التقنية
تقنية القياس بالموجات فوق الصوتية للمياه والطاقة الحرارية
ما يحدث داخل أنبوب القياس في عدادَي H2O و DELTA III، ولماذا لا تتعرض أي أجزاء للتآكل، وكيف يتحول معدل التدفق ودرجات الحرارة إلى طاقة.
قياس التدفق
كيف تقيس الموجات فوق الصوتية التدفق؟
يوجد في أنبوب القياس محوّلان للموجات فوق الصوتية، يرسلان بالتناوب نبضات صوتية قصيرة، أولاً مع اتجاه التدفق ثم عكسه. وتوجّه العواكس الصوت عبر مسار محدد داخل الماء. وتستخدم Helvatron عواكس ذاتية التنظيف حتى يبقى مسار الصوت خالياً.
تصل النبضة المنتقلة مع اتجاه التدفق أبكر بقليل من النبضة المنتقلة عكسه. ويتناسب الفرق بين زمنَي العبور طردياً مع متوسط سرعة التدفق. وبضرب هذه السرعة في مساحة مقطع أنبوب القياس يُحصل على معدل التدفق الحجمي، وبجمعه على مدى الزمن يُحصل على الحجم.
تقع فروق زمن العبور في نطاق النانوثانية، ولذلك فإن ثبات مقطع القياس ودقة قياس الزمن في الدائرة الإلكترونية أمران أساسيان.
عدة قنوات قياس للأقطار الكبيرة
في الأقطار الكبيرة يكون توزيع سرعة التدفق عبر المقطع أقل انتظاماً. لذلك يستخدم DELTA III قناتين للموجات فوق الصوتية ابتداءً من DN50، وأربع قنوات ابتداءً من DN350.
الطاقة الحرارية
كيف يتحول معدل التدفق ودرجات الحرارة إلى طاقة حرارية؟
يتكون عداد الطاقة الحرارية من حساس التدفق وزوج حساسات الحرارة ووحدة الحساب. تقيس الحساسات درجة الحرارة في خط الإمداد وخط الرجوع، وتحدد وحدة الحساب الفرق Δθ وتضربه في الحجم وفي معامل حراري k.
يأخذ المعامل الحراري في الحسبان أن كثافة الماء وسعته الحرارية النوعية تتغيران مع درجة الحرارة، وقيمه محددة في المعيار EN 1434. ولهذا السبب أيضاً يجب أن تعرف وحدة الحساب ما إذا كان حساس التدفق مركّباً في خط الإمداد أم في خط الرجوع.
التدفئة والتبريد
إذا كان خط الإمداد أدفأ من خط الرجوع، فإن المنظومة تُطلق حرارة. أما في منظومة المياه المبرّدة فيحدث العكس. ويتعرّف DELTA III على إشارة فرق درجات الحرارة ويحتسب طاقة التدفئة وطاقة التبريد في سجلّين منفصلين، مما يتيح فوترة صحيحة حتى للمنظومات التي تبرّد صيفاً وتدفّئ شتاءً.
لماذا تكتسب الحساسات هذه الأهمية الكبيرة
عند فروق درجات الحرارة الصغيرة، كما هو معتاد في المياه المبرّدة، يكون لخطأ قياس لا يتجاوز بضعة أجزاء من مئة من الكلفن أثر كبير على الطاقة المحسوبة. ولذلك تستخدم عدادات الطاقة الحرارية المطابقة للمعيار EN 1434 حساسات مزدوجة ذات خصائص متطابقة. ويعمل DELTA III مع Pt500 أو Pt1000 أو Pt100، ونوصي باستخدام Pt1000.
Q = ∫ V̇ · k(θF, θR) · (θF − θR) dt
- Q
- طاقة التدفئة أو التبريد، مثلاً بوحدة kWh أو MWh أو GJ
- V̇
- معدل التدفق الحجمي الناتج عن القياس بالموجات فوق الصوتية
- k
- المعامل الحراري وفق EN 1434، ويعتمد على درجات الحرارة
- θF, θR
- درجة حرارة خط الإمداد وخط الرجوع، و Δθ هو الفرق بينهما
يُعرض مثال حسابي في الرسم المتحرك الخاص بعداد DELTA III.
المزايا
ما مزايا الموجات فوق الصوتية مقارنةً بالعدادات الميكانيكية؟
لا أجزاء متحركة
لا يدور أي شيء داخل حساس التدفق، فلا توجد مروحة دوّارة تتآكل أو تتوقف عند معدلات التدفق المنخفضة.
نطاق قياس واسع
يحقق H2O نسبة Q3/Q1 حتى R800 في الطرازات ذات الفلنجات، ويحقق DELTA III نسبة qp/qi حتى R250، فتُسجَّل حتى معدلات التدفق الصغيرة جداً.
التركيب دون مقاطع مستقيمة
عداد H2O و DELTA III من DN15 إلى DN40.
التشخيص داخل الجهاز
وجود هواء في الأنبوب، والتسربات، واتجاه التدفق الخاطئ، وأعطال الحساسات: يُبلغ العداد عنها عبر واجهة الاتصال.
عواكس ذاتية التنظيف
يعمل كل من H2O وDELTA III بعواكس ذاتية التنظيف. وفي DELTA III تكون العواكس معدنية.
قيم رقمية
يجعل مسجّل البيانات الداخلي ورموز الأخطاء وواجهة الاتصال من العداد نقطة بيانات ضمن أنظمة خدمات المبنى.
واجهات الاتصال
الواجهة الفيزيائية والبروتوكول وتقنية الاتصال اللاسلكي
ثلاثة مصطلحات كثيراً ما يُخلط بينها، ومن المفيد التمييز بينها بوضوح عند التخطيط.
- M-Bus
- نظام ناقل وفق EN 13757 له طبقته الفيزيائية الخاصة (خط ثنائي الأسلاك يغذّيه الجهاز الرئيسي، أي الـ master) وبروتوكوله الخاص.
- RS-485
- الواجهة الفيزيائية فقط: إرسال تفاضلي عبر زوج أسلاك مجدول. أما البيانات التي تُنقل فيحددها البروتوكول.
- Modbus RTU
- البروتوكول الذي تستخدمه عدادات Helvatron عبر RS-485: يُرسل الجهاز الرئيسي (master) الطلب، ويرد الجهاز التابع (slave).
- LoRa
- اتصال لاسلكي في نطاق 868 MHz، يضم الأجهزة والبوابات (gateways) وخادم الشبكة والتطبيق.
- NB-IoT
- معيار لشبكات الهاتف المحمول يعمل في نطاقات ترددية مرخّصة. ترسل العدادات بياناتها عبر شبكة أحد المشغلين، دون الحاجة إلى بوابات خاصة بكم.