Tehnologija

Ultrazvučno mjerenje vode i topline

Što se događa u mjernoj cijevi mjerila H2O i DELTA III, zašto se nijedan dio ne troši i kako protok i temperature postaju energija.

Mjerenje protoka

Kako ultrazvuk mjeri protok?

U mjernoj cijevi nalaze se dva ultrazvučna pretvornika. Naizmjence šalju kratke zvučne impulse, najprije u smjeru toka, a zatim protiv njega. Reflektori vode zvuk definiranom putanjom kroz vodu. Helvatron koristi samočisteće reflektore kako bi putanja zvuka ostala slobodna.

Impuls koji putuje u smjeru toka stiže nešto ranije od impulsa koji putuje protiv toka. Razlika između dvaju vremena prolaza proporcionalna je srednjoj brzini strujanja. Pomnožena s presjekom mjerne cijevi daje volumni protok; zbrojena kroz vrijeme daje volumen.

Razlike u vremenu prolaza kreću se u području nanosekundi, pa su stabilna mjerna dionica i precizno mjerenje vremena u elektronici ključni.

Više mjernih kanala za velike promjere

Kod velikih promjera profil strujanja manje je ujednačen. Zato DELTA III od DN50 koristi dva, a od DN350 četiri ultrazvučna kanala.

Pojednostavljena shema metode vremena prolaza

Toplinska energija

Kako protok i temperature postaju toplinska energija?

Mjerilo toplinske energije sastoji se od osjetila protoka, para osjetila temperature i računske jedinice. Osjetila mjere temperaturu u polaznom i povratnom vodu. Računska jedinica određuje razliku Δθ i množi je s volumenom i toplinskim koeficijentom k.

Toplinski koeficijent uzima u obzir da gustoća i specifični toplinski kapacitet vode ovise o temperaturi. Vrijednosti su definirane normom EN 1434. Zato računska jedinica mora znati je li osjetilo protoka ugrađeno u polazni ili povratni vod.

Grijanje i hlađenje

Ako je polaz topliji od povrata, sustav predaje toplinu. U rashladnom postrojenju s hladnom vodom vrijedi obrnuto. DELTA III prepoznaje predznak razlike temperature i broji grijanje i hlađenje u odvojenim registrima. Time je moguć ispravan obračun i za postrojenja koja ljeti hlade, a zimi griju.

Zašto su osjetila toliko važna

Pri malim razlikama temperature, tipičnima za hladnu vodu, mjerna pogreška od nekoliko stotinki kelvina ima velik utjecaj na izračunanu energiju. Zato mjerila toplinske energije prema EN 1434 koriste uparena osjetila usklađenih karakteristika. DELTA III radi s Pt500, Pt1000 ili Pt100; preporučujemo Pt1000.

Q = ∫ V̇ · k(θ_pol, θ_pov) · (θ_pol − θ_pov) dt

Q: Toplinska ili rashladna energija, npr. u kWh, MWh, GJ
V̇: Volumni protok iz ultrazvučnog mjerenja
k: Toplinski koeficijent prema EN 1434, ovisan o temperaturama
θ_pol, θ_pov: Temperatura polaza i povrata, Δθ njihova razlika

Primjer izračuna prikazan je u animaciji mjerila DELTA III.

Prednosti

Koje su prednosti ultrazvuka u odnosu na mehanička mjerila?

Bez pokretnih dijelova

U osjetilu protoka ništa se ne okreće. Nema krilnog kola koje bi se trošilo ili zastajalo pri malim protocima.

Velik omjer protoka

H2O u prirubničkim izvedbama postiže Q3/Q1 do R800, DELTA III qp/qi do R250, pa se bilježe i vrlo mali protoci.

Bez ravnih dionica na ulazu i izlazu

Za H2O i DELTA III od DN15 do DN40.

Dijagnostika u uređaju

Zrak u cijevi, curenja, pogrešan smjer toka, kvarovi osjetila: mjerilo ih javlja putem svojeg sučelja.

Samočisteći reflektori

I H2O i DELTA III koriste samočisteće reflektore. Kod mjerila DELTA III oni su metalni.

Digitalne vrijednosti

Ugrađeni data logger, kodovi pogrešaka i komunikacijsko sučelje čine mjerilo podatkovnom točkom strojarskih instalacija zgrade.

Sučelja

Fizičko sučelje, protokol, radijska tehnologija

Tri pojma koja se često miješaju. Pri planiranju ih se isplati jasno razlikovati.

M-Bus: Sabirnički sustav prema EN 13757 s vlastitim fizičkim slojem (dvožilni vod, napajan iz mastera) i vlastitim protokolom.
RS-485: Samo fizičko sučelje: diferencijalni prijenos preko upredene parice. Protokol određuje koji se podaci prenose.
Modbus RTU: Protokol koji Helvatron mjerila koriste preko RS-485: master postavlja upit, slave odgovara.
LoRa: Radio u pojasu 868 MHz, s uređajima, gatewayima, mrežnim poslužiteljem i aplikacijom.
NB-IoT: Standard mobilne mreže u licenciranim pojasima. Mjerila šalju podatke preko mreže operatera, bez vlastitih gatewaya.

M-BusOžičenje, adresiranje, projektiranje sustavaSaznajte više → RS-485 i Modbus RTUTopologija, završni otpornik, registriSaznajte više → LoRaGatewayi, poslužitelji, granice radijskog prijenosaSaznajte više → NB-IoTMobilna mreža za pojedinačne lokacijeSaznajte više →