Flow meten

Het continu meten van luchtsnelheden is ingewikkeld. Dat komt door verschillende factoren, zoals temperatuur, druk en turbulente flow. Het kan ook voorkomen dat er simpelweg geen goede plek is om correct te kunnen meten. Een correcte meting is wel enorm belangrijk voor vele toepassingen waarbij een exacte luchthoeveelheid van belang is. Denk bijvoorbeeld aan energiebesparingsini­tiatieven of de inblaaslucht in een operatiekamer. Er zijn verschillende manieren om tot een correcte meting te komen.

Correct luchtstromen meten is om verschillende redenen belangrijk. Ten eerste werkt een correcte meting vaak als controle. Een luchtbehandelingskast heeft een bepaalde capaciteit, maar wordt deze wel behaald? Als je niet goed meet, kan er ook geen goede sturing plaatsvinden. Denk aan een school of kantoorgebouw waarin voldoende ventilatie belangrijk is. Daar moet voldoende verse toevoerlucht worden aangevoerd en vuile retourlucht worden afgevoerd. Daarbij wordt gelijk het proces gewaarborgd, ook belangrijk, zeker in bijvoorbeeld een operatiekamer of cleanroom. Een juiste meting kan tevens helpen om energie te besparen. Als je weet hoeveel lucht je gebruikt, kan je daarop regelen. Denk aan het aanpassen van de ventilatie op basis van belasting en bezetting.

Hoe meet je correct?
Bepaal eerst wat het beste punt is om te meten. Bij het plaatsen van een meetsensor moet je rekening houden met een paar vuistregels. De luchtsnelheid in het kanaal is niet overal hetzelfde. In het midden is de snelheid het hoogst en langs de wanden het laagst. De locatie moet daarom op de juiste wijze bepaald worden. Houd rekening met bochten, de vorm van de bocht, waar de ventilator is geplaatst en vernauwingen. Raadzaam is om een punt te kiezen met een zo lang mogelijk rechte kanaallengte voor en na de meting. Ideaal is een rechte lengte van zeven keer de kanaaldiameter voor de meting en minimaal één keer na de meting. Naast juiste plaatsing is de betrouwbaarheid afhankelijk van het gekozen meetprincipe. Er zijn vier gangbare meetprincipes.

Hittedraad
Bij de hittedraadmeting wordt een dun draadje continu verwarmd op een exacte temperatuur boven de omgevingstemperatuur. De omgevingstemperatuur wordt daarbij continu gemeten. De lucht koelt het draadje af. De mate van energie die wordt gebruikt om het draadje weer te verwarmen, is evenredig met de luchtsnelheid. De hittedraad is zeer geschikt voor het meten van lage snelheden (startsnelheid 0,15 m/s) en wordt toegepast voor bijvoorbeeld tocht- of comfortmetingen. De meting is temperatuurgecompenseerd, erg nauwkeurig en zeer snel uit te voeren.

Nadeel
Een nadeel is dat het meetelement erg kwetsbaar is, waardoor deze meting over het algemeen niet in vuile en vochtige lucht toegepast kan worden. Als deeltjes zich hechten aan het draadje, gaat het meetresultaat namelijk afwijken. Verder is de meting richtingsgevoelig en niet geschikt voor hoge (proces) temperaturen. Daarnaast meet de transmitter de luchtsnelheid maar op één ‘speldenpuntje’ in het kanaal, waardoor een vaste opstelling voor een luchtdebietmeting niet aan te raden is. Meet je in het midden van het kanaal en doe je vervolgens een berekening, dan zal de berekende capaciteit veel hoger liggen dan in werkelijkheid het geval is.

Pitotbuis
De pitotbuis is een instrument voor het meten van de snelheid van een gas- of vloeistofstroom. Dit instrument wordt toegepast als snelheidsmeter in een vliegtuig of in de Formule 1 om de luchtsnelheid te meten en vervolgens de downforce te kunnen bepalen. Als je alleen afgaat op de rijsnelheid van de auto, kunnen de wind en rijwind van invloed zijn. Je meet de dynamische druk. Dat is het drukverschil tussen de totaaldruk (tip van de buis) en de statische druk (gaatjes rondom). Om de snelheid uit te lezen heb je een transmitter of handmeter nodig die een flowcalculatie kan doen. De pitotbuis is zeer robuust, nauwkeurig en geschikt voor hogere snelheden en temperaturen.

Nadeel
Een nadeel is dat het instrument niet geschikt is voor lage snelheden (<2 m/s) en slechts op één punt in het kanaal meet. De pitotbuis is gevoelig voor vervuiling en condens, maar dit kan door middel van een purge-unit opgelost worden. Dat is een unit, die geplaatst wordt tussen de transmitter en de pitotbuis. Op vaste tijden worden de poorten van de drukverschiltransmitter kort gesloten (en houdt die de analoge uitgang vast) en wordt de buis in een instelbare tijd doorgeblazen. Daarna schakelt de solenoïdeklep weer om en meet je op een correcte manier de snelheid.

Zelfmiddelende pitotbuis
De zelfmiddelende pitotbuis is in principe hetzelfde als de standaard pitotbuis, met als verschil dat deze op meerdere punten meet. Deze flowsensor plaats je in de gehele kanaaldiameter. De flowsensor middelt over de gehele diameter de snelheid uit (er zitten meer gaatjes langs de wand dan in het midden). Dit is de beste meetmethode om het luchtdebiet te meten. In een rond kanaal plaats je vaak twee sensoren in een kruis. In een rechthoekig kanaal plaats je deze afhankelijk van de diameter naast elkaar. Vervolgens lus je de min-aansluiting en de plus-aansluitingen met elkaar door. Het voordeel van de zelfmiddelende pitotbuis is dat deze zeer robuust is en geschikt voor hoge snelheden. De flowsensoren zijn leverbaar in verschillende materialen zoals aluminium, RVS en met een epoxy coating. Hierdoor kan deze meting gebruikt worden in uiteenlopende situaties, van een cleanroom tot en met afzuiglucht van een zuurkast of proceslucht van 600°C. Door middel van een auto-zero (automatische nulstelling van de drukmeting) zijn ook lage snelheden te meten, maar meestal wordt een startsnelheid van 2 m/s aangehouden. Uiteraard is er in het veld extra montagewerk nodig, maar HVAC-installateurs komen hier altijd wel uit. Bij een applicatie met vervuiling en/of condens zijn er, net als bij de standaard pitotbuis, oplossingen in combinatie met een purge-unit mogelijk.

Vleugelrad
Bij de laatste meetmethode telt een vleugel- of schoepenrad het aantal omwentelingen per schoep. Het aantal pulsen is een maat voor de luchtsnelheid. Het voordeel van deze meetmethode is dat het instrument ook lagere snelheden meet (startsnelheid 0,3 m/s), turbulentie dempt omdat deze vergeleken met een hittedraad over een groter oppervlakte meet (rond 14, 70 of 100mm) en toepasbaar is van -20 tot 80gr. Sommige uitvoeringen zijn te gebruiken als flowrichtingsdetectie, omdat de sensor in een bepaalde richting is gekalibreerd, ‘ziet’ de sensor welke kant deze opdraait. Het nadeel is dat het vleugelrad kwetsbaar is bij continu gebruik (klein lagertje) en gevoelig is voor vervuiling en vocht 

Auteur: Teun Mulder, Specialist HVAC Instrumentatie bij Hitma