Přesné kontinuální měření průtoku v potrubních systémech
Mezi portfolio nabízených produktů firmy Airflow patří mimo jiné léty praxe prověřené sondy a čidla určená k trvalému zabudování do potrubí s cílem měřit a vyhodnocovat kontinuálně rychlost (objemový průtok), tlak, teplotu, relativní vlhkost a CO2.
Unikátní a velice přesné Wilsonovy mříže (patent firmy Airflow) doplňují měřicí kříže X-8 a X-16, sondy VS-1000 a VS-2000 a Prandtlovy sondy. Všechny tyto sondy pracují na tlakovém principu (tj. na základě snímání tlakové diference je určen pomocí vhodného převodníku tlaku následně průtok). Pro základní orientační měření lze rovněž použít termické jednobodové snímače řady D12. Nejčastější je využití pro regulaci frekvenčních měničů ventilátorů vzduchotechnických jednotek.
Novinkou v tomto roce je usměrňovací voštinová stěna, která je vhodná jako příslušenství pro všechny výše uvedená čidla a sondy.
Usměrňovací voštinová stěna
V běžné praxi měření rychlosti (objemového průtoku) v potrubních systémech se často setkáváme s problémem najít vhodné místo pro zabudování rychlostního čidla. Zvláště u jednobodových čidel (Prandtlova sonda nebo termické snímače řady D12) je nutné najít místo s dostatečně rovnoměrným ustáleným prouděním bez úplavů. V opačném případě potom i přesná jednobodová čidla indikují velice nepřesné hodnoty a mnohdy není možné ani jejich správné využití např. při automatické regulaci (sonda – tlakový převodník – frekvenční měnič). Najít ideální místo (odpovídající počet D přímého úseku potrubí bez vnitřních překážek) je v praxi často téměř nemožné.
Voštinová usměrňovací stěna odstraní problém s úplavy proudění v potrubí a současně „srovná” proudění s osou potrubí. Nezajistí sice zrovnoměrnění rychlostního profilu po celém měřeném průřezu, ale tuto chybu lze eliminovat použitím víceotvorových sond. Ideální je v tomto případě Wilsonova mříž. Levnější, ale méně přesnou alternativou, jsou pak měřicí kříže nebo VS-sondy.
Voštinová stěna je vyrobena z hliníku (šířka voštiny je 76 mm, struktura voštiny je 13 mm). Teplotní odolnost je do 250 °C. Lze ji instalovat do čtyřhranných nebo kruhových potrubních systémů. Stěna je vyrobena (vyříznuta) ze základního modulu a následně je zabudována a bezpečně fixována do potrubí z pozinkovaného plechu (tl. 0,6...1,0 mm) délky 150 mm. Potrubí je zakončeno standardními přírubami na obou stranách. Maximální rozměr potrubí s voštinovou stěnou je 1000 × 1000 mm resp. D1000 mm. Stěnu větších rozměrů je nutné „poskládat” ze segmentů 1000 × 1000 mm. Při požadavku zákazníka je možné dodat potrubní segmenty i jiné délky než 150 mm, nebo dodat segment se zabudovanou Wilsonovou mříží a stěnou současně.
Je možné dodat i základní modul voštinové stěny bez potrubí o rozměru 1000 × 1000 mm. Zákazník si potom může provést výřez potřebné velikosti a instalaci do stávajícího potrubí sám.
Vlastní tlaková ztráta usměrňovací stěny je téměř zanedbatelná.
Wilsonova mříž
Wilsonova mříž je víceotvorová tlaková sonda a funguje na základním principu měření tlakové diference. Wilsonovu mříž lze použít do čtyřhranných vzduchovodů (obr. 3) nově v rozsahu od 100 × 150 mm až 2500 × 2500 mm, popř. do kruhových vzduchovodů od průměru 100 mm do průměru 2500 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 svařované a odolné do teploty 450 °C.
Wilsonova mříž do čtyřhranného potrubí je tvořena paralelně uspořádanými trubkami s otvory, které snímají celkový tlak a 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 (rozložení bodů dle Log Čebyšeff). Tento diferenční tlak je v poměru k rychlosti proudění, takže lze připojením vhodného tlakového převodníku přímo odečítat střední rychlost proudění (objemový průtok) 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. Rovněž vlastní montáž mříže je velice jednoduchá a to jak do nových tak i do stávajících vzduchotechnických systémů.
Tlakové ztráty způsobené Wilsonovou mříží jsou velmi malé ve srovnání s jinými trvale zabudovanými snímači (clona nebo Venturiho dýza). Např. Wilsonova mříž 400 × 500 mm způsobí tlakovou ztrátu cca 5 Pa při rychlosti 6 m/s. 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 % lze dosáhnout v kombinaci s voštinovou usměrňovací stěnou a místním „cejchováním”. Přesto lze i jinak při plném využití průřezu vzduchovodu dosáhnout přesnosti ±5 % za předpokladu, že proudění má minimální turbulenci, kterou eliminuje právě voštinová stěna.
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.
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 některou z výše uvedených sond nabízí kompletní a optimální řešení měření objemového průtoku od snímače tlaku až po výstupní lineární analogový signál nebo digitální signál RS232.
Převodník tlaku PTSXR
Převodník byl primárně navrhován právě pro přesné vyhodnocování nízkých hodnot tlakových diferencí s následným odmocněním výstupního analogového signálu, čímž se dosáhne ideálních podmínek pro správnou regulaci (řízení) frekvenčního měniče.
Převodník lze dodat s měřicími rozsahy od ±10 Pa do ±100 kPa. Vedle diferenčního tlaku dovede tlakový převodník PTSXR rovněž zaznamenávat přetlak a podtlak. Měřicí rozsahy od 100 Pa (s linearitou 0,5 % +0,3 Pa) do 100 kPa jsou volně (uživatelsky) nastavitelné v rozmezí 10 až 100 % rozsahu. Tato vlastnost umožňuje při místní kalibraci tlakové sondy 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 standardně vybaven interním portem RS232 pro komunikaci s PC. Nově jej lze doplnit i o externí USB výstup. Pomocí speciálního software (při požadavku je dodán zdarma k převodníku) 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.
Další inovací tohoto převodníku je možnost (za příplatek) integrované funkce spotřeby. Převodník potom navíc načítá objem měřeného vzduchu v daném potrubí m3 za dané období. To lze využít např. při požadavku určení spotřeby vzduchu pro jednotlivé větve VZT potrubí při centrálním přívodu vzduchu (obr. 4). Pro příklad lze uvést nákupní centrum, které je rozděleno jednotlivým nájemcům vždy s příslušným přívodem vzduchu. Vstup k danému prostoru lze osadit Wilsonovou mříží nebo jinou tlakovou sondou a převodníkem PTSXR s funkcí spotřeby a podle toho lze poté rozúčtovat mimo jiných energií i poměr za „spotřebovaný” přívodní vzduch (obr. 5).
Wilsonovy mříže společně s voštinovou usměrňovací stěnou zajistí velmi přesné kontinuální měření průtoku v potrubí. Propojením s modernizovaným převodníkem tlaku PTSXR navíc kromě možnosti kontinuální regulace daného systému (frekvenční měnič) získáte i možnost snímat a zaznamenávat dlouhodobou spotřebu vzduchu.
