Technologia
Pomiar ultradźwiękowy wody i ciepła
Co dzieje się w rurze pomiarowej wodomierza ultradźwiękowego H2O i ciepłomierza DELTA III, dlaczego nic się nie zużywa i jak z przepływu i temperatur powstaje energia.
Pomiar przepływu
Jak ultradźwięki mierzą przepływ?
W rurze pomiarowej znajdują się dwa przetworniki ultradźwiękowe. Na przemian wysyłają krótkie impulsy dźwiękowe, najpierw zgodnie z kierunkiem przepływu, a potem przeciwnie do niego. Reflektory prowadzą dźwięk przez wodę po określonej drodze. Helvatron stosuje samoczyszczące reflektory, dzięki którym droga dźwięku pozostaje wolna.
Impuls biegnący z prądem dociera nieco wcześniej niż impuls biegnący pod prąd. Różnica obu czasów przejścia jest proporcjonalna do średniej prędkości przepływu. Pomnożona przez przekrój rury pomiarowej daje przepływ objętościowy, a zsumowana w czasie – objętość.
Różnice czasów przejścia mieszczą się w zakresie nanosekund, dlatego niezbędne są stabilny odcinek pomiarowy i precyzyjny pomiar czasu w elektronice.
Kilka kanałów pomiarowych przy dużych średnicach
Przy dużych średnicach profil przepływu jest mniej równomierny. Dlatego DELTA III wykorzystuje dwa kanały ultradźwiękowe od DN50 i cztery od DN350.
Energia cieplna
Jak z przepływu i temperatur powstaje energia cieplna?
Ciepłomierz składa się z przetwornika przepływu, pary czujników temperatury i przelicznika. Czujniki mierzą temperaturę w rurze zasilającej i powrotnej. Przelicznik wyznacza różnicę Δθ i mnoży ją przez objętość oraz współczynnik cieplny k.
Współczynnik cieplny uwzględnia to, że gęstość i ciepło właściwe wody zmieniają się wraz z temperaturą. Wartości są określone w normie EN 1434. Dlatego przelicznik musi też wiedzieć, czy przetwornik przepływu jest zamontowany na zasilaniu, czy na powrocie.
Ciepło i chłód
Jeśli zasilanie jest cieplejsze niż powrót, instalacja oddaje ciepło. W instalacji wody lodowej jest odwrotnie. DELTA III rozpoznaje znak różnicy temperatur i zlicza ciepło i chłód w oddzielnych rejestrach. Umożliwia to prawidłowe rozliczenie także w instalacjach, które latem chłodzą, a zimą grzeją.
Dlaczego czujniki są tak ważne
Przy małych różnicach temperatur, typowych dla wody lodowej, błąd pomiaru rzędu kilku setnych kelwina ma duży wpływ na obliczoną energię. Dlatego ciepłomierze zgodne z EN 1434 wykorzystują parowane czujniki o dopasowanych charakterystykach. DELTA III współpracuje z Pt500, Pt1000 lub Pt100; zalecamy Pt1000.
Q = ∫ V̇ · k(θF, θR) · (θF − θR) dt
- Q
- Energia cieplna lub chłodnicza, np. w kWh, MWh, GJ
- V̇
- Przepływ objętościowy z pomiaru ultradźwiękowego
- k
- Współczynnik cieplny wg EN 1434, zależny od temperatur
- θF, θR
- Temperatura zasilania (F) i powrotu (R), Δθ to ich różnica
Przykład obliczenia pokazuje animacja DELTA III.
Zalety
Jakie zalety mają ultradźwięki w porównaniu z licznikami mechanicznymi?
Brak ruchomych części
W przetworniku przepływu nic się nie obraca. Nie ma wirnika, który mógłby się zużyć lub zatrzymać przy małych przepływach.
Szeroki zakres pomiarowy
H2O osiąga w wersjach kołnierzowych Q3/Q1 do R800, DELTA III qp/qi do R250, więc rejestrowane są nawet bardzo małe przepływy.
Montaż bez odcinków prostych
H2O i DELTA III od DN15 do DN40.
Diagnostyka w urządzeniu
Powietrze w rurze, wycieki, nieprawidłowy kierunek przepływu, usterki czujników: licznik zgłasza je przez swój interfejs.
Samoczyszczące reflektory
H2O i DELTA III wykorzystują samoczyszczące reflektory. W DELTA III są one metalowe.
Wartości cyfrowe
Wewnętrzny rejestrator danych, kody błędów i interfejs komunikacyjny sprawiają, że licznik staje się punktem danych w instalacjach budynkowych.
Interfejsy
Interfejs fizyczny, protokół, technologia radiowa
Trzy pojęcia, które często się myli. Przy projektowaniu warto je rozróżniać.
- M-Bus
- System magistralowy wg EN 13757 z własną warstwą fizyczną (linia dwuprzewodowa zasilana przez centralę) i własnym protokołem.
- RS-485
- Wyłącznie interfejs fizyczny: transmisja różnicowa po skrętce. Protokół określa, jakie dane są przesyłane.
- Modbus RTU
- Protokół, którego liczniki Helvatron używają przez RS-485: master pyta, slave odpowiada.
- LoRa
- Transmisja radiowa w paśmie 868 MHz, z urządzeniami, bramkami, serwerem sieciowym i aplikacją.
- NB-IoT
- Standard sieci komórkowej w pasmach licencjonowanych. Liczniki przesyłają dane przez sieć operatora, bez własnych bramek.