Kalibracje aparatury pomiarowej w branży spożywczej na przykładzie przepływomierzy

 

Mobilna stacja kalibracyjna Endress+Hauser

Na mocy polskiego i unijnego prawa producenci żywności w Polsce muszą stosować się do wielu przepisów i dobrych praktyk produkcyjnych, które mają zapewnić bezpieczeństwo wyrobu, np. GMP (Good Manufacturing Practise). Każdy z obowiązujących standardów wymusza na producentach nadzór nad aparaturą monitorującą i pomiarową, używanymi w procesie produkcji.

Jednak oprócz spełnienia prawnego obowiązku regularne wzorcowanie urządzeń daje wytwórcy znacznie więcej korzyści. Jedną z nich jest zachowanie wysokiej jakości i powtarzalności produktu oraz odpowiedniego smaku, od którego w dużej mierze zależy sukces rynkowy produktu. Kolejnym argumentem przemawiającym za wykonywaniem regularnych kalibracji i przeglądów okresowych jest aspekt utrzymania urządzeń pomiarowych w dobrej kondycji, który przekłada się bezpośrednio na ich żywotność, dokładność pomiarową oraz częstość występowania awarii.

Dokładność pomiarowa, poza istotnym wpływem na jakość produktu, ma również bezpośrednie przełożenie na koszty związane z jego wytworzeniem, np. poprzez dokładniejsze dozowanie różnego rodzaju substratów, które często bywa kosztowne. Ponadto regularne kalibracje wpływają na zmniejszenie zużycia energii oraz kosztów związanych z wytworzeniem produktów niespełniających założonych standardów jakościowych, tzw. odpadów, które liczone są jako straty.

Gdy pytamy użytkowników sprzętu pomiarowego, czy sprawdzają poprawność jego wskazań, odpowiedzi są różne. Najczęściej słyszymy, że klienci kalibrują czujniki temperatury i ciśnienia, jednak pomijają wzorcowanie przepływomierzy, ze względu na brak możliwości. Według powszechnej opinii wiąże się to z kilkudniowym zatrzymaniem linii produkcyjnej, na co większość firm nie może sobie pozwolić.

Producenci często nie mają zamiennika, który mogliby wstawić w miejsce wymontowanego urządzenia, dlatego rezygnują z kalibracji. Firma Endress+Hauser, jako światowy lider produkcji przepływomierzy, dostarcza swoim klientom pełny zakres usług związanych z kalibracją tych urządzeń.

Dobór odpowiedniej metody kalibracji zależy od rodzaju mierzonego medium, dokładności pomiaru, wielkości strumienia oraz od miejsca wykonywania tej czynności. Najdokładniejszą techniką jest metoda grawimetryczna, wykorzystywana zarówno do bezpośredniej kalibracji przepływomierzy masowych, jak i kalibracji wzorców strumienia objętości lub masy niższego rzędu. Polega ona na bezpośrednim wyznaczeniu masy medium, które przepłynęło przez przepływomierz i wpadło do zbiornika pomiarowego w określonym przedziale czasu.

W przypadku kalibracji tą metodą wzorców strumienia objętości, w obliczeniach uwzględniane są też gęstość, temperatura i ciśnienie. Całkowita niepewność rozszerzona (95%, k = 2) metody grawimetrycznej, stosowanej w stanowiskach kalibracyjnych Endress+Hauser, wynosi jedynie ±0,015%, co czyni je najdokładniejszymi przemysłowymi stanowiskami na świecie.

Drugą metodą kalibracji przepływomierzy jest metoda objętościowa. W metodzie tej jako wzorzec odniesienia stosowany jest kalibrator tłokowy. Podczas kalibracji ciecz przepływająca przez badany przepływomierz jest wtłaczana do precyzyjnie wykonanego cylindra z wewnętrznym tłokiem o absolutnej szczelności. Określenie przesunięcia tłoka pozwala na bardzo dokładny pomiar objętości cieczy znajdującej się w cylindrze. Całkowita niepewność pomiarowa dla tej metody, w przypadku kalibracji przepływomierzy objętościowych, wynosi ±0,022%.

Nieco mniejszą dokładność można uzyskać, stosując trzecią metodę kalibracji z wykorzystaniem przepływomierza wzorcowego. Ze względu na konstrukcję stanowiska pomiarowego oraz możliwość wykorzystania jej w mobilnych stacjach pomiarowych, jest ona najbardziej rozpowszechniona. Zasada pomiaru na takim stanowisku jest dość prosta.

Polega na zamontowaniu przepływomierza badanego i wzorcowego na jednej linii, a następnie odczycie wartości wskazanych przez badany przepływomierz i porównaniu ich ze wskazaniami przepływomierza wzorcowego. Dokładność tej metody w warunkach laboratoryjnych sięga ±0,08%. Duża dokładność wyżej wymienionych metod wiąże się z dużym stopniem skomplikowania stanowisk pomiarowych, przez co stanowiska te są dostępne wyłącznie w laboratoriach stacjonarnych. Wiąże się to z ich demontażem i wysyłką do laboratorium pomiarowego. Remedium na ten problem może być mobilna stacja kalibracyjna.

Mobilna stacja kalibracyjna, która została skonstruowana na bazie wielu lat doświadczeń przez inżynierów firmy Endress+Hauser, pozwala skrócić do minimum przestój związany z kalibracją przepływomierzy. Jeżeli nie jest wymagana dokładność sprawdzenia na poziomie stanowisk laboratoryjnych, niepotrzebna staje się wysyłka badanego przepływomierza na zewnątrz.

Mobilna stacja kalibracyjna może przyjechać do zakładu i wykonać kalibrację na miejscu. Urządzenie to jest autonomiczną jednostką wyposażoną we własne pompy o zmiennej wydajności, własne zbiorniki z wodą zasilającą oraz pełne oprzyrządowanie komputerowe, umożliwiające podłączenie dowolnych sygnałów wyjściowych z badanego przepływomierza - od tradycyjnych 4...20 mA i impulsów, po magistrale Profibus PA/DP, Profinet, Ethernet/IP i inne.

Po stronie klienta pozostaje tylko zapewnienie miejsca na rozłożenie stacji i zapewnienie źródła jej zasilania. Przy sprawnie przeprowadzonej procedurze, w ciągu jednej zmiany, jesteśmy w stanie skalibrować od kilku do kilkunastu przepływomierzy, które na ten czas trzeba zdemontować z linii. W związku z faktem, że stacja jest mobilna, ma pewne ograniczenia.

Maksymalna średnica kalibrowanego przepływomierza to DN80, natomiast maksymalny strumień przepływu około 30÷50 m³/h. Całkowita niepewność pomiarowa dla pomiarów strumienia objętości jest lepsza niż 0,20%, a dla pomiarów strumienia masy na poziomie 0,11% przy współczynniku rozszerzenia k = 2.

Jak widać, proces kalibracji przepływomierza nie musi wiązać się z problemami technicznymi i dużymi kosztami wynikającymi z długiego przestoju linii produkcyjnej, za to zdecydowanie może przynieść producentom wiele korzyści. Istotne jest, by przed rozpoczęciem wdrażania procedur kalibracji w zakładzie stworzyć optymalny harmonogram sprawdzeń.

Najlepiej, gdy terminy sprawdzeń będą pokrywały się z planowymi przerwami w produkcji. Należy dopasować je również do rzeczywistych potrzeb i wymogów konkretnego punktu pomiarowego. Zbyt rzadkie kalibracje mogą negatywnie wpłynąć na jakość produktu, z drugiej strony zbyt częste, poza zwiększeniem kosztów, nie przyniosą dodatkowych korzyści.

Patryk Żarkowski
Kierownik ds. rozwoju sprzedaży usług serwisowych
Endress+Hauser sp. z o.o.