A helyiség túláramlásának figyelése

A helyiség túláramlásának felügyelete

Bevezetés
A SCHMIDT Technology házától származó új áramlásérzékelő teljesen új tulajdonságokkal rendelkezik. Egy nagyon karcsú fémházasban egy hőmérsékleti áramlásmérő szonda rejtőzik, amely képes felismerni az áramlás irányát, valamint két irányban mérni az áramlási sebességet. Ez a szonda arra törekszik, hogy jelentősen javítsa a tisztatér technikában az áramlásfigyelést. Az egyik alkalmazási eset a térfölötti áramlás figyelése. Ez a jelentés szeretné bemutatni, hogy mit takar a térfölötti áramlás fogalma, milyen eszközökkel állapították meg eddig, és hogyan lehet a térfölötti áramlást ezzel az új érzékelővel javítani.

Mi az a térfölötti áramlás?
Amennyiben nyílt termékek feldolgozása történik tisztaterekben, gyakran biztosítani kell, hogy a szennyezett levegő a szomszédos helyiségekből ne jusson be ebbe a térbe, és ezáltal ne károsítsa a nyitott termékeket. Ezt vagy úgy lehet biztosítani, hogy a helyiségeket homogén módon zárják (szigetelési technika), vagy úgy, hogy a levegő kényszerített áramlását biztosítják a védett térből a szomszédos térbe. Ennek érdekében a védett térben légnyomáskülönbséget hoznak létre, és ennek következtében minden nyíláson keresztül a levegő kifelé áramlik, ezáltal megakadályozva a szennyezett levegő beáramlását. Ennek a stabil helyzetnek a fenntartásához általában elegendő folyamatos légbevezetést biztosítani a túlnyomással rendelkező térbe, és egy differenciálszenzort használva szabályozni a helyiséget állandó túlnyomáson. Túlnyomás esetén, amely nagyobb mint 15 Pascal, és szinte zárt helyiségek esetén ez jól működik.

De ha egy tér többnyire nyitott ajtókkal rendelkezik, vagy nagy nyílások vannak a falon, például termékátadó csarnokok számára, akkor gyakran nem lehet ilyen nagy nyomáskülönbséget fenntartani. Ezekben a helyiségekben ezért nagyon alacsony túlnyomással dolgoznak, és a termékbiztonságot azzal biztosítják, hogy a helyiségek közötti túláramló levegőt figyelik. Ha már rendelkezésre áll egy megfelelő falnyílás, akkor ebbe a nyílásba mérőberendezést lehet szerelni. Ellenkező esetben egy speciális túláramlási nyílást helyeznek el a falon.

Annak értékeléséhez, hogy a helyiségek közötti nyomáskülönbség hogyan befolyásolja a túláramlási sebességet, első közelítésként a „Torricelli” kiszáradási törvényt lehet alkalmazni, figyelembe véve, hogy ez a vizsgálat vékony falakat és megfelelő méretű lyukat feltételez.

w=Gyök (2 x delta p / p)

ahol:
w = Áramlási sebesség m/s
delta p = Nyomáskülönbség [Pa]
p = A közeg sűrűsége [kg/m^3]

A tiszta levegő 20°C-on, 1013,25 hPa standard légnyomáson számítva a következő összefüggést adja:

Nyomáskülönbség [Pa] Sebesség w [m/s]
0,01 0,13
0,1 0,41
1 1,29
5 2,89
10 4,08
15 5,00
20 5,77
30 7,07

Ebből a számításból látható, hogy a túláramlási nyílásban elhelyezett áramlásérzékelő még akkor is képes kimutatni a túláramlást, ha csak nagyon kis nyomáskülönbségek állnak fenn.
Eddigi megoldások
A legbiztonságosabb megoldás a visszaáramlások megakadályozására – ahogy már említettük – az, hogy a lehető legnagyobb nyomáskülönbséget hozzák létre. A gyógyszeripari tisztaterekben a nyomáskülönbség általában 15 és 30 Pascal között mozog. A beállított nyomáskülönbség által generált túláramlás biztosítását a füst részecskékkel történő vizualizációval ellenőrzik a vizsgálatok során. A folyamatos túláramlás felügyeletére gyakran használnak differenciálszenzorokat, amelyek igazolják, hogy a szükséges nyomáskülönbség folyamatosan fennáll. Ennek a megoldásnak a gyenge pontja, hogy a szenzorok mérőjelei nagyon kis nyomáskülönbségnél instabillá válnak, és ezáltal magasabb nyomást kell fenntartani. Alternatívaként speciálisan beépített falnyílásoknál szélkürtöket alkalmaznak, amelyekből leolvasható a légáramlás iránya. Sajnos ez a változat is viszonylag érzéketlen, és elektromos interfész hiányában nem integrálható az elektronikus megfigyelőrendszerbe. Egy másik lehetőség, hogy normál áramlásérzékelőket helyeznek el a túláramlási nyílásban. Sajnos ezek nem képesek felismerni az áramlás irányát.

Az új érzékelő működési elve
Az SS 20.400 típusú áramlásérzékelő az első a SCHMIDT házánál, amely képes felismerni a szálló levegő irányát. Ez az érzékelő a hőmérő anemométer elvén működik (más néven hődrót elv). A hőmérő anemométerek az alábbi előnyökkel különböznek más levegőáramlás-mérőktől:

- minimális áramlási sebességek mérhetők (0,05 m/s-től)
- nincsenek mozgó alkatrészek, így nem kopnak
- nagyon alacsony áramlási ellenállás vagy nyomásesés a mérési helyen

Az új SS 20.400 típusú érzékelő további előnyökkel is rendelkezik, amelyeket az alábbiakban mutatunk be.
Elem és elektronika kis méretben
A mechanikai terhelés elleni védelem érdekében a SCHMIDT az érzékelőelemet egy kamrába építette, amit „kamrakupaknak” neveznek. Ennek a kamrakupaknak az aerodinamikus kialakításával biztosították, hogy még a nem tökéletes szerelés (enyhe elfordulás az áramlás tengelye felé vagy elfordulás az érzékelő tengelye ellen) is a lehető legkisebb hatással legyen a mérési eredményre. A szenzor közvetlenül az érzékelőelem mögött található a mérő elektronika, így keresni sem kell külső mérőegységet. A mikroprocesszor alkotja az elektronika magját, amely a következő csatlakozásokon keresztül kapcsolódik a külvilághoz: analóg kimenet 4–20 mA / 0–10 V, iránykimenet, küszöbérték-kimenet (mindkettő nyitott kollektoros), valamint RS 232 csatlakozó. Az analóg kimenet lineáris jelet ad mind a be-, mind a kimenő levegő esetén. A soros interfészen keresztül a felhasználó pontosan beállíthatja az érzékelőt igényei szerint. Ehhez a SCHMIDT Technology egy programozókészletet kínál, amely könnyen kezelhető PC-ről.

Az új érzékelő előnyei
· Egyértelmű irányfelismerés
· Kétirányú mérés
· Nagyon gyors reagálás ms tartományban
· Beépített kapcsológépek, így közvetlen riasztásként is használható
· Nagyon kis méretek
· PC-ről paraméterezhető
· Szennyeződés felismerése beépítve
· GMP-kompatibilis anyagok

Műszaki adatok
Felépítés: Merülőcső (Ø 9 x 150 mm, csatlakozóval),
A mérőegység a mérőcsőben integrált.
Alkalmazási terület: Szabadon áramló levegő és vezetett levegő csövekben 15-től 1000 mm-ig
Mérési tartományok: 1 / 2,5 / 10 / 20 m/s (mindkét irányban)
Mérési tartomány kezdete: 0,05 m/s
Nyomás: légköri, 700..1300 hPa
Szerelés: választható falra szerelhető, flansz vagy átmeneti csavarozás
Tápellátás: 12–24 VDC / kevesebb mint 10 mA
Kimenetek: 0 / 4..20 mA, 0..10 V, 0..5 V,
2 nyitott kollektoros kimenet irány és küszöbérték számára
RS 232 a paraméterezéshez

Az új érzékelő alkalmazása
Az SCHMIDT áramlásérzékelő SS 20.400 minden tulajdonsággal rendelkezik, hogy megbízhatóan felügyelje a túláramlást. A túláramlás nyílása elé szerelhető egy megfelelő falra szerelhető tartó. Ebbe csavarozzák be a vékony szenzort, és úgy állítják be, hogy a érzékelőelem a nyílás közepén legyen, valamint hogy a érzékelőnyílás szöge a nyílás tengelyével egybeessen. Az analóg kimenet segítségével most figyelemmel kísérhető a kifolyó levegő sebessége. Mivel a szenzor már 0,05 m/s-től mér, a túláramlás akkor is kimutatható, ha a nyomáskülönbség már nem mérhető egyértelműen. Ha a szenzor nem tud többé előremenő áramlást kimutatni, vagy akár visszaáramlás történik, akkor ezt a helyzetet a kapcsológázzal (OC1) jelzi.

A programozókészlet segítségével a felhasználó csillapíthatja a szenzor analóg jelét, és saját maga állíthatja be a kapcsolási küszöbértékeket. Így a szenzert minden alkalmazási esethez ideálisan konfigurálhatja.

Az új érzékelő különböző változatokban érhető el. Ez további alkalmazási lehetőségeket nyit meg a tisztatértechnika területén:
Lamináris áramlás felügyelete
Térfogatáram mérés a beszívó- és kifúvócsatornákban
Hűtőlevegő felügyelete
Áramlás ellenőrzése védőgáz atmoszférákban

Összegzés
Az SS 20.400 típusú áramlásérzékelő új lehetőségeket nyit a tisztaterekben történő áramlásfigyeléshez. Különösen a térfölötti áramlás felügyeletében ez az érzékelő a következő előnyöket kínálja:

· Stabil mérőjel még a legkisebb nyomáskülönbségeknél is
· Elkerülhetőek a téves riasztások
· Egyszerű szerelés
· Könnyen tisztítható beépített állapotban
· Gyors szerelés és eltávolítás (pl. kalibráláshoz)
· Kalibrálás minden jó szélcsatornában lehetséges


Hivatkozások:
Stöcker, Taschenbuch der Physik, 2. kiadás 1994