Kontinuální měření průtoku v potrubí VZT systémů

Firma Airflow nabízí mimo ventilátorů a přenosných měřicích přístrojů i sondy a čidla, určená k trvalému zabudování do potrubí s cílem měřit a vyhodnocovat kontinuálně rychlosti (průtoky), tlaky, teploty, relativní vlhkosti a CO₂.

Unikátní jsou zejména Wilsonovy mříže (patent firmy Airflow) určené pro vysoce přesná měření objemových průtoků vzduchu a plynů v potrubních systémech. Ve spojení s moderními převodníky tlaku PTSXR představují komplexní řešení pro měření a regulaci VZT systémů. Nejčastější je využití pro regulaci frekvenčních měničů ventilátorů vzduchotechnických jednotek.

I přes vyšší pořizovací náklady tento systém šetří v době vysokých cen za energie podstatně provozní náklady. Pro aplikace, kde není tak rozhodující přesnost měření, jsou řešením měřicí kříže opět v kombinaci s převodníkem PTSXR.

Wilsonova mříž

Patentovaná tlaková sonda je určená k měření a regulaci rychlosti proudění, popř. objemového průtoku ve vzduchovodech. Vychází ze základního principu kontinuálního měření tlakové diference. Wilsonovu mříž lze aplikovat při měření, monitorování nebo regulaci proudění vzduchu a plynů v potrubí.

Často vysoký tlakový odpor, nízká rychlost proudění nebo nebezpečné látky neumožňují použít jinou metodu měření. Wilsonovu mříž lze použít do čtyřhranných vzduchovodů v rozsahu od 200 × 200 mm až 2000 × 2000 mm, popř. do kruhových vzduchovodů od průměru 100 mm do 2000 mm, a to pro rychlosti od 1,5 až do 30 m/s.

Mříže do čtyřhranných vzduchovodů jsou standardně dodávány s teplotní odolností do 80 °C. Na přání je možné dodat mříže v provedení pro vysoké teploty do 450°C nebo atypických velikostí. Mříže do kruhového potrubí jsou standardně odolné do teploty 450 °C.

Vzhledem k odolnosti proti pohybu, vibracím a vzhledem ke stabilitě uložení, lze Wilsonovy mříže bez problému použít i do vozidel, lodí apod.Wilsonova mříž do čtyřhranného potrubí je tvořena paralelně uspořádanými trubkami s otvory, které snímají celkový a srovnávací tlak (tlak v úplavu). Tyto tlaky se ve sběrných trubkách zprůměrují. Odběry tlaku jsou rozmístěny tak, že lze získat v daném průřezu střední hodnotu diferenčního tlaku na obou připojovacích nátrubcích.

Tento diferenční tlak je v poměru k rychlosti proudění, takže lze připojením vhodného tlakového převodníku přímo odečítat střední rychlost proudění nebo případně výstupní signál použít k další regulaci.

Materiál mříží je odolný proti korozi: nerez a plast. Za normálních podmínek lze zaručit dlouholetou a bezproblémovou funkčnost. Na mříži nejsou žádné pohyblivé díly a tudíž nehrozí žádné opotřebení. Rovněž vlastní montáž mříže je velice jednoduchá jak do nových tak i do stávajících vzduchotechnických systémů.

Tlakové ztráty způsobené Wilsonovou mříží jsou velmi malé ve srovnání s jinými trvale zabudovanými snímači, např. clonou nebo Venturiho dýzou. Např. Wilsonova mříž 400 × 500 mm způsobí tlakovou ztrátu cca 5 Pa při rychlosti 6 m/s. Je proto možné do zařízení zabudovat více mříží, aniž by to kladlo nárok na větší výkon ventilátoru.

Asi 2,2 násobně zesílený dynamický tlak umožňuje měření již od rychlosti 1,5 m/s. Z tohoto důvodu lze použít tlakové převodníky k regulaci nebo zpracování dat i při velmi malých rychlostech proudění.

Přesnost měření je závislá na rovnoměrnosti rychlostního profilu v místě měření. Nejvyšší přesnost cca ±2 % (v příznivých situacích i vyšší) lze dosáhnout místním „cejchováním”.

Přesto lze i jinak při plném využití průřezu vzduchovodu dosáhnout přesnosti ±5 % za předpokladu, že proudění má minimální turbulenci.

Wilsonovy mříže se nedoporučuje instalovat tam, kde se vyskytuje extrémní vlhkost a mokré nebo lepkavé částice v proudícím vzduchu. Pokud není jiná možnost a Wilsonova mříž musí být instalována v místě s vyšší prašností, doporučujeme použít v kombinaci s převodníkem tlaku speciální čistící zařízení, které zajistí zpětné profouknutí mříže v nastaveném časovém intervalu a tak zabrání jejímu postupnému zalepování. (Pozn.: Čistící zařízení lze použít i pro měřicí kříže.)

Měřicí kříž

Jedná se o jednoduchou tlakovou sondu, určenou ke kontinuálnímu měření rychlosti proudění, popř. objemového průtoku ve vzduchovodech. Vychází ze základního principu měření tlakové diference.

Měřicí kříž lze použít do kruhových vzduchovodů (max. průměr 1400 mm) nebo čtyřhranných vzduchovodů (max. velikost diagonály 1400 mm) a to pro rychlosti od 1,5 až do 30 m/s. Kříž má teplotní odolnost do 80 °C a skládá se ze dvou trubek namontovaných do pomyslných úhlopříček čtyřhranného potrubí (os kolmých na sebe u kruhového potrubí). V obou trubkách jsou umístěny odběry tlaku (v jedné trubce je odběr celkového tlaku a v druhé tlaku v úplavu).

Oba měřené tlaky se zprůměrují po celé délce trubky a jejich rozdíl nám dává diferenční tlak. Tento diferenční tlak je v poměru k rychlosti proudění, takže lze připojením vhodných přístrojů přímo odečítat střední rychlost proudění nebo případně výstupní signál použít k regulaci či registraci stejně jako u Wilsonovy mříže.

Materiál křížů je odolný proti korozi: nerez a plast. Za normálních podmínek lze zaručit dlouholetou a bezproblémovou funkci. Na kříži nejsou žádné pohyblivé díly, a tudíž nehrozí žádné opotřebení.

Tlakové ztráty způsobené měřicími kříži jsou ještě menší než u výše uvedených Wilsonových mříží.

Přesnost měření je závislá na rovnoměrnosti rychlostního profilu v místě měření a obvykle se pohybuje okolo ±10 %. K dosažení vyšší přesnosti cca ±5 % doporučujeme místní „cejchování” po instalaci kříže do potrubí.

Vyhodnocení tlakového signálu

Nejúčinnější a nejpoužívanější metoda spočívá v měření dynamického tlaku při nelineárním signálu, a to v kvadratickém vztahu k rychlosti proudění. Vhodný převodník např. typ PTSXR v kombinaci s měřicím křížem nebo Wilsonovou mříží nabízí kompletní a optimální řešení měření objemového průtoku od snímače tlaku až po výstupní lineární analogový signál nebo digitální signál RS232.

Převodník tlaku PTSXR lze dodat s měřicími rozsahy od ±10 Pa do ±100 kPa. Vedle diferenčního tlaku dovede tlakový převodník PTSXR rovněž zaznamenávat přetlak a podtlak. Měřící rozsahy od 100 Pa do 100 kPa jsou volně (uživatelsky) nastavitelné v rozmezí 10 až 100 % rozsahu. Tato vlastnost umožňuje např. při místní kalibraci Wilsonovy mříže nebo kříže nastavit přímo na místě požadovaný rozsah odpovídající skutečnému měřenému průtoku.

Na převodníku lze rovněž nastavit dva volitelné body – relé (hodnoty tlaku nebo tlakové diference), při jejichž podkročení či překročení je pokaždé spuštěn vizuální nebo zvukový alarm. Převodník je vybaven portem RS232 pro komunikaci s PC.

Pomocí speciálního softwaru lze jednoduše a rychle nastavit všechny požadované parametry převodníku bez displeje (změna měřicího rozsahu, fyzikální jednotky, charakteristiku, automatické nulování, časovou konstantu, analogový výstup, mezní body atd.). Vysokou přesnost a stabilitu zajišťuje funkce automatického periodického nulování.

Závěr

Wilsonovy mříže a měřicí kříže našly a stále nachází uplatnění v mnoha VZT aplikacích již déle než 40 let. Z posledních významnějších akcí v ČR, kde jsou mříže nebo kříže využity, můžeme jmenovat např. rekonstrukci vzduchotechniky ve firmě ZENTIVA nebo rekonstrukci SVÚ Jihlava.