Přesnost za ztížených podmínek

V uzavřených prostorách panují zvláštní podmínky.

Struktura senzoru HUMICAP od Vaisala.

Matthias Lorenzen, manažer rozvoje obchodu, EMEA, Vaisala.

Výběr správných měřicích přístrojů je klíčový pro dosažení optimálních měřicích výsledků. Zvláštní výzvou jsou měření vlhkosti, jaká se provádí v čistých prostorách a klimatických komorách. Kritické prostředí, jako je toto, spoléhá na vysoce výkonné měřicí metody, protože parametry jako vlhkost nebo teplota mají například ve výrobě významný vliv na kvalitu produktů a produktivitu. Nezbytně proto podléhají jejich řízení a zaznamenávání přísným předpisům. Aby bylo možné udržovat nepřetržitý provoz s pevně stanovenými specifikacemi, musí používané měřicí přístroje zaručit stálou vysokou přesnost – a to i za ztížených podmínek.

Výběr správných měřicích přístrojů pro vlhkost v čistých prostorách a klimatických komorách vyžaduje pečlivé zvážení. Standardní řešení „ze skladu“ je vzhledem k rozdílným použitím a podmínkám v těchto prostředích téměř nemožné. V polovodičovém a elektronickém průmyslu, s jejich stále kratší výrobní cykly, je například sledování vlhkosti nebo rosného bodu v výrobním procesu stále důležitější. V mini-prostředích výrobních závodů jsou stále častěji požadovány vysoce přesné měřicí systémy s odchylkami +/-1 % relativní vlhkosti vzduchu (rF). Při sledování vlhkosti v zařízeních pro výrobu tekutých krystalů a barev hraje vedle přesnosti také důležitou roli životnost senzorů. Především v takových prostředích se často vyskytují nežádoucí vzdušné škodliviny, které mohou ovlivnit senzory. Při výběru měřicích přístrojů v klimatických komorách se mimo jiné klade otázka, zda je měření vlhkosti potřebné po celém rozsahu provozní teploty, zda může během zkušebního cyklu dojít ke kondenzaci nebo zda je komora provozována po delší dobu s relativní vlhkostí přibližně 100 procent. Také agresivní plyny nebo extrémně suché prostředí mohou představovat výzvu – ne všechny měřicí přístroje jsou pro takové podmínky vhodné.

Zde jsou potřeba specialisté

Čisté prostory a klimatické komory kladou na měřicí přístroje tvrdé požadavky, protože zde často panují podmínky, které ztěžují přesné měření:

Vysoká vlhkost – Prostředí s nasycenou atmosférou je pro většinu elektrických senzorů vlhkosti problematické. Lepší volbou jsou psychrometry, které poskytují přesné hodnoty. Vyžadují však nepřetržitou údržbu a narazí na své limity při nízkých hodnotách vlhkosti nebo extrémních teplotách. Optimálním řešením pro takové případy jsou kapacitní senzory s inteligentní předohřevovou funkcí: teplota sondy je u těchto měřicích přístrojů mírně nad teplotou okolí. Tím je zabráněno zamlžení nebo zamrznutí sondy a zajištěno pokračování měření i v kondenzujících podmínkách. Vyhřívané sondy lze navíc provozovat i při kombinaci teploty a vlhkosti, kdy psychrometry již nejsou efektivní nebo vůbec nepoužitelné.

Agresivní plyny – Senzory vlhkosti jsou obvykle v přímém kontaktu s plynem (směsí) okolního prostředí. V některých aplikacích mohou nastat velmi vysoké koncentrace agresivních chemikálií, které vedou k většinou reverzibilnímu driftování zisku nebo rosného bodu senzoru. Jednoduchý senzor vlhkosti zde rychle narazí na své limity. V takových případech se používají vysoce kvalitní senzory vlhkosti, které se vyznačují výběrem polymeru senzoru a optimalizovanou konstrukcí senzoru. Příkladem je kapacitní senzor HUMICAP®180R od Vaisala, který je vyráběn na základě dlouholetých zkušeností s výrobou senzorů vlhkosti v interním čistém prostoru společnosti. Dalším řešením problému potenciálního driftu senzoru je „chemické čištění senzoru“ od Vaisala. Při jeho použití se senzor zahřívá, čímž se uvolní cizí molekuly zodpovědné za drift a původní vlastnosti senzoru jsou obnoveny.

Extrémně suchá prostředí – Pro měření obsahu vody ve vzduchu se v praxi používají různé senzory v závislosti na rozsahu vlhkosti. Standardní senzor vlhkosti se obvykle používá od vlhkosti 10 % rF. Zejména v klimatických komorách však může být požadována vlhkost pouze 3 % rF nebo méně. Většina měřicích přístrojů, které jsou navrženy pro rozsah 0 až 100 % rF, však při tak nízké vlhkosti již není spolehlivá. V takových případech se používají přístroje na měření rosného bodu, které například díky speciální polymerové technologii senzoru spolehlivě provádějí kapacitní měření rosného bodu. Kapacitní senzory pracující s touto technologií lze použít v velmi širokém teplotním rozsahu. V rozmezí od -70 do +180 stupňů Celsia jim nebrání ani body mrazu ani varu vody.

Také kalibrace hraje roli

Pro trvalé zajištění vysoké přesnosti měřicích přístrojů je důležité pravidelně provádět přesné kalibrace. Obecně je vhodnější kalibrace v laboratoři než kalibrace na místě. V laboratoři lze významně minimalizovat vliv okolního prostředí a tím i počet ovlivňujících faktorů. Kalibrace přímo v provozu je však rychlou a jednoduchou možností, jak ověřit funkčnost měřicích přístrojů, aniž by bylo nutné je odstraňovat z procesu nebo prostoru. Pro kalibrace na místě se používají přenosná univerzální měřicí zařízení, která graficky zobrazují výsledky měření v průběhu nebo je přenášejí do počítače. Ideálně je lze přímo připojit k měřicím přístrojům. Při výběru měřicích přístrojů je třeba na tuto možnost myslet již při jejich volbě.

Popisované „tvrdé“ rozhodovací faktory, které vycházejí z použití, pomáhají při výběru měřicích přístrojů. Pokud se k nim přidají i „měkké“ faktory, jako je snadná instalace a údržba, nízká potřeba údržby, možnost individuálního přizpůsobení a servis od výrobce, je možné najít ideální vybavení pro měření vlhkosti v čistých prostorách a klimatických komorách.

Servisní upozornění: Pozor při výběru kalibračních služeb

Kalibrace by měly vždy provádět certifikované služby. Mohou to být výrobci, kteří nabízejí kalibrace pro své vlastní produkty, nebo laboratoře, které obecně kalibrují měřicí přístroje. Bez akreditace není zaručena kompetence těchto služeb. Proto je před výběrem takové služby vždy nutné ověřit jejich způsobilost. Každý poskytovatel kalibračních služeb by měl být schopen doložit platný sledovatelný řetězec. Minimálně by mělo být kalibrováno v externím laboratoři, která slouží jako referenční, a výsledky jsou použity pro interní kalibraci. Dále by měl být předem jasně stanoven rozsah služeb: Někteří komerční poskytovatelé uvádějí nejistoty měření v kalibračních certifikátech pouze na vyžádání. Jiní navíc nejsou schopni měřicí nejistoty vůbec vypočítat.