskonałe parametry pomiarowe, w tym ekstremalnie wysoką dokładność pomiarów, powtarzalność oraz stabilność długoterminową. Producent dla tych sond określa dokładność na poziomie ±0,8 %RH ±0,1 K przy temperaturze 10…30 °C i wilgotności 0…100 %RH. Szczegółowe informacje dotyczące dokładności są przedstawione w formie wykresów.
Rysunek 6. Dokładność sond przemysłowych (oznaczenia: HC2A-IC…, HC2A-IM…, HC2A-IE…).
Jakie akcesoria są dostępne do tych sond?
Każda sonda przemysłowa dostarczana jest ze standardowym nośnikiem filtra o oznaczeniu producenta SPA-SS. Nośnik filtra stanowi podstawowe zabezpieczenie sensora wilgotności i temperatury sondy. Pozwala również na założenie wybranych filtrów, zamawianych oddzielnie. Typ filtra dobiera się w zależności od wymogów aplikacji. Firma Rotronic oferuje kilka typów filtrów do sond z serii HC2A – zestawienie:
| SPA-PCB 1 | SPA-SS-WM 2 | SPA-PCB-PE 3 | SPA-PCB-PTFE 4 | SPA-SSS 5 | |
| Filtr |  |
 |
 |
 |
 |
| Materiał | PC / 1.4301 | 1.4401 | Polietylen | PTFE | 1.4404 |
| Rozmiar porów | – | 10 μm | 40-50 μm | 10 μm | 25 μm |
| Zakres temperatur | -50…100 °C | -100…200 °C | -50…100 °C | -80…200 °C | -100…200 °C |
| Czas odpowiedzi (%RH) 6 | 12 s | 12 s | 15 s | 18 s | 15 s |
| Czas odpowiedzi (°C) 7 | 80 s | 180 s | 180 s | 170 s | – |
| Czas odpowiedzi (°C) 8 | 120 s | 190 s | 210 s | 210 s | 200 s |
| Wodoodporność (do 50 mm) | Nie | Nie | Tak | Tak | Nie |
| Maks. prędkość powietrza | 5 m/s | 50 m/s | 50 m/s | 50 m/s | 70 m/s |
| Ochrona przed pyłem | Nie | Nie | >10 μm | Tak | Nie |
| Ogólne informacje | Szybki czas odpowiedzi | Szeroki zakres temperatur, szybki czas odpowiedzi, szybkoschnąca, wytrzymałe mechanicznie | Standardowy filtr | Wysoka odporność chemiczna i przeciwpyłowa, szeroki zakres temperatur | Odporność na wysokie prędkości powietrza, ochrona mechaniczna |
| Zastosowanie | Dezynfekcja, mierniki ręczne, H2O2 | Meteo, rolnictwo, komory klimatyczne, magazyny | HVAC, pomieszczenia biurowe, laboratoria | Pomieszczenia medyczne, komory wtryskowe, gastronomia | HVAC, zastosowania przemysłowe |
Tabela 2. Zestawienie dostępnych nośników, filtrów oraz nośników z filtrami dla sond HC2A.
Należy zaznaczyć, że nośnik z filtrem ze spieku stali (typ SPA-SSS) jest wkręcany w miejsce nośnika SPA-SS, który dostarczany jest w komplecie z sondą. Właśnie wspomniany filtr SPA-SSS jest najczęściej wybierany do sond przemysłowych. Drugim typem filtra, po który sięga się najczęściej, jest filtr siateczkowy SPA-WM. Ten typ filtra wymaga zastosowania nośnika SPA-SS (filtr SPA-WM jest bowiem wkładany do środka nośnika).
W wybranych aplikacjach może okazać się konieczne zastosowanie przewodu przedłużającego. Tego typu przewody są również dostępne w ofercie, ale mogą one pracować w temperaturze -40…+90 °C. Dostępne są przewody o długości 1, 2 lub 5 m (do wyboru).
Rysunek 7. Przewody przedłużające do sond.
Każdy przewód składa się z trzech elementów: wtyczki od strony sondy (wykonana z poliwęglanu), wtyczki od strony urządzenia nadrzędnego (wykonana z poliwęglanu) i przewodu o określonej długości (materiał osłony = PUR). Wtyczka od strony sondy ma długość 111 mm (zaznaczono na rysunku). Dostępna jest również specjalna wersja przewodu, gdzie obie wtyczki wykonane są ze stali nierdzewnej 1.4301. Tego typu przewód może pracować w temperaturze -50…100 °C i dostępny jest tylko w wersji 2 m.
Opis przewodów można znaleźć na stronie produktu.
Z jakimi urządzeniami może współpracować sonda?
Przemysłowe sondy wilgotności i temperatury posiadają interfejs cyfrowy, który pozwala łączyć je z wybranym urządzeniem nadrzędnym, miernikiem ręcznym, wskaźnikiem, przetwornikiem wilgotności i temperatury, rejestratorem, kompletnym systemem pomiarowym. Typ urządzenia współpracującego zależy od wymogów aplikacji.
Jeśli konieczna jest chwilowa kontrola parametrów powietrza, należy sięgnąć po miernik ręczny. Dostępne mierniki, oprócz funkcji wyświetlania wilgotności, temperatury, punktu rosy, innych parametrów liczonych, posiadają wbudowaną pamięć, do której mogą być rejestrowane dane pomiarowe.
Zestawienie mierników (do produktów):
Każdy miernik posiada interfejs USB, który umożliwia (przy użyciu programu serwisowego) zmienić ustawienia urządzenia (w tym interwał zapisu danych) oraz zgrać dane pomiarowe zapisane w pamięci urządzenia. Mierniki są stosowane w różnych aplikacjach przemysłowych, również w systemach HVAC, gdzie konieczna jest chwilowa kontrola parametrów powietrza o podwyższonej temperaturze. Dzięki sondom przemysłowym, które można połączyć z miernikiem, istnieje możliwość pomiaru wilgotności względnej przy temperaturze w zakresie -100…+200 °C.
Sondy przemysłowe można również podłączyć ze wskaźnikami lub przetwornikami. Przetwornik połączony z sondą to idealne rozwiązanie do ciągłego pomiaru wilgotności i temperatury w układach sterowania procesami suszenia, wypalania. Podstawową zaletą takiego zestawu pomiarowego wilgotności to możliwość wyboru odpowiedniego wyjścia (interfejsu) pasującego do układu automatyki.
Przetwornik może posiadać wyjście analogowe, napięciowe lub prądowe, proporcjonalne do zmierzonej wilgotności, temperatury i na przykład liczonego punktu rosy. Przetwornik może być również wyposażony w interfejs cyfrowy USB, interfejs radiowy lub przemysłowy interfejs sieciowy RS-485 (Modbus RTU) oraz Ethernet (Modbus TCP). Wybrane przetworniki wilgotności dostępne są w wersji z wyświetlaczem, na którym może być wyświetlana aktualna wartość wilgotności względnej i temperatury. To rozwiązanie pozwala na szybki podgląd aktualnych warunków klimatycznych w instalacji, komorze klimatycznej, w maszynie.
W wybranych aplikacjach, przede wszystkim w przypadku konieczności monitoringu wilgotności w komorach klimatycznych, konieczna jest rejestracja zmierzonych wartości. Do tego zadania można wykorzystać sondy przemysłowe podłączone z rejestratorami, które zapewniają zapis danych z określonym przez Użytkownika interwałem. Dane pomiarowe zapisywane są w nieulotnej pamięci urządzenia i możliwe do zgrania w dowolnej chwili przy użyciu programatora USB i programu na PC. Zgrane dane zapisywane są na dysku komputera do plików, które można otworzyć np. za pomocą MS Excel.
Wybrane rejestratory posiadają interfejs radiowy, który pozwala w trybie ciągłym na bezprzewodowe przesyłanie aktualnych danych do urządzenia zbiorczego (odbiornika). Z jednym odbiornikiem można powiązać aż szesnaście rejestratorów wilgotności i temperatury, opartych o przemysłowe sondy wilgotności. Odbiornik może zapisywać dane pomiarowe na karcie pamięci (karta SD), może wyświetlać zmierzone wartości na wyświetlaczu LCD, może przesyłać dane do układu nadrzędnego przy użyciu interfejsu sieciowego RS-485 (Modbus RTU) lub Ethernet (Modbus TCP). Wszystkie funkcje zależą od wybranego odbiornika.
Czy można regulować sondy w przyszłości?
Każda nowa sonda wilgotności i temperatury dostarczana jest w komplecie z fabrycznym świadectwem wzorcowania Rotronic. Dokument obejmuje numer seryjny sondy oraz informacje, w jakich punktach sonda została wyregulowana i sprawdzona. Nową sondę zawsze możemy dostarczyć ze świadectwem wzorcowania w laboratorium akredytowanym (świadectwo ze znakiem PCA). Jest to usługa odpłatna. Zakłada się, że certyfikaty wzorcowania dla przyrządów mierzących wilgotność względną są ważne przez jeden rok. Z tego powodu zaleca się, by sonda wilgotności i temperatury przynajmniej raz w roku została wyregulowana i wywzorcowana. Nasze laboratorium świadczy również tego typu usługi. Powyższy opis dotyczy również przemysłowych sond wilgotności i temperatury, które można adiustować w wielu punktach (standardowe punkty regulacji to 10, 35, 80 %RH przy temperaturze 23 °C). Wzorcowanie może odbywać się w różnych punktach, określanych przez Użytkownika (w zależności od wymogów aplikacji i od warunków, w jakich sonda pracuje).
Jakie są podstawowe zalety sond przemysłowych?
Do podstawowych zalet przemysłowych sond wilgotności należy wymienić:
- Jednoczesny pomiar wilgotności względnej i temperatury.
- Szeroki zakres pomiarowy przy temperaturze -100…+200 °C.
- Ekstremalnie wysoka dokładność pomiarów.
- Doskonała powtarzalność i stabilność długoterminowa.
- Zaawansowana konstrukcja czujnika.
- Interfejs cyfrowy do komunikacji z urządzeniem nadrzędnym (przekłada się na szybkość wymiany w przyszłości, bez konieczności regulacji całego toru pomiarowego).
- Możliwość regulacji i wzorcowania sondy w przyszłości (w serwisie w Polsce).
- Szeroki wybór filtrów dobieranych w zależności od potrzeb aplikacji.
- Sondy kompatybilne z miernikami, przetwornikami, rejestratorami, systemami monitoringu (typ urządzenia nadrzędnego zależy od wymogów Użytkownika).
Dodatkowe materiały dotyczące opisywanych sond do pobrania z naszej strony:
Dokumentacja – dat_HC2A-ICXXX_Rotronic_en
