Jste zde

Kompaktní kalorimetrické průtokoměry

Průtokoměry pracující na kalorimetrickém principu patří mezi ty nejvyužívanější senzory rychlosti proudění vzduchu (plynu). Například je lze nalézt v měření ve vzduchotechnice. V současné době je trendem vše miniaturizovat a zjednodušovat, a tak jsou na trhu k dispozici kompaktní průtokoměry ve válcovém provedení připomínající indukční nebo kapacitní senzory přiblížení.

Kalorimetrické senzory proudění (aneometry) patří mezi nejvyužívanější princip v tomto druhu měření. Existuje mnoho provedení pro různá odvětví průmyslu a pro různě náročné aplikace. Pro lehký průmysl, měření a detekci průtoku vzduchu však mohou výborně posloužit jednoduché a univerzální kompaktní senzory. Ty díky svým válcovým pouzdrům připomínají klasické indukční a kapacitní senzory přiblížení.

Princip funkce kalorimetrie

Kalorimetrické průtokoměry jsou založeny na měření zahřátí měřeného média - plynu. Prakticky pracují jako diferenční termoanemometr, kde k měření jsou použity buď dva teplotní snímače a jedno topné tělísko, nebo někdy z úsporných důvodů je jeden teplotní snímač zároveň i vytápěný. Zatímco jeden snímač, označován jako referenční (reference - R2), měří aktuální teplotu plynu v okolí senzoru, druhý (heated - R1) je vyhříván topným tělískem (heater) na konstantní teplotní rozdíl vůči tomu prvnímu. Čím vyšší je proudění plynu, tím více tepla je odváděno a tím větší je rozdíl mezi oběma snímači. Aby se udržel konstantní teplotní rozdíl, vyhřívací proud topného tělíska musí adekvátně vzrůst. Velikost vyhřívacího proudu je digitalizována a přivedena jako vstup do vyhodnocovací jednotky. Zde se jeho průběh linearizuje a na základě známých vnitřních rozměrů měřicího potrubí se vypočte aktuální průtok.

 

Základní princip měření půtokoku plynů kalorimetrickým principem je porovnání teploty teplotního snímače (Heated) vyhřívaného topným tělískem (Heater) a referenčního snímače (Reference). Rozdíl teplot (Delta) se mění se rychlostí proudění.


 

Zatímco neproudící vzduch je v okolí senzoru stejnoměrně zahřátý, při jeho proudění dochází k unášení ohřátého vzduchu ve směru proudění.

Zatímco statický (nepohybující se plyn, např. vzduch) je topným elementem, dnes obvykle umístěného na vrcholu senzoru, symetricky zahříván v určitém okolí od topného elementu a referenční i vyhřívaný teplotní snímač naměří stejnou teplotu (příp. konstatní teplotní rozdíl), proudící plyn teplo odvádí a tím se ochlazuje plyn v okolí referenčního snímače. K zajištění stejného teplotního rozdílu mezi oběma snímači, resp. k vynulování rozdílu teplot vzniklého prouděním, je zapotřebí více energie pro vytápění tělískem, tj. vyšší protékající proud. Zvýšení nebo snížení odběru výkonu, resp. hodnoty proudu, je úměrný zvýšení nebo snížení průtoku, resp. hodnotě průtoku nebo rychlosti proudění.

Signál samotného snímače se musí pro použití řízení a automatizace dále elektroniky upravit - obrázek ukazuje posloupnost, které musí elektronika senzoru provést

Konstrukce kompaktního kalorimetrického průtokoměru

V současné době neustálé miniaturizace se již vyrábí kompaktní konstrukce, které na první pohled připomínají válcové indukční nebo kapacitní senzory přiblížení. Obvykle jsou v provedení válcové trubice obsahující topný element (heater) a vytápěný odporový snímač teploty R1 (často PTC) společně umístěné na samotném vrcholu trubice a referenční odporový snímač teploty R2 umístěný v určité vzdálenosti na boku trubice. Pro větší miniaturizaci však také využívá jako slabého zdroje tepla přímo snímače R1 a referenční snímač R2 je umístěn také na vrcholu senzoru v těsné blízkosti R1. Při nulové rychlosti proudění tekutiny jsou snímače R1 a R2 zahřívány na stejnou teplotu a měřící můstek, ke kterému jsou uvnitř senzoru snímače připojeny, je vyvážen. Při proudění již je tento stav porušen.

Obvykle je každý typ senzoru možné získat s různými variantami výstupů - zde analogový (1.), spínaný logický (2.), digitální - sériové rozhraní (3.)

Podobně jako u jiných senzorů, jsou i tyto vybaveny vnitřní elektronikou, které nasnímaný signál upravují a transformují na konkrétní výstup senzoru. Obvyklé nabízené výstupy jsou shodné s těmi, které naleznete například u indukčních nebo optických senzorů přiblížení:

  • analogový výstup v podobě napětí v rozsahu 0..10V nebo proudové smyčky 4/20 mA
  • spínaný výkonový nebo logický signálový výstup
  • datový sériový výstup

Kompaktní senzory lze snadno umístit / připevnit do rour (vlevo) a obvykle umožňují v určitých mezích nastavit převodní charakteristiku (vpravo)

Kompaktní kalometrické senzory ven-captor

Senzory vent-captor firmy Weber Sensor GMDH jsou zajímavé kompaktní senzory pro měření průtoku plynných látek - vzduchu (aneometry). Celý systém je zapouzdřen ve válcovém pouzdře z plastu nebo z nerezové oceli ve výsledku poskytující krytí IP65. Provedení senzoru je unikátní v symetrickém umístění obou teplotních snímacích elementů v plastovém držáku na vrcholu senzoru. Nenajdeme zde topné tělísko, protože slabé teplo je generováno přímo odporovým snímačem teploty. Využívá se zde toho, že zvýšením hodnoty snímacího proudu začně odporový snímač hřát. Protože je však generované teplo velmi malé, je referenční snímač teploty umístěn pouze 10 mm od vyhřívaného snímače. K dispozici jsou provedení s různým výstupem. Typy s analogovým nebo datovým výstupem je možné využít jako měřiče, typy se spínaným logickým výstupem a nastavitelnou spínací úrovní rychlosti proudění mohou sloužit jako například detektor funkce chlazením, řízení větráků apod.

 

Obecné vlastnosti senzorů ven-captor:

  • Nastavitelný měřící/spínací rozsah: od 1 m/s až 30 m/s (dle typu)
  • Spínací hystereze: 30 %
  • Teplotní drift: < 0.3 až 0.5 % / K (dle typu)
  • Napájení: 24 V DC nebo 115 až 230 V AC
  • Spotřeba: cca 1 W
  • Typy výstupů:
    • Spínaný výstup: tyristorový, spínaný proud max. 200 nebo 500 mA
    • Analogový výstup: proud. smyčka 4/20 mA
  • Signalizace sepnutí LED
  • Provozní teplota měřeného média: -20 °C to +70 °C
  • Maximální provozní tlak: 10 barů (143 PSI)
  • Provozní okolní teplota: -20 °C to +70 °C
  • Krytí: IP65

Použití

Výše uvedené kompaktní průtokoměry mohou sloužit k měření, detekci nebo monitorování proudícího vzduchu (plynů) v lehkém a středním průmyslu, například v následujících aplikacích:

  • řízení klimatizace
  • monitorování a řízení ventilace
  • kontrola vzduchových filtrů
  • detekce funkce větráků
  • hlídání chlazení rozvaděčů, motorů/generátorů, kontejnerů apod.
  • atd.

Závěr

Průtokoměry dnes patří mezi základní a často používané senzory v různých oblastech průmyslu a regulace. Prakticky všude tam, kde je nutné řídit proud vzduchu, plynů nebo kapalin, je nutné jejich použití. Kompaktní kalorimetrické průtokoměry (aneometry) jsou odolné a mají standardní rozměry pouzder a vývodů. Jsou tedy vhodné pro přímou vestavbu do mnoha aplikací, zvláště vestavbu do potrubí, ventilačních šachet a větších hadic. Více zajímavých výrobků a informací lze nalézt na přímo stránkách www.ifmefector.com nebo www.captor.com.

 

Antonín Vojáček
vojacek@ hwg.cz

DOWNLOAD & Odkazy

Hodnocení článku: 



Informace obsažené v článcích jsou platné k datu vydání uvedeném v hlavičce článku a jejich platnost může být časově závislá

Komentáře a diskuse vyjadřují názory autorů, nikoliv redakce, která za jejich obsah nenese zodpovědnost.