Urządzenia pomiarowe Urządzenia pomiarowe

(1)

Urządzenia pomiarowe Urządzenia pomiarowe

Wykład 6

obiekt regulacji

w e u y

y y_m

z

regulator

urządzenie

wykonawcze obiekt regulacji

element pomiarowy _

(2)

Urządzenia pomiarowe Urządzenia pomiarowe

• Prawidłowe działanie systemów OWK (HVAC) wymaga stałej kontroli parametrów pracy tych systemów (grzejniki, wentylatory, pomieszczenia itp.).

• Kontrola ta jest możliwa dzięki sieci czujników, które zbierają niezbędne informacje i przesyłają je do sterowników i stacji operatorskich.

• Czujniki są zatem jednostkami warunkującymi sprawność i skuteczność systemu.

• Czujnik w systemie OWK można określić jako urządzenie przetwarzające wielkości fizyczne (np. temperaturę lub wilgotność) na inne wielkości (najczęściej sygnały elektryczne), które są dogodniejsze do zmierzenia i dalszej obróbki, a następnie wykorzystywane do sterowania konkretnymi urządzeniami w systemie.

• Każdy czujnik w systemie OWK powinien spełniać określone wymagania co do sposobu działania, wydajności i ekonomii.

(3)

Wydajnościowe cechy czujnika:

• Zakres: Zakres mierzonej wartości, dla której jest znana charakterystyka czujnika.

• Dokładność: Stopień, do którego zmierzona wartość jest zgodna z wzorcowym punktem odniesienia.

• Powtarzalność: Zdolność czujnika, by z tej samej zmierzonej wartości wytwarzać konsekwentnie, dokładnie taki sam sygnał wyjściowy.

• Wrażliwość: Najmniejsza wykrywalna zmiana w mierzonej wielkości, która wpływa na zmianę sygnału wysyłanego przez czujnik.

• Liniowość: Maksymalnie liniowa zależność między zmierzoną wartością a produkowanym sygnałem wyjściowym w całym zasięgu pomiarowym czujnika.

•Czas reakcji: Czas potrzebny na zmianę sygnału wyjściowego, gdy zmianie ulega wartość mierzonej wielkości na wejściu.

(4)

Praktyczne i ekonomiczne cechy czujnika:

Koszt: Należy wziąć pod uwagę koszty przetwornika, kondycjonera sygnału (zależnie od potrzeb), kabli przyłączeniowych oraz zapotrzebowania na prąd. Bardzo często sam koszt instalacji czujnika jest najbardziej znaczący w ogólnym kosztorysie.

Konserwacja: Każda dodatkowa konserwacja i kalibrowanie wymagają dodatkowej pracy i wydatków.

Kompatybilność: Zgodność z różnymi systemami operacyjnymi i zamienność z innymi komponentami i standardami (wejścia sterownika, protokół komunikacji systemu).

Środowisko: Funkcjonalność w nieprzyjaznym środowisku (dopuszczalna temperatura, ciśnienie, wilgotność, nie korozyjne własności medium).

Odporność na zakłócenia: Wrażliwość na otaczające zakłócenia, takie jak fale elektromagnetyczne czy pola elektryczne i magnetyczne.

(5)

Podział i rodzaje czujników w OWK Podział i rodzaje czujników w OWK

Automatyzacja procesów w inżynierii środowiska wymaga zastosowania czujników służących do pomiaru takich

wielkości jak:

• temperatura,

• ciśnienie,

• wilgotność,

• prędkość przepływającego medium,

• strumień objętości,

• strumień ciepła,

• entalpia,

• jakość powietrza,

• zawartość CO²,

• poziom cieczy,

• ruch,

• obecność itp.

(6)

Wielkością wyjściową czujnika może być:

• ruch mechaniczny (czujniki rozszerzalnościowe),

• oporność elektryczna (pasywne czujniki rezystancyjne, nastawniki potencjometryczne),

• w przypadku czujników nazywanych aktywnymi standardowy sygnał elektryczny (np. 0 do 10 V, 0 (4) do 20 mA),

• w przypadku czujników inteligentnych informacja cyfrowa (sygnał binarny).

(7)

CZUJNIKI TEMPERATURY CZUJNIKI TEMPERATURY

• Czujniki temperatury posiadają element czuły na temperaturę, który przy zmianie temperatury (wejście) zmienia wartość sygnału wyjściowego.

• W zależności od zastosowanej zasady pomiaru temperatury czujniki można podzielić na: rezystancyjne, termoelementy, bimetalowe, manometryczne i cieczowe.

• W tablicy opisano możliwości wykorzystania poszczególnych metod pomiarowych w automatyzacji systemów grzewczych i wentylacyjnych.

(8)

Mierniki temperatury Mierniki temperatury

Zakres i niepew^- Zasada pomiaru

ność pomiaru Zastosowanie Ograniczenia

Termometry cieczowe

- rtęć w szkle -38 do 550°C temperatura stykającego się gazu w gazie zakłócenia od

±0,03 do ±2 K lub cieczy promieniowania - ciecz organiczna w szkle -200 do 200°C temperatura stykającego się gazu w gazie zakłócenia od

±0,03 do ±2 K lub cieczy promieniowania Termometry rezystancyjne

-platynowe

•z uzwojeniem rezystan- -259 do1000°C do dokładnych i/lub zdalnych po- wyższy koszt; zakłóce-

cyjnym ±0,1 do1,0 K miarów temperatury otoczenia nia od promieniowania,

bezwładność ciepła

•miniaturowe z rezystorem -50+600°C do dokładnych i/lub zdalnych po- wykonanym techniką cien- ca. 0,05 K miarów temperatury otoczenia;

kowarstwową stała czasowa nawet 10 ms; -

(9)

Mierniki temperatury Mierniki temperatury

• niklowe -250 do 200°C do zdalnych pomiarów temperatu - zakłócenia od promie -

±0.05 do1,0 K ry otoczenia niowania

•termistory do 200°C do zdalnych pomiarów, punktowe nieliniowa charaktery -

±0,05 K pomiary; mała stała czasowa, styka, ulegają starzeniu

do ±0,5 K

Termoelementy

• - -

•Typ K (Ni-Cr/Krzem) do 1250°C do rutynowych pomiarów raczej w

±0.1 do ±10K wyższych temperaturach, do zdalnych- najmniej dokładne z

pomiarów wymienionych termo -

elementów narażone na

•Typ J (Fe/Konstantan) do 750°C jw. utlenienie

±0.1 do ±0,6 K

•Typ T (Cu/Konstantan) do 350°C jw; przystosowane specjalnie do

±0.1 do ±3K niższych temperatur

•Typ E (Ni -Cr/Konstantan) do 900°C jw; przystosowane specjalnie do

±0.1 do ±7K niższych temperatur

(10)

Mierniki temperatury Mierniki temperatury

Termometr bimetalowy -20 do 660°C do zgrubnych pomiarów opóźnienie czasowe; nie

±1 K; zwykle nadaje się do zdalnych

większa pomiarów

Termometr manometryczny

● napełniony cieczą (zmiana -50do150°C do zdalnych pomiarów błędy z wadliwej

objętości) ±2K instalacji

● napełniony gazem (zmia- -75do660°C do zdalnych pomiarów błędy z wadliwej

na ciśnienia) ±2 K instalacji

● napełniony parą (zmiana -5do250°C do zdalnych pomiarów błędy z wadliwej

ciśnienia) ±2 K instalacji

Pirometr radiacyjny -20do1000°C do zdalnych pomiarów temperatu- wysoki koszt zwierciadłowy ±0,5 K ry powierzchni

(11)

CZUJNIKI REZYSTANCYJNE CZUJNIKI REZYSTANCYJNE

• W typowych układach z regulatorami cyfrowymi stosowane są czujniki rezystancyjne z elementami zmieniającymi swoją oporność elektryczną przy zmianie temperatury.

• Są to przeważnie oporniki drutowe lub warstwowe z platyny lub niklu, jak również specjalne elementy półprzewodnikowe – termistory.

• Opór elektryczny czujnika rezystancyjnego oznaczonego w literaturze symbolem RTD (ang. Resistance Temperature Device) zależy od temperatury, wzrasta z temperaturą.

• Termometry rezystancyjne robione są z platyny, stopu rod-żelazo, niklu, wolframu lub miedzi.

• Konstrukcja ich musi być prosta, sygnał w wysokim stopniu liniowy, o dużej stabilności.

• Wybór materiału na termometr rezystancyjny zależy od zakresu temperatury, wymagań antykorozyjnych, wymagań co do mechanicznej trwałości i kosztu.

(12)

Czujniki rezystancyjne platynowe Czujniki rezystancyjne platynowe

• są najszerzej stosowane do pomiarów cieplnych, ponieważ platyna jest najbardziej trwała i odporna na korozję,

• termometry platynowe mierzą najszerszy zakres temperatury i mają najlepsze charakterystyki metrologiczne.

(ich zależności „rezystancja-temperatura” są najbardziej zbliżone do liniowych).

• o dokładności czujnika decyduje w dużym stopniu czystość platyny,

• przy użyciu termometrów z czystej platyny uzyskać można powtarzalność wskazań rzędu ±0,00001 K, podczas gdy minimalna niepewność świeżo wywzorcowanego termoelementu, jakiej nie udaje się przekroczyć wynosi ±0,2 K.

• termometrem platynowym do dokładnych pomiarów jest termometr Pt 100, co oznacza, że rezystancja czujnika w temperaturze 0°C wynosi 100 Ω (R⁰= 100 Ω).

(13)

Czujniki rezystancyjne platynowe Czujniki rezystancyjne platynowe

Termometr rezystancyjny platynowy:

a) z uzwojeniem umieszczonym wewnątrz obudowy ceramicznej, b) z uzwojeniem nawiniętym na zewnątrz, c) cienkowarstwowy

(14)

Czujniki rezystancyjne platynowe Czujniki rezystancyjne platynowe

Czujnik z platynowym uzwojeniem 1 (rys. a), umieszczonym w okrągłych studniach wywierconych w ceramicznej obudowie 2, uzwojenie uszczelnione jest w obudowie szklanym szczeliwem 3.

• Termometr tego typu przystosowany jest raczej do wyższych temperatur.

Do pomiaru temperatury środowiska termicznego umiarkowanego stosowany jest częściej typ czujnika o prostej konstrukcji pokazany na rys. b.

• Na pręcie ceramicznym 2 nawinięte jest uzwojenie platynowe 1 (z przyspawanymi przewodami zewnętrznymi 4 w obrębie czujnika), które jest pokryte szklaną polewą 5.

(15)

Czujniki rezystancyjne platynowe Czujniki rezystancyjne platynowe

• Na rys. c pokazano konstrukcję czujników platynowych temperatury firmy Heraeus Sensor-Nite (ang. New Innovative Technologies for the Environment).

• Czujnik zawiera (wykonaną techniką fotolitograficzną) cienką warstwę platynowego rezystora 1 naniesioną na płytkę 2 pokrytą tlenkiem glinu Al²O³, którą przykrywa płytka szklana 3 z wtopionymi stykami 4 i przewodami 5.

• Dla uszczelnienia strefę styków 4 przykrywa warstwa 6 z pasty szklano-ceramicznej.

(16)

Czujniki rezystancyjne platynowe Czujniki rezystancyjne platynowe

• Termometry platynowe miniaturowe cienkowarstwowe (ang. Thin-Film Platinum RTD) są obecnie stosowane coraz szerzej w pomiarach cieplnych.

• Cechuje je rezystancja >1000 Ω. Mają jeszcze bardziej liniowe charakterystyki niż termometry rezystancyjne tradycyjne i ich masowa produkcja jest bardziej efektywna.

• Wadą ich są niestandardowe łącza (interfejsy) do systemów komputerowych i występowanie niekiedy szkodliwego efektu samoogrzewania się czujnika o wysokiej rezystancji, gdy proces pomiaru nie jest dostatecznie kontrolowany.

• Termometry platynowe miniaturowe cienkowarstwowe są szczególnie przydatne do pomiarów temperatury powierzchni. Uważa się, że granicą ich dokładności jest ±0,01 K lub ±0,1%. Dzięki małym (kilku lub kilkunastu milimetrowym) wymiarom ich stałe czasowe są wielokrotnie niższe niż innych czujników i liczą się w milisekundach

(17)

Termistory Termistory

• Wykonywane są z polikrystalicznych półprzewodników, w postaci spieków tlenków różnych metali: chromu, manganu, żelaza, kobaltu, niklu i miedzi.

• Termistory typu NTC (ang. Negative Temperature Coefficient) charakteryzują się dużym jednostkowym spadkiem oporu elektrycznego przy wzroście temperatury.

• Dzięki wysokiej wartości oporności nie wymagają układów kompensacji oporności linii łączącej czujnik z regulatorem, co znacząco obniża koszt okablowania układu automatyki.

• Duża nieliniowość charakterystyki uniemożliwia ich zamianę na termistorowe czujniki innych producentów.

• Małe stałe czasowe oraz duża dokładność przyczyniła się do szerokiego stosowania tych czujników.

(18)

Temperatura

°C

Rezystancja Ω

-5 8093

0 7661

+5 7182

10 6667

15 6126

20 5573

25 5025

30 4492

35 3987

40 3518

45 3089

50 2702

55 2358

60 2056

65 1792

70 1563

75 1364

80 1193

85 1047

90 921

95 815

(19)

Czujniki temperatury Czujniki temperatury

• W zależności od typu regulatora czujniki rezystancyjne mogą być łączone bezpośrednio do regulatora jako czujniki pasywne,

• mogą być również wykonywane w połączeniu z przetwornikiem elektrycznym, ze standardowym sygnałem elektrycznym na wyjściu z czujnika 0-10 VDC lub 0(4)-20 mA, jako czujniki nazywane aktywnymi.

(20)

CZUJNIKI TERMOELEKTRYCZNE CZUJNIKI TERMOELEKTRYCZNE

• Termoelementy ze względu na ich mniejszą dokładność i bardziej złożoną budowę niż czujników rezystancyjnych są bardzo rzadko stosowane w automatyzacji systemów ciepłowniczych i klimatyzacyjnych.

• Złącze termoelementu powstaje gdy dwa przewody z różnych metali zostaną połączone przez zespawanie, zlutowanie lub skręcenie.

• Pomiar temperatury za pomocą termopary wykorzystuje trzy zjawiska fizyczne:

• zjawisko Thomsona,

• zjawisko Peltiera,

• prawo trzeciego metalu.

(21)

CZUJNIKI TERMOELEKTRYCZNE CZUJNIKI TERMOELEKTRYCZNE

• Zjawisko fizyczne Thomsona to występowanie różnicy potencjałów w przewodniku jednorodnym, którego końce umieszczono w środowisku o różnych temperaturach. Wartość różnicy potencjałów jest proporcjonalna do różnicy temperatury.

• Zjawisko fizyczne Peltiera to występowanie różnicy potencjałów w miejscu styku dwóch różnych przewodników. Wielkość różnicy potencjałów zależy od rodzaju materiałów oraz różnicy temperatur w miejscach połączenia.

• Prawo trzeciego metalu głosi, że jeżeli do obwodu wprowadzi się przewód z trzeciego metalu to różnica potencjałów nie ulegnie zmianie.

(22)

CZUJNIKI TERMOELEKTRYCZNE CZUJNIKI TERMOELEKTRYCZNE

• Siła termoelektryczna na końcach złącza (różnica potencjałów) zależy od materiału, z którego wykonane są przewody, od jakości złącza i od jego temperatury. Jeśli jedno złącze (nazwane złączem „odniesienia” lub „zimnym końcem”) znajdować się będzie w znanej temperaturze a drugie (mierzone) znajdować się będzie w nieznanej temperaturze, to zmierzona siła termoelektryczna będzie funkcją różnicy temperatury między złączem odniesienia a mierzonym.

• Zimne końce termoelementu 1 tworzące złącze 2 powinny być utrzymywane w stałej temperaturze.

• Na rys. c pokazano charakterystyki napięcia wyjściowego różnych termoelementów

(23)

CZUJNIKI TERMOELEKTRYCZNE CZUJNIKI TERMOELEKTRYCZNE

• W zastosowaniach technicznych wykorzystywane są następujące rodzaje termopar:

• Typ R (PtRh13-Pt)

• Typ S (PtRh10-Pt)

• Typ B (PtRh30-PtRh6)

• Typ J (Fe-CuNi),(żelazo-konstantan)

• Typ T (Cu-CuNi), (miedź-konstantan)

• Typ K (NiCr-NiAl)

• Typ E (NiCr-CuNi),(NiCr-konstantan)

• Dokładność pomiarów przemysłowych 0,5 do 5 K.

• Zakresy pomiarowe jak na rysunku.

(24)

CZUJNIKI TERMOELEKTRYCZNE CZUJNIKI TERMOELEKTRYCZNE

(25)

ZALECENIA DOTYCZĄCE MONTAŻU CZUJNIKÓW ZALECENIA DOTYCZĄCE MONTAŻU CZUJNIKÓW

ZANURZENIOWYCH ZANURZENIOWYCH

(26)

Czujnik przylgowy

Czujnik przylgowy--sposób montażusposób montażu

(27)

Czujnik kanałowy

(28)

Pomieszczeniowy czujnik temperatury powietrza Pomieszczeniowy czujnik temperatury powietrza

oraz czujnik temperatury z nastawnikiem

(29)

Czujnik pomieszczeniowy

Czujnik pomieszczeniowy – – zasady montażu zasady montażu

(30)

Czujnik temperatury powietrza zewnętrznego

Czujnik temperatury powietrza zewnętrznego –– zasady zasady montażu

montażu

(31)

ELEKTRYCZNE CZUJNIKI WILGOTNOŚCI ELEKTRYCZNE CZUJNIKI WILGOTNOŚCI

• Zasada działania elektrycznych czujników wilgotności oparta jest na zastosowaniu substancji lub złożonych układów, które absorbują lub tracą wilgoć przy zmianie wilgotności względnej otoczenia, co powoduje zmianę właściwości elektrycznych układu jak impedancja i pojemność elektryczna lub inne parametry elektryczne.

• Czujniki elektryczne mogą mieć wyjście napięciowe lub częstotliwościowe, w przypadku którego stosuje się przetwornik częstotliwościowo-napięciowy dla uzyskania sygnału napięciowego proporcjonalnego do wilgotności.

(32)

ELEKTRYCZNE CZUJNIKI WILGOTNOŚCI ELEKTRYCZNE CZUJNIKI WILGOTNOŚCI

• a) Czujnik rezystancyjny Dumnore'a,

• b) Czujnik pojemnościowy z tlenkiem glinu: model struktury czujnika i układ zastępczy czujnika.

(33)

Czujnik

Czujnik rezystancyiny rezystancyiny Dunmor'a Dunmor'a

• Zawiera dwie elektrody (rys.) naniesione na płytkę pokrytą warstwą z utrwalonym 2 do 5% roztworem chlorku litu.

• Pełny zakres pomiarowy wilgotności względnej pokrywa zwykle kilka czujników o odcinkowych charakterystykach rezystancyjnych.

• Przebieg charakterystyki czujnika dla danego zakresu wilgotności względnej dobiera się zmieniając grubość warstwy higroskopijnej.

(34)

Czujniki pojemnościowe z tlenkiem glinu.

(35)

Czujniki pojemnościowe z tlenkiem glinu.

• Czujnikiem jest płytka aluminiowa z naniesioną elektrolitycznie warstwą tlenku glinu o dużej higroskopijności (ma strukturę włóknistą z podłużnymi porami skierowanymi ku powierzchni).

• Tlenek pokrywa przepuszczalna dla wilgoci mikrowarstewka naparowanego chromu lub złota.

• Nie trawiona część płytki aluminiowej oraz metalowa warstwa stanowiąca elektrodę tworzą dwie elektrody, okładki kondensatora złożonego z warstwy tlenku glinu.

• Czujnik cechuje duża stałość charakterystyki przy zmianach temperatury oraz mała bezwładność wskazań.

• Stała czasowa może wynosić <2s i jeszcze mniej w niższych zakresach wilgotności.

• Przy zmianie wilgotności od dużych wartości już od 80%, czas ustalania się wskazań wydłuża się znacznie, przez co czujnik nie ma dobrej opinii

(36)

Czujniki pojemnościowe All Polimer Czujniki pojemnościowe All Polimer

• Elementem pomiarowym czujnika wilgotności jest niemetaliczny kondensator wykonany z polimerowych płytek nasycanych węglem.

• Płytki są rozdzielone wodochłonnym polimerem, którego własności dielektryczne zmieniają się w zależności od ilości wilgoci zaadsorbowanej z otaczającego powietrza.

• Zmiany pojemności tego kondensatora, uzależnione proporcjonalnie od zmian wilgotności, wykorzystano jako sygnał wejściowy do przetwornika normalizującego je w formie standardowego sygnału napięciowego.

(37)

ELEKTRYCZNE CZUJNIKI WILGOTNOŚCI

(38)

CZUJNIKI WILGOTNOŚCI

CZUJNIKI WILGOTNOŚCI –– ZASADY MONTAŻU ZASADY MONTA ŻU

(39)

Czujniki ciśnienia Czujniki ciśnienia

• W przetwornikach ciśnienia elementem pomiarowym jest membrana lub piezorezystor.

• Piezorezystorami nazywa się czujniki wykonane z materiałów półprzewodnikowych, których rezystancja zależy od naprężeń w materiale.

• Zachodzące pod wpływem zmian ciśnienia odkształcenia membrany lub zmiany rezystancji elementu piezorezystora w przetworniku przetwarzane są na standardowy sygnał elektryczny napięciowy lub prądowy.

• Najczęściej elementem pomiarowym jest piezorezystancyjny czujnik krzemowy oddzielony od medium przez membranę separującą i wybraną ciecz manometryczną.

• Układ elektroniczny znajduje się w obudowie o stopniu szczelności IP 65.

(40)

Czujniki ciśnienia

(41)

CZUJNIK PRZEPŁYWU

(42)

Czujnik przepływu płynu Czujnik przepływu płynu

• Przełącznik elektryczny z łopatką zanurzoną w medium (w przewodzie) zwiera lub rozwiera styki elektryczne. Alarm przy przekroczeniu lub spadku wartości strumienia poniżej wartości zadanej (wielkością łopatki).

(43)

Pomiar prędkości

(44)

Pomiar zawartości CO

²²

w powietrzu w powietrzu

Schemat blokowy czujnika optycznego zawartości CO2 wraz z układem

przetwarzającym.

Oznaczenia: 1,2 – fotodiody odbiorcze, 3 – dioda nadawcza emitująca światło, 4,5 – wzmacniacze sygnałowe, 6 – drajwer impulsowy, 7 – mikrokontroler zasilający, 8 – wyświetlacz, 9 – interfejs RS232/485.

Czujniki CO² działają w oparciu o technologię nie rozproszonej podczerwieni (NDIR), dają sygnał wyjściowy 0...10Vdc odpowiadający koncentracji 0...2030 ppm (cząsteczek na milion) CO2

(45)

Pomiar zawartości CO

²²

w powietrzu w powietrzu

• Stężenie CO² jest oznaczane przez pomiar tłumienia określonej długości pasma podczerwieni - to znaczy drogę światła od jego źródła do detektora wzdłuż określonej ścieżki optycznej.

• Czujnik wykrywa stopień stężenia i przy współpracy przetwornika przetwarza go w analogowy sygnał wyjściowy o wartości 0...10Vdc odzwierciedlający w sposób liniowy koncentrację CO2.

(46)

Czujnik jakości powietrza VOC Czujnik jakości powietrza VOC

• Czujnik jakości powietrza w pomieszczeniu służy do pomiaru zawartości niekorzystnych składników w postaci łatwo utleniających się gazów organicznych lub par (VOC – Volatile Organic Compounds - lotne składniki organiczne).

• Pomiar umożliwia optymalizację jakości powietrza w pomieszczeniu oraz ograniczenie zużycia energii poprzez określenie niezbędnego zapotrzebowania powietrza świeżego.

(47)

Czujnik jakości powietrza

Czujnik jakości powietrza -- zasada pomiaru zasada pomiaru

Podgrzewany element pomiarowy wykonany na bazie półprzewodnikowego tlenku cyny SnO² reaguje w szerokim zakresie na wszystkie utleniające się gazy organiczne i pary jak np. dym tytoniowy, ludzkie biogazy, zapachy kuchenne, tlenek węgla, alkohole, gazy techniczne, formaldehydy itp. mierząc zawartość tych gazów w powietrzu, w mg/m3 lub w ppm.

Nowoczesne czujniki VOC charakteryzują się;

• wyeliminowaniem wpływu zmiennych parametrów powietrza tj.

temperatury, wilgotności i prędkości,

• kalibracją u producenta a nie w miejscu montażu,

• żywotnością i powtarzalnością wyników pomiarów,

• możliwością przekazywania danych w formie analogowych sygnałów standardowych lub numerycznie.

(48)

System zliczania liczby osób System zliczania liczby osób

• Przykładowym zastosowaniem jest ustalanie liczby osób przebywających w danym momencie w hali sprzedaży supermarketu i ustalanie na tej podstawie w systemach wentylacji pomieszczeń ilości powietrza świeżego podawanego przez wentylatory nawiewne przy założeniu jednostkowego strumienia minimalnego przypadającego na jedną osobę.

(49)

System zliczania liczby osób System zliczania liczby osób

Zasada działania

• Czujniki umieszczone w bramach wejściowych i wyjściowych działają na zasadzie pasywnych czujników podczerwieni reagujących na promieniowanie cieplne osób przechodzących w obu kierunkach w strefie ich zasięgu .

• Informacje z czujników przesyłane są do mikroprocesorowego analizatora z możliwością dalszego przesyłania danych w formie cyfrowej, po RS 232, lub w formie niezależnych impulsów oddzielnie dla osób wchodzących i osób wychodzących.

(50)

System zliczania liczby osób

System zliczania liczby osób – – zasada działania zasada działania

• Główną część czujnika stanowi pyroelektryczny nadajnik.

• Elementy składowe czujnika wytwarzają w zakresie strefy roboczej po dwie kurtyny po stronie wewnętrznej bramy i po stronie zewnętrznej.

• Osoby wchodzące w przestrzeń pomiędzy kurtyny wewnętrzne lub zewnętrzne generują sygnały informujące o ilości osób wchodzących i wychodzących.

(51)

System zliczania liczby osób

(52)

System zliczania liczby osób

(53)

System zliczania liczby osób

(54)

Dziękuję za uwagę !

(55)

Trójdrogowe zawory Trójdrogowe zawory

regulacyjne regulacyjne

Wykład 3

(56)

٠ Podstawą do doboru średnicy nominalnej zaworu regulacyjnego jest obliczenie współczynnika przepływu Kvs

[m3/h]

gdzie:

Vs[m3/h] – obliczeniowy strumień objętości wody, [bar]– strata ciśnienia na zaworze

regulacyjnym całkowicie otwartym, dla założonej wartości autorytetu zaworu a (kryterium dławienia).

• Minimalny spadek ciśnienia na zaworze regulacyjnym Δp^Z100min ≥ 0.1 bar

S 100

Z p

a 1

p a ⋅∆

= −

∆

Zasady doboru zaworów regulacyjnych przelotowych - powtórka

100 Z S

VS p

K V

= ∆

(57)

Zasady doboru zaworów regulacyjnych przelotowych Zasady doboru zaworów regulacyjnych przelotowych --

powtórka powtórka

Autorytet zaworów przelotowych (kryterium dławienia zaworu) jest definiowany jako

• gdzie:

strata ciśnienia na zaworze całkowicie otwartym,

strata ciśnienia w sieci przewodów obwodu regulacji.

Przy stałoprocentowej charakterystyce zaworu jako wielkość orientacyjną przyjmuje się autorytet zaworu a = 0,3 do 0,5.

Jest to zakres wartości, dla którego uzyskuje się dopuszczalny zakres wahań współczynnika wzmocnienia obiektu regulacji zawór–wymiennik a tym samym dobrą jakość regulacji.

s z

z

p p

a p

∆ +

∆

= ∆

100 100

−

∆p_Z₁₀₀

−

∆p_s

(58)

Metoda wymiarowania zaworów na podstawie kryterium minimalizacji wahań współczynnika wzmocnienia obiektu regulacji

Współczynnik wzmocnienia Współczynnik przenoszenia kw

• Charakterystyki statyczne: a – zaworu regulacyjnego (stałoprocentowa), b –

wymiennika ciepła, c – wymiennika ciepła wraz z zaworem regulacyjnym (obiekt regulacji)

h/h_s m a h

m/m_s

Q/Q_s

m b Q

h/h_s h ^Q/Q^s

m

Q/Qs

h k_s Q

∆

= ∆

) 1 /

(

) /

(

100 100 100

=

= const

h h d

Q Q d k

k k

S S W

c

(59)

Rodzaje wykonań armatury trójdrogowej Rodzaje wykonań armatury trójdrogowej

Zawór trójdrogowy: a) mieszający, b) rozdzielający

(60)

Charakterystyka zaworów trójdrogowych Charakterystyka zaworów trójdrogowych

Cechą charakterystyczną zaworów trójdrogowych jest to, że powierzchnia przekroju zmienia się w gniazdach (dwa gniazda) w przeciwnych kierunkach.

Strumienie na drodze A i B są zmienne (od 0 do 100%) a strumień na drodze AB zmienia się w ograniczonym zakresie (nie więcej niż ± 10%).

Strumień A służy do regulacji mocy (temperatury),

wpływa na kształt charakterystyki obiektu regulacji

zawór-wymiennik.

(61)

Sposoby montażu zaworów trójdrogowych Sposoby montażu zaworów trójdrogowych

W układzie hydraulicznym z zaworem trójdrogowym można wyróżnić trzy obiegi:

• część, w której strumień przepływającego czynnika jest stały (jest to tzw. obieg stałego przepływu - SP),

• obieg zmiennego przepływu zależny od stopnia otwarcia zaworu ZP,

• przewód mieszający o zmiennym przepływie PM.

K G

Z

ZP PM SP

(62)

Sposoby montażu zaworów trójdrogowych Sposoby montażu zaworów trójdrogowych

a) zawór mieszający,

b) zawór mieszający pełniący

funkcję zaworu rozdzielającego,

c) zawór rozdzielający

(63)

Charakterystyki wewnętrzne zaworów trójdrogowych Charakterystyki wewnętrzne zaworów trójdrogowych

(64)

Charakterystyki zaworów trójdrogowych Charakterystyki zaworów trójdrogowych

Wymagania:

• strumień objętości w obwodzie odbiornika (przyłącze AB) jest stały: ∆V≤ ± 10%Vs,

• charakterystyka przyłącza A umożliwia zmianę mocy cieplnej instalacji proporcjonalnie do skoku zaworu (kryterium minimalizacji wahań współczynnika

wzmocnienia obiektu regulacji).

Analiza charakterystyk eksploatacyjnych zaworów trójdrogowych została opisana w książkach W.

Chmielnickiego i H. Rossa.

(65)

Charakterystyki eksploatacyjne zaworów trójdrogowych Charakterystyki eksploatacyjne zaworów trójdrogowych

wg Chmielnickiego wg Chmielnickiego

• Charakterystyka eksploatacyjna zaworu trójdrogowego zależy od wartości spadków ciśnienia w poszczególnych obwodach układu reg.

K G

Z PM

100 100

100 Z G

k

or

p p p

p = ∆ + ∆ + ∆

∆ ∆ p

or

= ∆ p

zp

+ ∆ p

Z₁₀₀

+ ∆ p

sp

ZP SP

(66)

wg Chmielnickiego wg Chmielnickiego Stopień rozdziału – A

Autorytet zaworu trójdrogowego

UWAGA!

Zamiast ∆ps przyjmowanego przy doborze zaworów przelotowych) w przypadku zaworów 3-drogowych wstawiamy ∆pzp

zp z

z calk

Z

p p

a p

∆ +

∆

= ∆

∆

= ∆

100

100 100

100

100 Z

k

calk p p

p = ∆ + ∆

∆ ∆p^calk = ∆p^zp + ∆p^Z¹⁰⁰

or zp or

k

p p p

A p

∆

= ∆

∆

= ∆

¹⁰⁰

(67)

Charakterystyki eksploatacyjne

zaworu trójdrogowego

dla stopnia rozdziału ciśnienia A = 0,21

oraz współczynnikach autorytetu a = 0,125 (xxxxx),

0,3 (---) i 0,7 (...),

(68)

Charakterystyki eksploatacyjne (robocze) zaworu trójdrogowego przy stałym współczynniku

autorytetu a = 0,3

oraz różnych stopniach rozdziału ciśnienia:

A = 0,07 (xxxxx), 0,21 (---)

0,49 (...),

(69)

• Z przedstawionej analizy wynika, że w celu zapewnienia minimalnych zmian przepływów w króćcu AB, opory obiegu o zmiennym przepływie Δp

^zp

muszą być małe w porównaniu do oporów obiegu o stałym przepływie Δp

^sp

i spadku ciśnienia na zaworze regulacyjnym Δp

^Z100

.

• Najkorzystniejszą charakterystykę uzyskano dla A = 0,07 (xxxxx),

or zp or

k

p p p

A p

∆

= ∆

∆

= ∆

¹⁰⁰

(70)

Wnioski Wnioski

• Deformacja charakterystyki przepływowej na wypływie z zaworu trójdrogowego (wylot AB) zależy od stosunku oporu odcinka sieci o zmiennej wartości strumienia objętości do oporu całej sieci.

• Kierowanie się przy doborze średnicy zaworu trójdrogowego jedynie kryterium wartości współczynnika autorytetu zaworu nie jest uzasadnione, ponieważ nie uwzględnia on wpływu tłumienia przez opór odcinka sieci o niezmiennym strumieniu objętości na deformację charakterystyki przepływowej na wypływie AB z zaworu trójdrogowego .

• W praktyce konieczne jest ilościowe określenie

wpływu tłumienia.

(71)

Charakterystyki eksploatacyjne zaworów Charakterystyki eksploatacyjne zaworów

trójdrogowych trójdrogowych

• W wypadku stosowania zaworów przelotowych deformacja charakterystyki zależy przede wszystkim od jednego parametru, a mianowicie autorytetu zaworu a, który zależy z kolei od doboru średnicy zaworu.

• W wypadku zaworów trójdrogowych taki wpływ mają trzy parametry, a mianowicie: a (a’), b, c.

zp Z

Z calk

Z

p p

a p

∆ +

∆

= ∆

∆

= ∆

100

100 100

(72)

Charakterystyki eksploatacyjne zaworów trójdrogowych wg H. Rossa

Wyniki badań H. Rossa

K G

Z

ZP PM SP

zp pm

zp sp

zp Z

p p

c

p p

b

p p

a

∆

=

∆

=

∆

=

/ /

/

'

₁₀₀

(73)

Wpływ parametru

Wpływ parametru a’ i b (c=1) a’ i b (c=1) na strumień na wypływie z na strumień na wypływie z króćca AB (V/V

króćca AB (V/V100100) wg H. Rosa) wg H. Rosa

(74)

Wnioski z badań H. Rosa Wnioski z badań H. Rosa

• Wymagany autorytet zaworu a ma znaczącą wartość tylko przy małym tłumieniu przez odcinek sieci o stałym strumieniu objętości (małe wartości b<3).

• W wypadku wartości parametru b > 3 wpływ średnicy zaworu trójdrogowego (a tym samym autorytetu a) na zmianę charakterystyki w króćcu AB zaworu jest w zasadzie bez znaczenia.

• Z reguły instalacje ogrzewania są projektowane w

taki sposób, żeby stosunek b > 3.

(75)

Zasady doboru zaworów trójdrogowych Zasady doboru zaworów trójdrogowych

Z badań H. Rosa można wyciągnąć następujące wnioski:

• równoważenie połączonych równolegle odcinków o zmiennym strumieniu objętości (ZP i PM - parametr c=1) jest celowe tylko przy wartościach parametru b < 3,

• współczynnik autorytetu a ma istotny wpływ przy doborze zaworu dla b < 3. Jeżeli za punkt wyjścia przyjęto dopuszczalne zwiększenie sumarycznego strumienia objętości (V/V100 = 1,1) to przy b < 3 współczynnik autorytetu należy przyjmować a=0.5,

• przy wartościach parametru b ≥ 3 zmiana sumarycznego strumienia objętości jest tak niewielka i w tak małym stopniu zależna od kryterium dławienia a, że deformacja podstawowych charakterystyk zaworu nie może być miarodajna przy doborze zaworu. W takich sytuacjach trzeba przyjąć inne kryterium, np. kryterium minimalizacji wahań współczynnika wzmocnienia kz=const dla obiektu zawór + wymiennik ciepła i wówczas wystarczy a=0.3÷0.5.

(76)

Dobór zaworu mieszającego w układach z Dobór zaworu mieszającego w układach z

wtryskiem wtryskiem

d c s b

a s

Z

p p

p ≥ ∆

⁻

+ ∆

⁻

∆

₁₀₀

e a s d

c s b

a

s

p p

p

⁻

+ ∆

⁻

= ∆

⁻

∆

(77)

1. Podstawą do doboru średnicy nominalnej zaworu regulacyjnego jest obliczenie współczynnika przepływu Kvs

[m3/h]

gdzie:

V[m3/h] – obliczeniowy strumień objętości wody,

Δp_z100 [bar] – strata ciśnienia na zaworze regulacyjnym całkowicie otwartym, obliczana dla założonej wartości autorytetu zaworu a

gdzie:

∆p^{zp -} strata ciśnienia w obiegu zmiennoprzepływowym ZP.

zp

Z

p

a

p a ⋅ ∆

= −

∆

¹⁰⁰

1 Zasady doboru zaworów regulacyjnych trójdrogowych – tok obliczeń

100 Z S

VS p

K V

= ∆

(78)

Tok obliczeń Tok obliczeń

K G

Z

ZP PM SP

zp pm

zp sp

p p

c

p p

b

∆

=

∆

=

/ /

2. Określamy obwody stało- i zmiennoprzepływowe a następnie obliczamy wartości parametrów b i c

(79)

Tok obliczeń Tok obliczeń

3. Kierując się wynikami badań H. Roosa w zależności od wartości parametru b przyjmujemy wartość współczynnika autorytetu a:

• przy b < 3 współczynnik autorytetu należy przyjmować a ≥ 0.5 i równoważymy hydraulicznie połączone równolegle odcinki o zmiennym strumieniu objętości tak aby c=1 (wstawiamy w przewód mieszający zawór do ręcznego nastawiania),

• przy wartościach parametru b ≥ 3 przyjmujemy a=0.3÷0.5.

(80)

Tok obliczeń Tok obliczeń

• Wg większości pozycji literaturowych przy doborze trójdrogowych zaworów regulacyjnych należy przyjmować a ≥ 0.5 i równoważyć hydraulicznie połączone równolegle odcinki o zmiennym strumieniu objętości. Zastosowanie tych zaleceń nie jest błędem gdyż zapewnia dobrą jakość regulacji niezależnie od wartości kryterium tłumienia b. Ich wadą może być niska efektywność energetyczna układu – wysokie koszty pompowania.

• Minimalny spadek ciśnienia na zaworze regulacyjnym jako Δp ≥ 0.1 bar, wg. literatury niemieckiej nawet Δp^Z100min ≥ 0.03 do 0.05 bar.

4. Po obliczeniu współczynnika przepływu K_VS z katalogu zaworów dobieramy średnicę zaworu o wartości K_VS najbliższej mniejszej (jeżeli pozwala na to ∆p^d) od wyliczonej.

Przy małych wartościach Δp^Z100 = Δp^zp (a=0.5) ustalając K_VSkierujemy się średnicą przewodów przyłączanych do zaworu.

5. Sprawdzamy rzeczywistą wartość ∆p^Z100 oraz a rzeczywiste.

(81)