αισθητήρας µεταλλάκτης ένδειξη

Transcript

1 ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΩΝ & ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΩΝ ΕΡΕΥΝΩΝ TEI ΣΤΕΡΕΑΣ ΕΛΛΑ ΑΣ (Ψύξης, Κλιµατισµού και Εναλλακτικών Μορφών Ενέργειας) ρ. ΜαρίαΚ. Κούκου Μιχάλης Μέντζος Χρήστος Ζιούτης Νίκος Τάχος Prof. Μ. Gr. Vrachopoulos 1

2 ενότητα: Ενεργειακή Επιθεώρηση Κτηρίων 2η ενότητα: Μετρητικός εξοπλισµός Τµήµα Μηχανολόγων Μηχανικών ΤΕ ΕργαστήριοΕνεργειακώνκαι Περιβαλλοντικών Ερευνών (Ψυκτικών ιατάξεων Κλιµατισµού & Εναλλακτικών Μορφών Ενέργειας) ιευθυντής: Καθ. ΜιχάληςΓρ. Βραχόπουλος Συν-Συγραφείς: Χρ. Κώνστας, δρμαρ. Κούκου, υδρχρ. Ζιούτης, υδρμιχ. Μέντζος Συνδιοργανωτές: KEKAPEL Α.Ε. 2

3 Περιεχόµενα Μετρητικός εξοπλισµός 3

4 Όργανο µέτρησης αισθητήρας µεταλλάκτης ένδειξη Συχνά συναντώνται ως µία µονάδα Αισθητήρας : Μεταβάλει µια φυσική του ιδιότητα, ανιχνεύοντας έτσι το µετρούµενο µέγεθος Μεταλλάκτης : Μετατρέπει το σήµα του αισθητήρα σε κάποιο άλλο, συνήθως ηλεκτρικό, ώστε να είναι ευκολότερη η επεξεργασία του. Ένδειξη : Απεικονίζει, µετά από κατάλληλη διαµόρφωση την τιµή του µετρούµενου µεγέθους

5 Αισθητήρες Θερµική αντίσταση: Μεταβολή της τιµής της ωµικής αντίστασης µε τη µεταβολή της θερµοκρασίας Υδράργυρος: Μεταβολή του όγκου µε τη µεταβολή της θερµοκρασίας Φωτοδίοδος: Μεταβολή της τιµής της έντασης ηλεκτρικού ρεύµατος, µε τη µεταβολή της έντασης του φωτός

6 Μεταλλάκτες Αλλαγή Θερµοκρασίας Αλλαγή µήκους ήθέσης Θερµίστορ Αισθητήρας µηχανικής τάσης Αλλαγή ηλεκτρικής αντίστασης Αλλαγή ηλεκτρικής αντίστασης Αλλαγή δύναµης Ελατήριο Αλλαγή Θέσης Ροή Σωλήνας Venturi ιαφορά πίεσης

7 Ενδείξεις Αναλογική ένδειξη Ψηφιακή ένδειξη

8 Ενδεικτικός κατάλογος οργάνων (1) Μετροταινία ή αποστασιόµετρο µε laser για διαστατικές µετρήσεις. Πυξίδα για τον προσανατολισµό των όψεων του κτηρίου / εγκατάστασης. Μετρητή συντελεστή θερµοπερατότητας (θερµοροόµετρο) για µετρήσεις σε τοιχοποιία ή υαλοπίνακα. Θερµοκάµερα για τη µέτρηση επιφανειακών θερµοκρασιών. Πολύµετρο για τη µέτρηση τάσης, ηλεκτρικού ρεύµατος και αντίστασης Βατόµετρο για τη µέτρηση ισχύος.

9 Ενδεικτικός κατάλογος οργάνων (2) Μετρητή συντελεστή ισχύος. Αναλυτή ποιότητας ισχύος. Λουξόµετρο για τη µέτρηση της στάθµης φωτισµού. Θερµόµετρο υγρόµετρο για τη µέτρηση της θερµοκρασίας αέρα, της επιφανειακής θερµοκρασίας και της υγρασίας του αέρα. Μανόµετρογιατηµέτρησητηςπίεσηςτουαέρα. Ανεµόµετρο για τη µέτρηση της ταχύτητας και της κατεύθυνσης του αέρα

10 Μετρολογικά χαρακτηριστικά µετρητικών οργάνων Εύρος λειτουργίας (range) ιακριτική Ικανότητα (resolution) Ακρίβεια (accuracy) Γραµµικότητα (linearity) Ευαισθησία (sensitivity) Χρόνος απόκρισης (response time) Νεκρό διάστηµα (dead band) Σταθερότητα ή ευστάθεια (stability) Ολίσθηση (drift)

11 Εύρος λειτουργίας Το εύρος λειτουργίας (range) ή περιοχή λειτουργίας ενός µετρητικού οργάνου είναι η περιοχή των τιµών του µετρούµενου µεγέθους, µεταξύ της ελάχιστης και της µέγιστης τιµής που µπορεί να αποδώσει, µε αποδεκτή αξιοπιστία, το µετρητικό όργανο.

12 ιακριτική ικανότητα ιακριτική ικανότητα (resolution): ορίζεται ως η ελάχιστη µεταβολή του µετρούµενου µεγέθους, η οποία µπορεί να ευαισθητοποιήσει το όργανο µε αποτέλεσµα να γίνεται ευδιάκριτη από αυτό. Το µέγεθος της διακριτικής ικανότητας δεν είναι σταθερό σε ολόκληρη την περιοχή λειτουργίας ενός οργάνου. Αναλογικός µετρητής: Η διακριτική ικανότητα ισούται µε το διάστηµα που παρεµβάλλεται µεταξύ δύο διαδοχικών ενδείξεων (γραµµών). Ψηφιακός µετρητής: Η διακριτική ικανότητα ισούται µε µία µονάδα του τελευταίου ψηφίου της ένδειξης.

13 Ακρίβεια Η ακρίβεια του οργάνου (accuracy) δείχνει την απόκλιση της ένδειξης του οργάνου από την αληθινή τιµή του µετρούµενου µεγέθους. Η ακρίβεια του οργάνου δίνεται συνήθως ως επί τοις εκατό της ένδειξής του. Κατά κανόνα, η ακρίβεια του οργάνου µέτρησης δεν είναι σταθερή σε ολόκληρη την περιοχή λειτουργίας του.

14 Γραµµικότητα Γραµµικότητα (linearity) του µετρητικού οργάνου είναι ο βαθµός στον οποίο το εισερχόµενο σήµα δίνει ένα γραµµικά ανάλογο σήµα εξόδου στο µετρητικό όργανο Ένδειξη οργάνου Γραµµική περιοχή Μετρούµενο µέγεθος

15 Ευαισθησία Η ευαισθησία (sensitivity) ορίζεται ως ο λόγος της µεταβολής της ένδειξης του οργάνου, προς τη µεταβολή του µετρούµενου µεγέθους. Όταν το όργανο συµπεριφέρεται «γραµµικά» τότε η ευαισθησία του είναι σταθερή σε ολόκληρη την περιοχή λειτουργίας του. Ευαισθησία = dy dx y= σήµα εξόδου και x= σήµα εισόδου

16 Χρόνος απόκρισης Χρόνος απόκρισης (response time): είναι ο χρόνος που παρέρχεται από τη στιγµή που το όργανο ερεθιστεί από το µετρούµενο µέγεθος, µέχρις ότου ηρεµήσει σε µία συγκεκριµένη τιµή µέτρησης. Επιθυµητό είναι ο χρόνος απόκρισης του οργάνου να είναι κατά το δυνατό ελάχιστος.

17 Νεκρό διάστηµα Νεκρό διάστηµα (dead band) µετρητικού οργάνου είναι το µέγιστο διάστηµα µέσα στο οποίο µια διέγερση του αισθητήριου µπορεί να αλλάξει προς οποιαδήποτε από τις δύο κατευθύνσεις χωρίς να προκαλέσει αλλαγή στην απόκριση του µετρητικού οργάνου. Μεταβολή της απόκρισης του αισθητήρα Νεκρό διάστηµα Μεταβολή του µετρούµενου µεγέθους

18 Σταθερότητα ή ευστάθεια Σταθερότητα (stability) ενός µετρητικού οργάνου είναι η δυνατότητά του να διατηρεί σταθερά τα µετρολογικά του χαρακτηριστικά σε σχέση µε τον χρόνο.

19 Ολίσθηση Ολίσθηση (drift) µετρητικού οργάνου είναι η αργή αλλά σταθερή µεταβολή των µετρολογικών του χαρακτηριστικών

20 Συσκευές µέτρησης θερµοκρασίας 1. Θερµόµετρο διαστελλόµενου υγρού 2. Ηλεκτρονικό θερµόµετρο (θερµοστοιχείο + ηλεκτρονικός µετρητής) 3. Θερµόµετρο ηλεκτρικής αντίστασης 4. Αισθητήρια θερµοκρασίας διµεταλλικού τύπου 5. Με χρήση της ακτινοβολίας Πυρόµετρο Θερµοκάµερα Θερµόµετρο υπέρυθρης ακτινοβολίας

21 Θερµόµετρο διαστελλόµενου υγρού Η µεταβολή της θερµοκρασίας προκαλεί µεταβολή του όγκου του υγρού V υγρού ~ f( Τ) ΥΓΡΟ ΕΥΡΟΣ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΩΝ C Υδράργυρος -35 έως 510 Αλκοόλη -80 έως 70 Τολουένιο -80 έως 100 Πεντάνιο -200 έως 30

22 Θερµοστοιχείο (Ηλεκτρονικό θερµόµετρο) T1 A Ut h T B Tref Φαινόµενο Seebeck : όταν δύο αγωγοί από διαφορετικό υλικό είναι ενωµένοι στο ένα τους άκρο, η τάση που αναπτύσσεται στο άλλο τους άκρο είναι ανάλογη της διαφοράς θερµοκρασίας ανάµεσα στα δύο άκρα Uth = SA/B (T1-T2) SA/B : συντελεστής Seebeck των υλικών Α και Β

23 Θερµοστοιχείο (2) Για να είναι δυνατή η µέτρηση της θερµοκρασίας, απαιτείται η ύπαρξηµιαθερµοκρασίαςαναφοράςπουσυνήθωςείναιοι 0 ο C και προσοµοιώνεται ηλεκτρονικά

24 Θερµόµετρο ηλεκτρικής αντίστασης RTD Ανάγνωση Θερµοκρασία ς Τροφοδοσί α Αντίστασης T (R) = a 0 + a 1 R + a 2 R 2 + a 3 R 3 Χαρακτηριστική εξίσωση θερµοµέτρου ηλεκτρικής αντίστασης τύπου Pt100 Η µεταβολή της θερµοκρασίας προκαλεί µεταβολή της ωµικής αντίστασης Συνήθως συναντάται µε τη µορφή σύρµατος ή λεπτού µεταλλικού φιλµμέταλλο ρ(µω/cm) σε 20 C α(κ-1) (0-100 C) Μέταλλο Χρυσός (Au) Χρυσός (Au) Άργυρος (Ag) Άργυρος (Ag) Χαλκός (Cu) Χαλκός (Cu) Λευκόχρυσος (Pt) Λευκόχρυσος (Pt) Βολφράµιο (W) Βολφράµιο (W) Νικέλιο (Ni) Νικέλιο (Ni)

25 Αισθητήρια θερµοκρασίας διµεταλλικού τύπου α1 α2 Αποτελείται από δύο µεταλλικές ράβδους µε διαφορετικούς συντελεστές γραµµικής διαστολής (α1<α2), οι οποίες είναι ενωµένες µεταξύ τους. Η στρέβλωση του θερµοµέτρου είναι συνάρτηση της θερµοκρασίας.

26 Πυρόµετρο P = εσa Τ 4 Νόµος Stefan-Boltzmann : Η συνολική ισχύς ακτινοβολίας ιδανικού µέλανος σώµατος εξαρτάται από την απόλυτη θερµοκρασία Τ (σε K) καιτηνεπιφάνειαα(σε m 2 ) Οπτικά Πυρόµετρα : δίνουν τη θερµοκρασία θερµών σωµάτων µετρώντας την ορατή ακτινοβολία που εκπέµπουν (η ένταση της ακτινοβολίας ενός µήκους κύµατοςείναιµιασυνάρτησητηςθερµοκρασίαςτηςπηγής. Φωτοηλεκτρικά Πυρόµετρα : Βασίζονται στις µεταβολές που επιφέρει το φως όταν προσπίπτεισεορισµέναυλικά. Πηγές σφαλµάτων : Ελάττωση της ακτινοβολίας µεταξύ σώµατος-πυροµέτρου (παρεµβολήαερίων, φλόγας, καπνού, ατµών), Απορρόφησητηςακτινοβολίας (παρεµβαλλόµενος αέρας, σκόνης κλπ.), Ελλιπής κάλυψη της πηγής από το οπτικόπεδίοτουοργάνου, Υπερθέρµανσητουπυροµέτρου.

27 Θερµοκάµερα Παράµετροι ρύθµισης για ποσοτική µέτρηση µε θερµοκάµερα Συντελεστής εκποµπής (emissivity) Ανακλώµενη θερµοκρασία (reflected temperature) Θερµοκρασία αέρα περιβάλλοντος (ambient air temperature) Σχετική υγρασία (relative humidity) Απόσταση σηµείου µέτρησης ανιχνευτή Επιπλέον ρυθµίσεις κατά τη λήψη θερµικής εικόνας Εστίασηφακού (µπορείναγίνειµόνοκατάτηλήψηκαιόχιµετά) Εύρος τιµών χρωµατικού φάσµατος απεικόνισης (ελάχιστο µέγιστο ή αυτόµατη προσαρµογή) Παλέτα χρωµάτων

28 Θερµόµετρο υπέρυθρης ακτινοβολίας Ολοκληρώνει τις θερµοκρασίες που λαµβάνει σε µια κυκλική περιοχή η οποία εξαρτάται από την απόσταση στόχευσης. Η διάµετρος της περιοχής ως προς την µέγιστη απόσταση στόχευσηςέχουνσταθερήαναλογία 1 προς 12.

29 Μετρήσεις υγρασίας του αέρα Ψυχρόµετρο (θερµόµετρο ξηρού και υγρού βολβού) Κυψέλη χλωριούχου λιθίου Ηλεκτρονικό υγρασιόµετρο

30 Ψυχρόµετρο Η εξάτµιση που λαµβάνει χώρα στο υγρό θερµόµετρο έχει ως αποτέλεσµα αυτό να δείχνει χαµηλότερη θερµοκρασία από ότι το ξηρό θερµόµετρο. Με βάση αυτές τις δύο θερµοκρασίες και µε τη χρήση ψυχροµετρικών διαγραµµάτων υπολογίζεται ηυγρασίατουαέρα

31 Κυψέλη χλωριούχου λιθίου Μπορεί να χρησιµοποιηθεί ως µια λύση εναλλακτική του ψυχρόµετρου, γιαθερµοκρασίααέρααπό -29 ο Cέως 70 ο C.

32 Ηλεκτρονικό υγρασιόµετρο Η µέτρηση της υγρασίας βασίζεται στην µεταβολή της ηλεκτρικής αγωγιµότητας του αισθητήρα Πολλές φορές στο εµπόριο συναντώνται όργανα που µετρούν µαζί τη θερµοκρασία και τη σχετική υγρασία

33 Συσκευές µέτρησης ταχύτητας αέρα Ανεµόµετρο µε έλικα µε θερµικό αισθητήριο (hot wire) υπερήχων περιστρεφόµενων κυπέλων Σωλήνες Pitot

34 Ανεµόµετρο µε έλικα Φορητό όργανο µε ψηφιακή οθόνη (συσκευή και αισθητήριο που καταλήγει σε έλικα). Κατάλληλο για µεγάλες ταχύτητες αέρα (έξοδοιαπόστόµιακλιµατισµού, αεραγωγοί κτλ). Σε ορισµένα όργανα το αισθητήριο και η έλικα είναι ενσωµατωµένα στη συσκευή. Υπάρχει η δυνατότητα µέτρησης και άλλων περιβαλλοντικών παραγόντων, όπως Θερµοκρασία, σχετική υγρασία, µέση της ταχύτητα του αέρα σηµείοδρόσουκ.τ.λ.

35 Ανεµόµετρο µε θερµικό αισθητήριο (hot wire) Φορητό όργανο µε ψηφιακή οθόνη (συσκευή και θερµικό αισθητήριο, που είναι µια αντίσταση από λεπτό κράµα - ειδικό υλικό - εξαρτώµενη από τη θερµοκρασία). Η µεταβολή της αντίστασης από την επίδραση της ψύξης του κινούµενου αέρα, µετατρέπεται σε ταχύτητα αέρα στην οθόνη της συσκευής. Το όργανο αυτό µπορεί να µετρήσει πολύ µικρές ταχύτητες αέρα (0,02m/s). Είναι κατάλληλο για µετρήσεις σε κλειστούς χώρους.

36 Ανεµόµετρο υπερήχων Η ταχύτητα του ανέµου σε αυτόν τον τύπο ανεµόµετρου γίνεται µέσω της µέτρησης του χρόνου που απαιτείται για να φτάσει ένας παλµός υπερήχου από τον ποµπό στοδέκτη.

37 Ανεµόµετρο τριών κυπέλων

38 Σωλήνας Pitot Όργανο µέτρησης πίεσης που χρησιµοποιείται για τη µέτρηση ταχύτητας ροής ρευστού. Χρησιµοποιείται ευρέως για τον προσδιορισµό της ταχύτητα αέρα αεροσκάφους και για τη µέτρηση ταχύτητας αέρα και αερίου σε βιοµηχανικές εφαρµογές. Στο σηµείο ανακοπής του σωλήνα, η ταχύτητα του ρευστού µηδενίζεται (µέγιστη πίεση) ενώ στις οπές του εξωτερικού σωλήνα η ταχύτητα του ρευστού στο σηµείο αυτό είναι ίση µε τη ταχύτητα όλης της ροής. Οι διαφορές των ταχυτήτων στα δύο µέρη της διάταξης οδηγούν σε διαφορές πίεσης, έτσι µετρώντας τις διαφορές στην πίεση, συµπεραίνεται η ταχύτητα του ρευστού.

39 Μετρήσεις πίεσης ρευστού Βαρόµετρο - Μανόµετρο Μανόµετρο τύπου U Μηχανικά µανόµετρα (τύπου Bourdon)

40 Μέτρηση έντασης φωτός Φωτόµετρο Πυρανόµετρο (για συνολική ηλιακή ακτινοβολία) Πυρηλιόµετρο (για άµεση ηλιακή ακτινοβολία)

41 Φωτόµετρο (λουξόµετρο) Προορίζεται για τη µέτρηση της έντασης του τεχνητού φωτισµού. Πριν τη µέτρηση θα πρέπει να επιβεβαιωθεί ότι ο φυσικός φωτισµός δεν επηρεάζει τον τεχνητό φωτισµό και να δοθεί λίγος χρόνος για τη προθέρµανση των λαµπτήρων. Η µέτρηση πρέπει να γίνεται τη νύχτα για να µην έχουµε συνεισφορά του φυσικού φωτισµού. Στην αντίθετη περίπτωση προβλέπεται σκιασµός του χώρου και οι µετρήσεις γίνονται µε και χωρίς τεχνητό φωτισµό αφαιρώντας τη συνεισφορά του φυσικού φωτισµού.

42 Πυρανόµετρο Μετρήσεις της ολικής ηλιακής ακτινοβολίας (άµεσης και διάχυτης) ή µόνο της άµεσης (για την προσπίπτουσα ολική ηλιακή ακτινοβολία). Μετρά τη στιγµιαία συνολική ηλιακήακτινοβολία. Πυρηλιόµετρα: Μετρήσεις µόνο για την άµεση ακτινοβολία.

43 Ανάλυση καυσαερίων Ο µηχανικός αναλυτής καυσαερίων περιλαµβάνει: Ηλεκτρονικός αναλυτής καυσαερίων θερµόµετρο για τη µέτρηση της θερµοκρασίας των καυσαερίων µετρητή δείκτη αιθάλης µετρητή καυσαερίων ελκυσµού µετρητή περιεκτικότητας CO 2 στα καυσαέρια

44 Συσκευές µέτρησης παραµέτρων ηλεκτρικού ρεύµατος Πολύµετρο Αµπεροτσιµπίδα Αναλυτής ηλεκτρικού ρεύµατος

45 Πολύµετρο Μετρήσεις τάσης, ωµικής αντίστασης, έντασηςρεύµατος Μετρήσεις συνεχούς και εναλλασσόµενου ρεύµατος

46 Αµπεροτσιµπίδα Μετρά την διέλευση (κατανάλωση) ρεύµατος. Είναι ο συνδυασµός µετασχηµατιστή έντασης και ενός αµπερόµετρου. Ο αγωγός στον οποίο το διερχόµενο ρεύµα πρόκειται να µετρηθεί εισέρχεται στο εσωτερικό του πυρήνα του µετασχηµατιστή και αποτελεί το πρωτεύον τύλιγµα. Το ρεύµα που επάγεται στο δευτερεύον τύλιγµα του µετασχηµατιστή µετράται από το αµπερόµετρο, χωρίς να απαιτείται η διακοπή του αγωγού. Οι σύγχρονες αµπεροτσιµπίδες είναι πλήρη ψηφιακά φορητά όργανα, τα οποία παρέχουν τις ίδιες µετρήσεις που παρέχει και ένα πολύµετρο

47 Αναλυτής ηλεκτρικού ρεύµατος Συγκεκριµένη συνδεσµολογία πάνω σε έναν ηλεκτρικό πίνακα (περιγράφεται συνήθως στο εγχειρίδιο του οργάνου). ηµιουργία γραφηµάτων που απεικονίζουν: την απορρόφηση ισχύος κατά τη χρονική περίοδο των µετρήσεων τη διακύµανση του συνφ, την κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας (kwh) του µετρούµενου µηχανήµατος για τη συγκεκριµένη χρονική περίοδο καιτηνάεργοισχύ, ανάφάσηκαιστο σύνολο των τριών φάσεων.

48 Όργανα διαστατικών µετρήσεων Μετροταινία -Μέτρο Αποστασιόµετρο Laser Παχύµετρο

49 Θερµοροόµετρο Είναι µεταλλάκτης ο οποίος δίνει ηλεκτρικό σήµα που είναι σε άµεση συνάρτηση µε τη ροή θερµότητας που τον διαπερνά. Οι κύριες ιδιότητες του θερµοροοµέτρου είναι ότι θα πρέπει να έχει χαµηλή θερµική αντίσταση έτσι ώστε να ελαχιστοποιείται η διαταραχή που προκαλεί στο µετρούµενο σύστηµα επαρκώς υψηλή ευαισθησία έτσι ώστε να δίνει ένα επαρκώς υψηλό σήµα για τους χαµηλότερους µετρήσιµους ρυθµούς ροής θερµότητας.

50 Μέτρηση ροής µέσα σε αγωγό ρευστού µε χρήση υπερήχων Για τη µέτρηση της ροής σε αγωγούς που δεν µπορεί να διακοπεί η συνέχειά τους για το σκοπό µιας µέτρησης. Βασίζονται στους υπερήχους Παρέχουν µέτρηση της ροής ενός ρευστού τοποθετούµενες εξωτερικά του αγωγού.

51 Θερµιδοµετρητής Μέτρηση της θερµότητας που καταναλώνεται σε ένα τµήµα του κυκλώµατος θέρµανσης. Μόνιµη τοποθέτηση πάνω στο δίκτυο διανοµής του ζεστού νερού. ιεξάγουν ταυτόχρονα µέτρηση της ροής του ρευστού µέσα στον αγωγό και µέτρηση της θερµοκρασίας του νερού στο σωλήνα προσαγωγής του στο κύκλωµα στο σωλήνα απαγωγής του.

52 Βιβλιογραφία 1. Τ.Ο.Τ.Ε.Ε / Τ.Ο.Τ.Ε.Ε / Τ.Ο.Τ.Ε.Ε / Τ.Ο.Τ.Ε.Ε / Αρχιτεκτονική κτηρίων 6. Θερµική Συµπεριφορά κτηρίων, Σηµειώσεις ΕΜΠ, Χ. Τζιβανίδης 7. Ειδική προσέγγιση στις κεντρικές Θερµάσνεις, Μιχ. Γρ. Βραχόπουλος, 2003, Εκδ. Σταµούλη 8. Κλιµατισµός Αερισµός Θέρµανση- Σχεδιασµός και Ανάλυση, Parcker, McQuiston (Επιµ. Μιχ. Γρ Βραχόπουλος), 2002, Εκδ ΙΩΝ 52

53 53