Датчик скорости потока воздуха в воздуховоде

Принцип работы термоанемометрического датчика

Сегодня мы говорим о чувствительных элементах самой простой конструкции — о термоанемометрических датчиках. Термоанемометрический чувствительный элемент состоит из датчика температуры и нагревательного элемента.

В отсутствии потока температура нагревателя остается неизменной, а при наличии потока нагреватель начинает отдавать своё тепло окружающей среде.

Количество тепла, которое отдается потоку нагретым элементом, зависит от теплофизических характеристик среды, от параметров трубы и от скорости потока. Для приложений, где характеристики среды и размеры трубы известны, теплоотдача нагревателя может использоваться для расчета скорости потока.

И датчик температуры, и нагреватель представляют собой платиновые термосопротивления — элементы, сопротивление которых практически линейно зависит от температуры среды.

Оба термосопротивления включаются в мостовую схему, которая в отсутствии потока уравновешена. Когда скорость потока увеличивается, нагреватель охлаждается, его сопротивление изменяется и мост разбалансируется. Сигнал разбаланса поступает на усилитель, выходной сигнал усилителя сообщает нагревателю более высокую температуру и приводит мост обратно в равновесное состояние. Величина напряжения, которое требуется чтобы уравновесить мост, является функцией от скорости потока.

Зачем измеряют скорость воздуха

Для систем вентиляции и кондиционирования одним из важнейших факторов является состояние подаваемого воздуха. То есть, его характеристики.

К основным параметрам воздушного потока относятся:

  • температура воздуха;
  • влажность воздуха;
  • расход количества воздуха;
  • скорость потока;
  • давление в воздуховоде;
  • другие факторы (загрязненность, запыленность…).

В СНиПах и ГОСТах описаны нормированные показатели для каждого из параметров. В зависимости от проекта величина этих показателей может изменятся в рамках  допустимых норм.

Датчик скорости потока воздуха в воздуховоде

Скорость в воздуховоде строго не регламентируется нормативными документами, но в справочниках проектировщиков можно найти рекомендуемые значение этого параметра. Узнать как рассчитать скорость в воздуховоде, и ознакомится с ее допустимыми значениями можно прочитав данную статью. 

Например, для гражданских зданий рекомендуемая скорость движения воздуха по магистральным каналам вентиляции лежит в пределах 5-6 м/с. Правильно выполненный аэродинамический расчет решит задачу подачи воздуха с необходимой скоростью.

Но для того чтобы постоянно соблюдать этот режим скорости, нужно время от времени контролировать скорость перемещения воздуха. Почему? Через некоторое время воздуховоды, каналы вентиляции загрязняются, оборудование может давать сбои, соединения воздуховодов разгерметизируются. Так же, измерения необходимо проводить при плановых проверках, чистках, ремонтах, в общем, при обслуживании вентиляции. Помимо этого, измеряют также скорость движения дымовых газов и др.

Все устройства такого типа компактны и несложны в использовании, хотя и тут есть свои тонкости.

Приборы для измерения скорости воздуха:

  • Крыльчатые анемометры
  • Температурные анемометры
  • Ультразвуковые анемометры
  • Анемометры с трубкой Пито
  • Дифманометры
  • Балометры

Крыльчатые анемометры одни из самых простых по конструкции устройств. Скорость потока определяется скоростью вращения крыльчатки прибора.

Температурные анемометры имеют датчик температуры. В нагретом состоянии он помещается в воздуховод и по мере его остывания определяют скорость воздушного потока.

Предлагаем ознакомиться  Как осушить воздух в квартире народными средствами

Ультразвуковыми анемометрами в основном измеряют скорость ветра. Они работают по принципу определения разницы частоты звука в выбранных контрольных точках воздушного потока.

Анемометры с трубкой Пито оснащены специальной трубкой малого диаметра. Ее помещают в середину воздуховода, тем самым измеряя разницу полного и статического давления. Это одни из самых популярных устройств для измерения воздуха в воздуховоде, но при этом у них есть недостаток — невозможность использования, при высокой концентрации пыли.

Дифманометры могут измерять не только скорость, а и расход воздуха. В комплекте из трубкой Пито, этим устройством можно измерять потоки воздуха до 100 м/с.

Балометры наиболее эффективны при измерениях скорости воздуха на выходе из вентиляционных решеток и диффузоров. Они имеют раструб, который захватывает весь воздух, выходящий из вент-решетки, тем самым сводя погрешность измерения к минимуму.

Высокочувствительные и точные датчики (преобразователи, измерители, приборы) Е Е Elektronik австрийского производства находят широкое применение преимущественно в системах кондиционирования, вентиляции и отопления, в промышленности, строительстве, военном и морском деле, а также в некоторых других областях.

Датчики, преобразователи, приборы скорости потока воздуха Вы можете купить в Санкт-Петербурге (СПб), Москве, Казани, Нижнем Новгороде, Челябинске, Новосибирске, Екатеринбурге, Самаре, Омске, Уфе, Ростове, Перми, Воронеже, Волгограде и других городах России. 

Достойная альтернатива датчикам, приборам, преобразователям скорости потока воздуха Вайсала (Vaisala), С С (S S), Regin, VCP, Rotronic

датчик (преобразователь) скорости воздуха, датчик (преобразователь) скорости потока воздуха/газа, измеритель скорости потока воздуха/газа, прибор для измерения скорости воздуха/газа, измерители скорости воздуха/газа, датчики (преобразователи, измерители, приборы) Е Е Elektronik,термоанемометр, термоанемометр цена, термоанемометр (ультразвуковой, механический), скорость инертных газов,
Поставляем аналоги: S S (С С), Vaisala (Вайсала), VCP

Структура датчика

Процесс производства датчиков скорости потока IST очень похож на производство обычных термосопротивлений (датчиков температуры). На статью, посвященную производству тонкопленочных термосопротивлений, я ссылаюсь чуть выше.

На керамическую подложку, обладающую низкой теплопроводностью, напыляются платиновые меандры — токопроводящие дорожки, из которых формируются два термосопротивления.

Первое термосопротивление — нагреватель — имеет номинальное сопротивление R0 = 45 Ом, второе — датчик температуры — имеет номинальное сопротивление R0 = 1200 Ом.

На подложку также наносятся необходимые соединения и контактные площадки для крепления выводов. Конструкция с обеих сторон покрывается пассивационным слоем из стекла, после чего к датчику крепятся выводы.

Отзывы на Датчик скорости воздушного потока серии 641

Датчик скорости воздуха новой серии 641 представляет собой идеальный инструмент для мониторинга воздушного потока. Этот датчик использует сенсор потока нагретой массы, который позволяет сделать точные измерения скорости при различных расходах и температурах. Серия 641 обеспечивает выбор 16 диапазонов в полевых условиях.

Особенности:

  • Диапазоны до 15000 фут/мин или 75 м/сек
  • Опциональный яркий СИД дисплей
  • Установка с помощью кнопки
  • Компактный корпус
  • Выходной сигнал 4-20 мА
  • Цифровой фильтр для демпфирования сигнала

Сергей Хлыбов,
09.01.2019

Отлично подходят для организации противопожарной системы в многоквартирных домах.

Предлагаем ознакомиться  Гигиеническая оценка микроклимата помещений. Определение температура, влажность, атмосферное давление, скорость движения воздуха.

Я не вижу смысла углубляться в физику и разбирать вывод формулы для расчета скорости потока, отмечу лишь основные законы, на которых эта формула базируется.

1. Уравнение теплового баланса — зависимость количества теплоты , которую отдал среде нагреватель, от разности температур нагревателя и среды , площади поверхности нагревателя и коэффициента теплообмена нагревателя .

2. Закон Кинга, связывающий количество теплоты с мгновенной скоростью потока

, где

— выходное напряжение схемы

— напряжение при отсутствии потока (величина

отражает

— изначальную разницу между температурой нагревателя и температурой среды)

— коэффициент, который зависит от профиля потока и от положения датчика; значение

принадлежит диапазону (0.9…0.93)

— коэффициент, для датчиков FS7 равный 0.51

— искомая скорость потока

В работе также используют обратную формулу .

Коэффициенты и подбираются в процессе калибровки датчика (см. ниже).

Как проводят измерения

Существуют некоторые нюансы работы с анемометрами разных видов. Как уже упоминалось, анемометры с трубкой Пито нельзя использовать при высоких концентрациях твердых частичек, иначе трубка быстро засоряется, а прибор выходит из строя. Термоанемометры не работают в условиях измерения высоких скоростей воздушного потока — свыше 20 м/с.

Измерения скорости воздуха можно проводить в воздуховодах, на выходе из воздуховодов, в вентиляционных решетках или диффузорах.

Когда измерение скорости проводят непосредственно в воздуховоде, то место измерения должно находится после прохождения потока через фильтры. На воздуховоде следует найти специальное отверстие, которое предназначено для контрольно-измерительных операций (такие отверстия часто закрывают питометражной заглушкой). Также можно использовать очистной лючок.

[important] Следует помнить, что отверстие для контрольно-измерительных операций должно находится на прямом участке воздуховода. Его длинна не менее 5 диаметров воздуховода [/important]

При произведении замеров трубкой Пито, ее вставляют в воздуховод, направляя против потока воздуха.

Схема включения датчика

Датчик FS7 имеет три вывода: контакт нагревателя, контакт датчика температуры, земля.

Универсальной схемы включения датчика, как и детальных рекомендаций по его монтажу, нет. Причина очевидна — отношение скорости потока к напряжению зависит не только от геометрии чувствительного элемента, но и от параметров среды (температура, состав, давление, наличие механических частиц), а также от геометрии трубы, положения датчика в трубе и от профиля потока.

Для калибровки датчика используют три точки — нулевая скорость, максимальная скорость потока и точка посередине.

В отсутствии потока фиксируется значение . Пусть В.

При В и м/c формула принимает вид .

При В при м/c формула принимает вид

Датчик скорости потока воздуха в воздуховоде

Получаем систему из двух уравнений с двумя неизвестными, из которой находим и .

Подставив значения , и напряжение в формулу , получим простое выражение для вычисления скорости потока.

Типы датчиков FS7 и модуль FS-flowmodul

Выпускается три стандартных исполнения датчика FS7, которые отличаются друг от друга наличием круглого пластмассового корпуса и рабочим диапазоном температур.

  FS7.0.1L.195 FS7.0.4W.015 FS7.A.1L.195
Диапазон измерений 0…100 м/c
Разрешение 0,01 м/c
Время отклика ~200 мс
Диапазон рабочих температур −20… 150 °C −20… 400 °C −20… 150 °C
Размеры элемента 6.9 x 2.4 мм
Выводы изолированные длиной 195 мм не изолированные длиной 15 мм изолированные длиной 195 мм
Размеры корпуса Ø 6 мм, длина 14 мм
Розничная цена 21,29 EUR
UPD от 4 июля 2017:
16 EUR
21,29 EUR 25,44 EUR
Предлагаем ознакомиться  Как утеплить внешнюю стену в квартире или доме

На этапе знакомства с датчиками серии FS7 можно также использовать готовый модуль FS-Flowmodul, на котором реализована схема включения.

Плата FS-Flowmodul имеет три контакта для подключения датчика FS7 с одной стороны и контакты Питание, Земля и Выходной сигнал с другой стороны. Кроме прочего, плата оснащена потенциометром для подстройки выходного напряжения (см. резистор R2 на схеме включения).

Важно отметить, что модуль не предназначен для использования в серийных устройствах. Плата может использоваться только на этапе прототипирования, когда кому-то проще собирать схему самостоятельно, а кому-то удобнее заплатить мне лишние 108 евро и получить готовую отладочную плату 🙂

Заключение

В заключении традиционно благодарю читателя за внимание и напоминаю, что вопросы по применению продукции, о которой мы пишем на хабре, можно также задавать на email, указанный в моем профиле.

С помощью современных приборов для измерения скорости воздуха можно точно и быстро определить характеристики воздушного потока  с минимальной погрешностью, что позволит легко произвести техническое обслуживание системы вентиляции.

Демонстрация

Естественно, для демонстрации работоспособности датчика был выбран самый простой путь. Датчик подключается к FS-Flowmodul, а выход модуля — ко входу АЦП на управляющей плате.

Отладочная плата построена на базе микроконтроллера от SiLabs и подключена к сенсорному TFT-дисплею от Riverdi.

Процессу создания программы для вывода информации на этот дисплей было посвящено целыхпятьстатьейнахабре. Теперь к описанному ранее прототипу для измерения температуры и влажности добавился модуль для измерения скорости потока.

Кстати говоря, когда мы показываем этот прототип живьем, то для демонстрации работы датчиков на них достаточно просто подуть — от дыхания одновременно увеличиваются и влажность, и температура, и скорость потока. К сожалению, этот процесс никак не получается красиво снять на видео, поэтому работа датчика HYT-271 демонстрировалась на кружке кипятка, а для FS7 пришлось соорудить кустарный воздуховод из трубки для чистики аквариума, в которую с помощью велосипедного насоса подается воздух.

Важно: датчик должен быть установлен по центру диаметра трубы, рабочей поверхностью ровно вдоль направления потока.

Примечания

  1. Я допускаю некоторые упрощения при описании описании физических явлений, которые на практике работы с датчиками потока должны быть учтены. Цель сегодняшней публикации — продемонстрировать базовые принципы работы чувствительных элементов FS7. Однако если найдутся комментаторы, готовые раскрыть физику процесса поподробнее, то такие пояснения будут приняты автором с благодарностью, выраженной в скидке на покупку FS7.
  2. Вся информация, которую можно найти в интернете для flow sensor FS5, актуальна и для датчика FS7. В первую очередь рекомендую Application Note FS5 и статью, в которой кроме прочего есть описание профиля потока.
Супер отопление
Adblock detector