Merilni sistem za merjenje lastnosti lamelnih toplotnih
prenosnikov
Janez DOLINAR, Vinko BOGATAJ
Izvleček: Članek opisuje merilni sistem za merjenje lastnosti lamelnih toplotnih prenosnikov, ki je bil postavljen v družbi Hidria IMP klima, PE Ljubljana. Prikazana je struktura merilnega sistema z metodologijo merjenja in s ključnimi merilnimi napravami oz. sistemi. V članku je obdelana tudi metodologija obvladovanja sposobnosti merilnega sistema in analize merilne negotovosti pri merjenju posameznih veličin.
Ključne besede: merilni sistem za merjenje lamelnih toplotnih prenosnikov, obvladovanje merilnega sistema, merilna negotovost
■ 1 Uvod
V okviru projekta »Spodbujanje razvoja inovacijskega okolja slovenske industrije KGH (HVAC)«, ki je bil sofinanciran iz strukturnih skladov EU (ukrep 1.1) in ga je vodila Fakulteta za strojništvo v Ljubljani [1], je bil v družbi Hidria IMP Klima, PE TP Ljubljana, financiran in postavljen Laboratorij za klimatske naprave, ki obsega med drugim tudi merilno progo za lamelne prenosnike toplote. Za merilno progo smo pripravili opis poteka meritev in usposabljanja za dosego zahtev standarda ASHRAE 33 ter izdelali model analize merilne sposobnosti merilnega sistema in verifikacije merilnih postopkov. V razvoj in izdelavo merilne proge je bilo vključenih več strokovnjakov s področja naprav HVAC. Skupno je
Janez Dolinar, univ. dipl. inž., mag. Vinko Bogataj, univ. dipl. inž., oba Hidria IMP Klima, d. o. o., Godovič

m, flfg/sj
m^ {kg/sj f^wTCJ

P, fkg/m^J
Slika 1. Prikaz merilne naloge pri grelnikih zraka (Pomen posameznih oznak je opisan v poglavju 8 »uporabljene kratice in oznake«)
bilo za izdelavo načrtov in postavitev merilne proge porabljenih 4173 inženirskih ur. Skupna vrednost investicije v merilno progo za merjenje lastnosti lamelnih toplotnih prenosnikov znaša 236.278 €, od tega je bilo 35 % oz. 82.697 € sofinanciranih iz strukturnih skladov EU.
■	2 Prikaz merilne naloge
2.1. Merjenje grelnikov zraka
Z meritvami grelnikov zraka (slika 1) želimo ugotoviti, kakšna je toplotna moč v odvisnosti pretoka obeh medijev, vstopne in izstopne temperature na vodni strani ter vstopne temperature, pretoka in vlažnosti zraka na zračni strani. Da bi izmerili karakteristiko prenosnika, moramo te meritve opraviti v več točkah oz. pri več različnih temperaturnih režimih in vlažnostih zraka.
2.2 Merjenje hladilnikov zraka
Pri hladilnikih zraka (slika 2) je merilna naloga podobna, le da se zrak na prenosniku hladi. To posledično povzroči dve pomembni razliki, in sicer:
•	drugačni temperaturni režimi na vodni in zračni strani,
•	pojav kondenzacije zračne vlage, kar dodatno oteži merjenje
Zaradi pojava kondenzacije zračne vlage je postopek merjenja zahtevnejši. Bistveno večja je zahtevnost merjenja posameznih veličin.
Prikazana merjenja lahko z zadovoljivo natančnostjo izvedemo le na namenski laboratorijski merilni progi.
■	3 Opis merilne proge in merilnega sistema
3.1 Splošno o merilni progi
Merilna proga je izdelana po zahtevah standardov ASHRAE, predvsem ASHRAE 33-2000, in standardov EN, zlasti EN 17025, EN 1216 in EN 306. Sestavljena je iz kanalskega dela, kjer je vgrajen merjeni prenosnik (leva stran z vstopno in izstopno mrežo tipal), na sredini tega dela je merjeni prenosnik
[m>/s] P; [kg/m3]
K J -C]
^ t i;
a/
p, ^
		Mwc^ ^S]	
m, ^ ^/S]			
KJ °C]			
Slika 2. Prikaz merilne naloge pri hladilnikih zraka (Pomen posameznih oznak je opisan v poglavju 8 »uporabljene kraljice in oznake«)
toplote s cevnimi priključki za medij, in iz merilne pretočne komore s šobami (na desni strani). Smer pretoka zraka je od leve proti desni - slika 3b. Na sliki 3a je smer zraka od desne proti levi (obratno kot na shemi 3b).
V merilno progo so vgrajena tipala za temperaturo, vlago (vlažnostna ali mokra temperaturna tipala), tlak (zračni, vodni, diferenčni) in pretok vode. V merilno pretočno komoro so vgrajena tlačna tipala pred šobami in za njimi. Tipala so preko konektorskih blokov in 96-pinskih kablov vezana na merilni sistem.
3.1.1 Pregled vgrajenih tipal
Tabela 1 prikazuje v merilno progo vgrajena tipala in instrumente. Podatkov o merilnem sistemu z računalnikom in programom za vodenje meritev LabView ni v tabeli. Oznake veličin v rubriki »Merilno mesto« so bile vzete po ASHRAE 332000.
Na sliki 4a so prikazani detajli kanalskega dela merilne proge. Na sliki 4b pa je prikazana merilna pretočna komora za merjenje pre-
slika 3a. Pogled na osnovni del merilne proge, smer zraka od desne proti levi (obratno, kot na shemi 3b)
Tabela 1. Pregled vgrajenih tipal v merilno progo za lamelne prenosnike toplote
št.	Fizikalna veličina	Merilno mesto		Naziv tipala	Zahtevano MO	Območje	Natančnost	Zahtevana natančnost	Izhod	Napajanje
1	Relativni zračni tlak	PN,(1), p., (1), P,M,(1), pjN, (1), P3N1 (1), P4N1 (1NPH., (1)	zračni kanal	LPG 3040-030-l3-ll	0-l5 mbar	0-l5 mbar	± 0,25 % območja	± l %	4-20 mA	12-55 VDC
2	Relativni zračni tlak	PN,~(4), PN2~(4),	zračni kanal	HD4V8T-10MBD3	0v8 mbar	-l0 -l0 mbar	± 0,5 % območja	± l %	0-l0 VDC	16-40 VDC
3	Zračni tlačni padec	ÄpN(l), Ap,N(l), Äp2N (1),AP3N (11,AP4N (1), A PH. (l)	zračni kanal	PD 3000-030-l3-ll	0v8 mbar	0 -l5 mbar	± 0,25 % območja	± l %	4-20 mA	12-55 VDC
4	Temperatura suhega termometra zraka	t3db(4), t3wb (4), t4db(4), t4.b (4), tNldb (l), ^Nldb (l), t2N,db(l), t3N,db(l), t4N,db (l)	zračni kanal	Ptl00 l/3B ; L=300 mm, fi 6mm	-20 v 60°C	do l20°C	± 0,l K	± 0,06 K hlad. ± 0,3 K grel..	Pt l00 l/3B	Pt l00 l/3B
5	Temperatura suhega in (vlažnega) termometra zraka	(t3db■, t3.b ■(l)), (t4db■, t4.b ~(l)), (T,db, T,.b (l)), (T2db, T2.b(l)), (T3db, T3.b (l)), (T4db, T4.b (l))	zračni kanal	FNA846	-20 v 60°C (l0 v 90 «/oRH)	-20vl25°C (l0vl00% RH t>0°C)	± 0,l K ± l% RH	± 0,06 K hlad. ± 0,3 K grel	2xNTC tip N	9 VDC (ventilator) +2xNTC tip N
6	Vlaga pri temp. pod 0°C	t4.b T,.b~ (l) T2.b~ (l), T,.b~(b)	zračni kanal	MT8716K2R4 + kalibracija	(l0 v 90 %RH)	5v98 % RH	± 2 % RH	± 0,06 K	4-20mA	15-24VDC
7	Zračni tlačni padec	Ap. (4), Apca(l)	zračni kanal	HD4V8T-10MBG3	0 v 7 mbar	0-l0 mbar	± 0,5 % območja	± l %	0- 10VDC	16-40 VDC
8	Relativni zračni tlak	pca, (l)	zračni kanal	HD4V8T-20MBD3	0vl8 mbar	-20-20 mbar	± 0,5 % območja	± l %	0- 10VDC	16-40 VDC
9	Absolutni tlak okolice	Pb (l)	zrak okolica	LPA 3040-400-l3-ll	0,9vl,l bar	0 -l,lbar	± 0,25 %	± 2 % absolut. tlaka	4-20mA	12-55V DC
10	Temperatura suhega termometra okolice	t5db (2)	zrak okolica	Ptl00, FWl, L=300 mm, fi 3mm	l0v35°C	-30 do +400 °C	± 0,l3 °C Vi DIN	± 0,3 K	Pt l00	Pt l00
11	Masni pretok kapljevine	m^, (l), m^ , m^	voda, para, freoni	F100S129CCAMEZZZZ + ločena elektronika: 1500D3AABMEZZZ	0,04 v 4,ll kg/s 0,04kg/s	Zahtevana natančnost v območju 0,06 v 9,06 kg/s	±l,52 % pri min pretoku 0,04kg/s	± l % (freoni ± 2 % )	4 - 20 mA	l9,2-28,2VDC
12	Temperatura tekočine	t,2 (l), t« (l), t.,, t.2, tv,, tv2	voda, para, freoni	Ptl00 l/3B, L=200 mm, fi 4mm + l0m kabla	-l0v 200°C		± 0,l K	± 0,06 K hlad. ± 0,3 K grel..	Pt l00 l/3B	Pt l00 l/3B
13	Tlačni padec tekočine	AP,C(1), AP,(1), pA.c, Apwt' Apvc	voda, para, freoni	PD 3000-400-l3-ll	0-l bar	0-l,0 bar	± 0,25 % območja	± l %	4-20mA	12-55 VDC
14	Tlačni padec tekočine	Ap„ (l), Ap^ (l), A p, (l),	voda, para, freoni	PD 3000-400-l3-ll	0-5 bar	0 -l,0 bar	± 0,25 % območja	± l %	4-20mA	12-55 VDC
toka zraka z vgrajenimi šobami po ASHRAE 33-2000. Merilni sistem je sestavljen iz merilnih kanalni-kov, ki vsebujejo funkcijo merjenja napetosti, tokov, upornosti ipd. in
funkcijo napajanja tipal (npr. pri temperaturnih tipalih napajanje in odčitavanje po 4-žilni uporovni metodi) ter računalnika, ki s pomočjo programa LabVIEW vodi meritve po
Slika 3b. Shema osnovnega dela merilne proge po ASHRAE 33-2000 z označenimi merilnimi veličinami
programirani proceduri. Območje pretokov zraka merilne proge je od 500 do 6000 m3/h, razpoložljiva moč pri grelnikih je do 70 kW in pri hladilnikih do 40 kW.
3.2 Sistem za pripravo zraka
Sistem za pripravo zraka je enak klasičnemu centralnemu HVAC-sis-temu - klimatska naprava za gretje, hlajenje, vlaženje, filtriranje, sistem za pripravo tople in hladne vode. Dodane so bile še dodatne oz. posebne funkcije zaradi zahteve po veliki natančnosti in stabilnosti, kot so: fina regulacija temperature zraka in temperature vode na vstopu v merjeni prenosnik, zalogovnika tople in hladne vode ter zvezno regulirana kotel za toplo in agregat za hladno vodo. Sistem je koncipiran tako, da je možen hiter preklop med različnimi merilnimi progami, regulacija pa tako, da optimira najugodnejšo nastavitev pri zahtevanih parametrih.
Slika 4b. Merilna proga LPT: merilna pretočna komora za merjenje pretoka zraka z vgrajenimi sobami
Slika 4a. Merilna proga LPT - detajli kanalskega dela: izstopna mreža tipal, merjeni PT in vstopna mreža tipal (smer zraka je iz desne proti levi)
Izvedli smo serijo meritev hladilnika in grelnika. Med posameznimi meritvami smo izvajali analize rezultatov. V nekaterih primerih smo dosegali v toplotni bilanci razlike, manjše od dopustnih (< 5 %), v nekaterih primerih pa je bilanca »ušla«.
Pri tem smo ugotavljali in odpravljali razna odstopanja v merilnih rezultatih in vzdrževanju stacionarnega stanja. Tako smo opazili, da toplotne bilance ni mogoče držati v dopustnih mejah pri vseh obratovalnih točkah. Ker smo domnevali, da bi bil lahko vzrok v merjenju vlage, smo opravili kalibriranje temperaturnih tipal za suho in mokro temperaturo. Po tem posegu se je obratovalno območje z zadovoljivo bilanco povečalo.
Nadalje smo se posvetili medsebojnemu odstopanju merilnih odčitkov zračnega tlaka po preseku merilne proge - relativni in diferenčni tlak čez merjeni prenosnik. S kalibrirnim Betzovim merilnikom smo ugotovili, da tlačni pretvorniki različno kažejo isti tlak. Prav tako smo v merilni pretočni komori preverjali tlačna tipala po dveh poteh: z Betzovim merilnikom tlak v vseh točkah in posredno s preciznim merilnikom s Pi-totovo cevjo hitrost na šobah. Po izvedeni kalibraciji in primerjavi obeh hitrosti (izmerjene in preračunane iz tlakov) smo dosegli zadovoljiv rezultat: medsebojna odstopanja merilnih odčitkov zračnega tlaka po preseku merilne proge pri prenosniku in pri šobah so bila v dopustnih mejah (razlike < 5 %), prav tako je bilo s primerjavo hitrosti.
Preverjali smo tudi izgube oz. dobitke skozi zračni kanal in cev medija med merjenim prenosnikom toplote in ti-
3.3	Merilna procedura
Pred meritvijo je treba doseči stacionarno stanje toplotnih in drugih veličin. Odstopanje posamičnih odčitkov merilnih točk zračnih temperatur ne sme presegati 0,6 °C pri hladilniku in 1,1 °C pri grelniku, pri temperaturah mokrega termometra pa 0,3 °C. Podobno velja na strani medija (vode). Pri hladilniku mora biti natančnost tipala boljša od 0,1 °C, pri grelnikih pa boljša od 0,6 °C, pretok medija pa ne sme variirati več kot 1 %. Stacionarno stanje mora trajati najmanj pol ure, v tem času pa morajo biti opravljeni najmanj 4 zaporedni odčitki vseh merilnih točk, iz katerih se potem vzame povprečje. Meritev je veljavna, če se toplotna bilanca zračnega in vodnega dela prenosnika ne razlikuje za več kot 5 %.
3.4	Meritve
Pri meritvah se odčitki (temperature, tlaki, pretoki) zapišejo v merilno datoteko vsaki 2 sekundi in program LabView sproti preračunava tudi vse izvedene veličine, kot so pretoki, hitrosti,
toplotne moči na strani medija (voda) in zračni strani, vključno z bilanco.
Pri prvih meritvah je bilo precej dela, da smo merilno progo usposobili do take mere, da smo dobili prve verodostojne rezultate. Pri sistemu za pripravo zraka in medija je bilo treba zagotoviti dovolj natančno vzdrževanje parametrov (temperatur, pretokov), da je dobil merjeni prenosnik parametre s predpisano natančnostjo in stabilnostjo.
Pri hladilni vodi smo tako z raznimi ukrepi (dodatna tipala, sprememba softvera regulatorja in nastavitev območij) pri hladilnem agregatu uspeli vzpostaviti zadovoljivo zvezno regulacijo od 0 do 100 %, tako da so nihanja temperature v zalogovniku v mejah ±0,2 K.
Pri ogrevni vodi so kljub zvezni regulacij plamena plinskega kotla in primernejši prestavitvi tipala nihanja v zalogovniku še vedno bistveno večja (± 2,5 K), vendar smo problem rešili z regulacijskim ventilom, ki zagotavlja dovodno temperaturo v predpisanih mejah ± 0,3 K (slika 5).
ta3 WavsforiTi Chart 60,8-j 60,660,4-^60,2-

tw3 mean tw3
Spodnja m« ZgoftTMt me
59,6" 59,4 59,2-^ 3B32
Slika 5. Umirjanje temperature vode v merjenem prenosniku toplote po začetnem zanihanju (regulacijski ventil) Tabela 2. Pregled meritev hladilnikov pri običajnih parametrih zraka na merilni progi LPT
Merjenec/ vrsta/ fi /RL/ vrst	qw STD	5tw1	5tw2	5Dpwt	qw	Hitrost vode	Qa STD	va	t1db	t2db	Fi1	Fi2	qt	Toplot. bilanca	Dpa
	[m3/h]	[°C]	[°C]	[kPa]	[kW]	[m/s]	[m^/h]	[m/s]	[°C]	[°C]	[%]	[%]	[kW]	[%]	[kPa]
HV1 6IV20/4	1,52	6,77	11,94	10,36	9,14	0,73	2924	3,23	27,0	17,5	49,1	83,1	8,5	3,5	0,052
HV1 6IV20/4	1,42	6,95	11,66	8,50	7,78	0,68	2420	2,68	25,9	16,2	53,9	88,8	7,3	2,9	0,037
HV1 6IV20/4	2,20	6,37	10,94	21,00	11,68	1,05	2886	3,19	30,2	18,3	36,6	71,7	11,0	0,5	0,042
HV1 6IV20/4	2,20	6,82	10,80	19,76	10,17	1,05	2490	2,75	29,5	17,2	37,6	74,2	9,6	2,8	0,026
HV1 6IV20/4	2,21	6,60	11,49	21,18	12,56	1,06	3581	3,96	29,8	19,7	38,5	68,7	11,8	-1,4	0,066
HV1 6IV20/4	2,22	6,81	10,65	19,96	9,90	1,06	2295	2,54	29,8	16,7	35,7	73,8	9,3	3,4	0,023
HV1 6IV20/4	2,23	6,76	10,23	21,12	9,00	1,07	2892	3,20	25,0	16,2	48,9	79,5	7,9	-3,6	0,038
pali, ki se v merilnem programu pri izračunu moči sproti izračunavajo.
Ti ukrepi so bili uspešni, tako da smo lahko merili v dovolj širokem območju stanj zraka, kjer smo dosegali rezultate z bilanco obeh tokov v predpisanih mejah. Na tak način smo izvedli več serij meritev grelnikov in hladilnikov zraka.
V nadaljevanju je za ilustracijo po-kazanih nekaj izbranih merilnih točk meritve hladilnika. Oznake veličin
so vzete po standardu ASHRAE 332000. Tako označevanje smo uporabili zaradi lažje izdelave programa LabView, saj ta standard predpisuje celotno proceduro preračuna rezultatov.
Vendar pa nam kljub vsem posegom ni uspelo doseči predpisane bilance < 5 % med toplotnima tokovoma na vodni in zračni strani v vseh obratovalnih območjih. To so območja ek-stremno visoke zračne vlage. Tu nam
je uspelo doseči razlike v bilancah okoli 15 % oz. malo čez.
V spodnji tabeli je za ilustracijo po-kazanih nekaj izbranih merilnih točk meritve hladilnika z visoko vlago vstopnega zraka.
Pri sistemu za pripravo zraka se je pri meritvah pokazala še ena pomanjkljivost. Pri regulaciji klimatske naprave, ki je v običajnih aplikacijah zelo kvalitetna, je vgrajena tudi protizmr-
Tabela 3. Pregled meritev hladilnikov pri visoki vlagi zraka na merilni progi LPT
Merjenec/ vrsta/ fi /RL/ vrst	qw STD	5tw1	5tw2	5Dpwt	qw	Hitrost vode	Qa STD	t1db	va	t2db	Fi1	Fi2	qt	Toplot. bilanca	Dpa
	m3/h	[°C]	[°C]	[kPa]	[kW]	[m/s]		[°C]	[m/s]	[°C]	[%]	[%]	[kW]	[%]	[kPa]
HV16IV20/4	2,58	7,64	13,95	17,38	18,91	1,23	2.426	31,40	2,68	21,60	68,35	97,32	17,49	-16,28	0,079
HV16IV20/4	2,58	7,45	13,77	17,60	18,99	1,24	2.955	30,46	3,27	21,43	66,80	96,06	17,43	-1 7,93	0,119
HV16IV20/4	2,57	7,60	13,88	17,87	18,79	1,23	3.727	30,52	4,12	21,87	62,41	93,81	17,43	-15,66	0,187
HV16IV20/4	2,60	7,47	13,82	17,29	19,19	1,24	2.180	32,00	2,41	21,40	68,53	97,20	17,87	-14,78	0,061
HV16IV20/4	2,05	7,35	10,72	11,67	8,05	0,98	2.206	19,41	2,44	13,67	88,66	98,44	7,32	-19,89	0,062
HV16IV20/4	2,06	7,41	12,93	10,47	13,24	0,98	2.273	25,30	2,51	18,11	82,39	98,19	12,23	-16,46	0,066
HV16IV20/4	2,58	7,54	13,33	16,74	17,39	1,23	1.969	33,86	2,18	20,74	57,14	96,83	16,21	-14,52	0,052
HV16IV20/4	2,59	7,55	14,21	16,57	20,07	1,24	2.730	34,49	3,02	22,83	55,98	94,33	18,65	-15,19	0,101
HV16IV20/4	2,59	7,63	15,29	16,66	23,05	1,24	3.617	34,82	4,00	25,02	60,06	94,04	21,47	-14,75	0,186
zovalna zaščita grelnika. Ta pa je pri nižjih vstopnih temperaturah lahko tudi ovira, saj zaradi zanesljive varnosti reagira nekoliko prehitro, tako da je pri temperaturah zraka blizu 5 °C težko doseči stacionarno stanje.
Prav tako je pri visokih vlagah težje zagotoviti stacionarno stanje zaradi vlažilnika, ki je za običajne aplikacije tudi zelo kvaliteten, saj je naloga regulacije držati zahtevano vlago v prostoru, pri meritvah pa gre za zahtevane parametre vpiha laboratorijskih toleranc, kar je mnogo težje. To smo pri načrtovanju merilne proge deloma že tudi predvidevali, tako da je bilo taka stanja mogoče obvladati s precizno ročno nastavitvijo.
Tako nam je z vsemi ukrepi le uspelo vzpostaviti uporabno industrijsko laboratorijsko merilno progo za lamelne toplotne prenosnike, ki daje dovolj realne rezultate ob upoštevanju procedure in vseh pridobljenih izkušenj. Za bolj »udobne« meritve pa bo treba še marsikaj postoriti, to pa je itak stalnica dobrega razvoja.
■ 4 Model zagotavljanja sposobnosti merilnega Sistema za merjenje toplotnih prenosnikov
Za merjenje lastnosti lamelnih toplotnih prenosnikov smo oblikovali sistem zagotavljanja kakovosti in ugotavljanja sposobnosti merilnega sistema. Sistem je dokumentiran v poslovniku kakovosti laboratorija za klimatske naprave in toplotne prenosnike in je osredotočen na izpolnjevanje zahtev standardov ISO 9001, ISO 1 7025 in Priporočila EA - 4/02, izpolnjuje pa tudi zahteve relevantnih tehničnih standardov. Model (slika 6) zagotavljanja sposobnosti merilnega sistema za merjenje lamelnih toplotnih prenosnikov temelji na: usposobljenem osebju, sposobni merilni opremi, sistemu identifikacije toplotnih prenosnikov oz. merjencev, sistemu identifikacije primernih postopkov merjenja, sledljivosti zapisov o meritvah in merilni opremi, metodologiji ugotavljanja merilne negotovosti in kalibracije meril, analizi vpliva merilne negotovosti na izmerjene karakteristike toplotnega prenosnika,
Slika 6. Struktura sistema zagotavljanja sposobnosti merilnega sistema za merjenje lastnosti lamelnih toplotnih prenosnikov
metodologiji validacije merilnih rezultatov in na sistemu korektivnega ukrepanja.
■ 5 Ocena merilne negotovosti merilnega sistema za merjenje lamelnih toplotnih prenosnikov
Negotovost meritve je parameter, ki je povezan z merilnim rezultatom in označuje raztros vrednosti, ki jih je mogoče upravičeno pripisati merjeni veličini. Merilno negotovost povzročajo naključni pogreški in nepopolna korekcija rezultata zaradi sistematičnih pogreškov (slika 7).
Merilna negotovost je lastnost merilnega rezultata in veličina, ki predstavlja kakovost meritev, saj označuje razpršenost vrednosti, ki jih je mogoče z določeno verjetnostjo pripisati merjeni veličini. Vsaka negotovost je povezana s standardnim odklonom, zato jo imenujemo tudi standardna negotovost. Kakovost merilnega rezultata se po [2] praviloma podaja s standardno negotovostjo u, če pa želimo imeti večjo ver-
jetnost, to je večje zaupanje v to, da prava vrednost leži v območju, ki ga podaja negotovost, uporabimo razširjeno negotovost U.
Na podlagi dokumenta Evropske akreditacije EA-4/02 [2] ločimo 2 tipa merilnih negotovosti:
•	negotovosti tipa A, ki so določene s pomočjo statistične obdelave merilnih rezultatov,
•	negotovosti tipa B, ki so določene s pomočjo drugih (nestatističnih metod).
Razlika med obema tipoma je določena na osnovi praktičnih postopkov ugotavljanja in izračuna negotovosti.
Slika 7. Prikaz merilnih pogreškov [11]
5.1 Ugotavljanje merilne negotovosti
5.1.1. Ugotavljanje merilne negotovosti tipa A
Vrednotenje merilne negotovosti tipa A lahko uporabimo, če smo ob enakih merilnih pogojih opravili več neodvisnih opazovanj - meritev vhodne veličine. Če je zaznavnost merilnega procesa zadovoljiva, bomo opazili raztros merjene veličine.
< 1 )
Standardna negotovost u(q ) približka vhodne veličine je eksperimentalna standardna deviacija povprečja približka vhodne veličine q
u(q) = siq)
( 5. 2 )
Če so meritve zanesljive in pod statistično kontrolo, lahko uporabimo
kombinirano oceno variance S 2, ki v
p
tem primeru predstavlja boljšo oceno raztrosa kot standardni odklon, dobljen iz manjšega števila meritev. V tem primeru je varianca aritmetične srednje vrednosti enaka
n
(5. 3 )
5.1.2 Ugotavljanje merilne negotovosti tipa B
Tip B ugotavljanja standardne merilne negotovosti je ugotavljanje negotovosti, povezane s približkom vhodne veličine x,, merilne veličine Xi, drugače kot s statistično analizo serij opazovanj. Standardno negotovost u(x.) ugotavljamo na osnovi znanstvene ocene vseh razpoložljivih informacij o variabilnosti Xi. Vrednosti, ki spadajo v to kategorijo, so:
•	podatki o prejšnjih meritvah,
•	izkušnje in splošno znanje o obnašanju in lastnostih relevantnih materialov in instrumentov,
•	specifikacije proizvajalcev,
•	podatki, pridobljeni pri kalibraciji in ostali certifikati,
•	negotovosti, dodane referenčnim podatkom, vzetih iz literature (priročnikov).
Dobro utemeljeno ugotavljanje standardne merilne negotovosti tipa B je lahko bolj zanesljivo od ugotavljanja negotovosti tipa A, še posebej če ugotavljanje merilne negotovosti tipa A temelji na majhnem številu neodvisnih statističnih opazovanj. Razlikovati je potrebno naslednje primere:
a)	Ko je za vhodno veličino Xi poznana samo posamezna vrednost (posamezna izmerjena vrednost, rezultat predhodnih meritev, referenčna vrednost iz literature ali vrednost korekcije), bomo to vrednost uporabili za x.. Standardna negotovost u(x.), povezana z x,, naj bo prevzeta, če je podana. Drugače jo je potrebno izračunati iz nedvoumnih podatkov o negotovosti. Če tovrstni podatki niso razpoložljivi, je potrebno negotovost določiti na osnovi izkušenj.
b)	Ko verjetnostno porazdelitev veličine Xi predpostavimo na osnovi teorije ali izkušenj, bomo pričakovane vrednosti upoštevali kot približek x-oz. kot standardno negotovost u(x).
c)	Če za vrednost veličine Xi lahko ocenimo samo zgornjo in spodnjo mejo a+ in a (specifikacije proizvajalcev merilnih instrumentov, temperaturna območja, zaokroževanja pri avtomatski redukciji podatkov, distribucije s konstantno gostoto med mejami), je potrebno predpostaviti možne variabilnosti vhodne veličine Xi. Glede na točko (b) dobimo
Xi=-(a^+a)	(5.4 )
za ocenjeno vrednost in
=	y ( 5. 5 )
za standardno negotovost . Če razliko med mejami označimo z 2a , dobimo enačbo
=	( 5. 6 )
Pravokotna porazdelitev je logičen verjetnostni opis nezadostnega znanja o vhodni veličini Xi in odsotnosti informacij o variabilnosti, razen mej variabilnosti. Če je znano, da veličina pogosteje zavzame vrednosti blizu centra kot blizu mej, je bolj primerna trikotna porazdelitev. V primerih, ko je poznano, da veličina pogosteje zavzame vrednosti blizu mej, je bolj primerna porazdelitev U-.
Slika 8. Postopek ugotavljanja merilne negotovosti
5.2	Izvedba analize merilne negotovosti posameznih vefičin
Pri izvedbi analize merilne negotovosti posameznih merjenih veličin smo postopali po enotni metodologiji (slika 8). Analizo merilne negotovosti smo izvedli za vse relevantne merilne sisteme.
5.3	Primer izračun merilne negotovosti pri meritvi temperature suhega termometra na zračni strani
Kalibracijo merilnega seta za merjenje temperature suhega termometra na zračni strani (slika 9) izvajamo pred začetkom meritev v 3 (treh) merilnih točkah znotraj pričakovanega območja merjenja. V vsaki točki opravimo 5 meritev. Primerjamo razliko povprečnih vrednosti izmerjenih temperatur glede na referenčni termometer. Standardni odklon izmerjenih vrednosti upoštevamo pri izračunu merilne negotovosti, pri tem upoštevamo tisto skupino meritev, pri katerih je raztros največji.
Dejansko temperaturo zraka lahko, na osnovi identificiranih virov merilne negotovosti napišemo v obliki enačbe :
tx = tm + (tS - t m ) + §tS + §t DS + §t ix + §tR + §t A + §t H + §t V ;
Slika 9- Merilna veriga pri merjenju temperature suhega termometra na zračni strani
Kjer je:
t X - dejanska temperatura t m - temperatura merilnega termometra
tj - temperatura referenčnega termometra
5t S - temperaturna korekcija zaradi merilne negotovosti referenčnega termometra
5t - temperaturna korekcija zaradi »drifta« referenčnega termometra 5t - temperaturna korekcija zaradi »drifta« merilnega termometra 5t - temperaturna korekcija zaradi omejene natančnosti merilno - kali-bracijskega seta
5t R - temperaturna korekcija zaradi radialne nelinearnosti temperaturnega profila
5t A - temperaturna korekcija zaradi aksialne nelinearnosti temperaturnega profila
5t H - temperaturna korekcija zaradi histereznega učinka 5t V - temperaturna korekcija zaradi temperaturne nestabilnosti merilno -kalibracijskega seta
Pri meritvi temperature suhega termometra na zračni strani nismo identificirali korelacij vhodnih veličin. Kali-bracijo smo izvedli pri treh temperaturnih režimih, in sicer pri 18, 25 in 32 oC. Največji raztros smo dobili pri temperaturnem režimu 25 oC. Dobili smo naslednje vrednosti:
Tabela 4. Tabela izmerjenih vrednosti pri meritvi raztrosa temperatur suhega termometra
št	tS [ ° C]	tm [°C]	tS - t m [ ° C]
1	25,11	25,1	0,01
2	25,05	25,0	0,05
3	25,01	25,0	0,01
4	24,97	25,0	-0,03
5	24,93	24,9	0,03
Aritmetična sredina: St = 0,0140 [o C] Standardni odklon: s (St) =
0,0296 [ o C] ; u = ^ = ^^^^^^ = 0,0132 [ o C]	V5 V5
Na osnovi dosedaj narejenih analiz in izkušenj smo prišli do naslednjih odstopanj :
St S - iz kalibracijskega certifikata izhaja vrednost razširjene merilne negotovosti U = 0,03 [oC]; St DS = 0,01 [oC]; St = 0,01 [oC]; St R = 0,03 [oC]; St A = 0,02 [oC]; St H = 0,01 [oC]; St V = 0,01 [oC].Viri merilne negotovosti so podani v tabeli 5:
metra bomo zaokrožili na tri deci-malke in znaša 0,031 [oC] oz. 0,031 [K]. Zgoraj prikazano metodologijo izračuna merilne negotovosti smo naredili za vse merjene veličine. V tabeli 6 so prikazane dobljene vrednosti merilnih negotovosti za posamezne veličine.
■ 6 Vpliv natančnosti izmerjenih veličin na odstopanja lastnosti lamelnih toplotnih prenosnikov
Merilna negotovost izmerjene veličine se v karakteristiki toplotnega prenosnika ne odraža vedno v linearnem deležu glede na izmerjeno vrednost, saj povezava med izmerjeno vrednostjo in karakteristiko ni linearna, ampak je odvisna od funkcijske relacije. To funkcijsko relacijo imenujemo tudi modelna funkcija. Merilne negotovosti izhodnih veličin u (y), npr. izmerjenih temperatur, vstopajo v enačbo
Tabela 5. Viri merilne negotovosti pri meritvi temperatur suhega termometra
Veličina X.	Ocenjena vrednost x. [oC] '	Standardna merilna negotovost u(x') [oC]	Porazdelitev	Koeficient občutljivosti C'	Prispevek k negotovosti U'(y) [oC]
StS	0,01 50	0,015	normalna	1,0	0,015
St DS	0,01	0,0057	pravokotna	1,0	0,0057
St ix	0,01	0,0057	pravokotna	1,0	0,0057
St R	0,03	0,0173	pravokotna	1,0	0,0173
St A	0,02	0,0115	pravokotna	1,0	0,0115
St H	0,01	0,0057	pravokotna	1,0	0,0057
Stv	0,01	0,0057	pravokotna	1,0	0,0057
s (St )	0,0132	0,0132	normalna	1,0	0,0132
t X	°C				0,0309
Aritmetično sredino in standardni odklon merjenih veličin smo izračunali na 4 decimalke natančno, čeprav je odčitek instrumentov v stotinkah. Na ta način smo se izognili vplivu računskih netočnosti.
Standardno merilno negotovost pri merjenju temperatur suhega termometra smo izračunali tako, da smo posamezne prispevke sešteli po enačbi:
za izračun določene karakteristike toplotnega prenosnika, npr. toplotne moči, kot merilne negotovosti vhodnih veličin. Merilna negotovost izmerjene karakteristike, npr. toplotne moči uq, bo podana z enačbo
uq = c u(y)

(6.1) (6.2)
u( y) = (X ufi y) 1/2
( 5.7 )
Standardno merilno negotovost pri merjenju temperatur suhega termo-
kjer je c- koeficient občutljivosti izhodne veličine v.. Matematično je to parcialni odvod modelne funkcije f po izhodni veličini Yi v točkah izhodnih približkov v
^=1
Tabela 6. Tabela merilnih negotovosti merilne proge za merjenje lastnosti lamelnih toplotnih prenosnikov
Merjena veličina	Zahteve standarda ASHRAE 33/ EN 1216		Ugotovljena standardna merilna negotovost merilne proge
	Zahtevana merilna točnost	Dopustna standardna merilna negotovost	
Meritve temperatur na zračni strani ( grelniki )	±0,3 K (ASHRAE 33)	±0,3 = 0,1 73 K	0,031 K
Meritve temperatur na zračni strani ( Hladilniki )	±0,06 K (ASHRAE 33)	±0,06 = 0,035 K	0,031 K
Meritve temperatur vlažnega termometra na zračni strani ( Grelniki )	±0,3 K (ASHRAE 33)	±0,3 K^V3 = 0,1 73 K	0,041 K
Meritve temperatur vlažnega termometra na zračni strani (Hladilniki )	±0,06 K (ASHRAE 33)	±0,06 = 0,035 K	0,041 K
Meritev temperatur kapljevin	±0,3 K(ASHRAE 33)	±0,3 K^V3 = 0,1 73 K	0,027 K
Meritev relativnih tlakov na zračni strani	±5 Pa. (ASHRAE 33)	± 5 Pa /V3 = 2,88 Pa	1,493 [Pa]
Meritev pretokov na zračni strani	±2 % nominalnega pretoka (EN 1216 )	± 2% /V3 = 1,1 54 % nominalnega pretoka	0,574 % nominalnega pretoka
Meritev pretokov na vodni strani	±1 % nominalnega pretoka (EN 1216 )	± 1 % /^3 = 0,577% nominalnega pretoka.	0,096% nominalnega pretoka
C; =
df _8f
ax ax

( 6.3 )
Navedeni koeficient občutljivosti moramo pri vsaki veličini karakteristike izračunati za vse merjene veličine, ki jih vsebuje modelna funkcija.
■ 7 Zaključek
Prikazana industrijska laboratorijska merilna proga za merjenje lamelnih prenosnikov toplote je ob upoštevanju merilne procedure in vseh pridobljenih izkušenj primerna za ugotavljanje lastnosti toplotnih prenosnikov in izboljšavo njihovih tehničnih lastnosti na osnovi rezultatov izvedenih meritev.
S prikazanim modelom analize sposobnosti merilne proge za merjenje lamelnih toplotnih prenosnikov smo merilno negotovost merilnega sistema analizirali kot merilno negotovost tipa A, kadar je bilo možno prispevek k merilni negotovost ugotoviti s statistično obdelavo meritev. Če pa prispevka k merilni negotovosti ni bilo možno dobiti iz statistične obdelave meritev, smo ga
obravnavali kot merilno negotovost tipa B [2].
Ugotovili smo, da merilna sposobnost pri vseh veličinah ustreza zahtevam standarda ASHRAE 33-2000 in EN1216, le pri meritvi temperatur vlažnega termometra na zračni strani hladilnika je standardna merilna negotovost merilne proge malenkost višja, kot jo zahtevata navedena standarda (namesto zahtevanih 0,035 K znaša standardna merilna negotovost 0,041 K).
Pri merilni progi bo treba odpraviti še nekatere pomanjkljivosti, predvsem pri korekciji regulacije za lažje in hitrejše doseganje stacionarnega stanja nasploh, še posebej pa v območju vstopnih temperatur pod 8 °C, in izboljšati doseganje toplotne bilance pri visokih vlažnostih vstopnega zraka (nad 15 g/kg).
Stranski »produkt« pri usposabljanju merilne proge za dosego zahtev standarda ASHRAE 33 je agregat hladilne vode z zvezno regulacijo hladilne moči od 0-100 % z doseganjem stabilnega stanja temperature v zalogov-niku v mejah ±0,2 K pri napajanju
porabnika (merjeni prenosnik toplote)
po celem območju moči.
Viri
[1]	POREDOŠ, Alojz, DOLINAR, Janez., Razvoj inovacijskega okolja slovenske industrije KGH: projekt. Podprojekt/aktiv-nost 3, Razvoj elementov energetsko varčnih in okolju prijaznih KGH-sistemov: zaključno poročilo RR_Z11/08. Ljubljana: IMP Klimat, d. d., 2008, 98 f.
[2]	EA-4/02. Expresion of the Un-certaintly of Measurement in Calibration. European co-operation for Accreditation.
[3]	BOGATAJ, Vinko, DOLINAR, Janez. Zagotavljanje merilne sposobnosti pri merjenju lastnosti lamelnih toplotnih prenosnikov = Providing measuring capability in measuring the characteristics of fin heat echanges. V: TUŠEK, Jaka (ur.), REMEC, Janko (ur.). Klimatske spremembe - izzivi hlajenju: zbornik prispevkov. Ljubljana: SDHK, 2008, str. 91-102.
[4]	DOLINAR, Janez, BOGATAJ, Vinko. Merilna negotovost pri meritvi lamelnih toplotnih prenosnikov. V: Slovene Klima forum, Godovič, Slovenija, 28. september 2006.
[5]	ANSI/ASHRAE Standard 33 -2000. Method of Testing Forced Circulation Air Cooling and Air Heating Coils, Atlanta 2000.
[6]	ASHRAE Standard 41.1 - 1986. Standard Measurements Guide
-	Section on temperature measurements, Atlanta 1991.
[7]	ASHRAE Standard 41.2 - 1987. Standard Methods for Laboratory Airflow Measurement, Atlanta 1991.
[8]	ASHRAE Standard 41.3 - 1989. Standard Method for Pressure Measurement, Atlanta 1991.
[9]	EN 1216, 1998. Heat Exchangers
-	Forced Circulation Air-Cooling and Air-Heating Coils
- Test Procedures for Establishing the Performance.
[10]	SIST EN ISO / IEC 17025: 2005. Splošne zahteve za usposobljenost preizkuševalnih in kalibra-cijskih laboratorijev.
[11] DRNOVŠEK, Janko, BOJKO-VSKI, Jovan, GERŠAK, Gregor, PUŠNIK, Igor. Metrologija Študijska skripta, Univerza v Ljubljani, Fakulteta za elektrotehniko, Ljubljana 2005.
[12] Mednarodni slovar osnovnih in splošnih izrazov s področja meroslovja, Urad za standardizacijo in meroslovje, Ljubljana 1999.

I Niiložba D vaša jfrHiodnoiit
tlniunionf i km flnwjnfi*
Measuring System for Measuring the Characteristics of Fin Heat Echangers
Abstract: The following article describes a measuring system for measuring the characteristics of fin heat exchangers, that was introduced in the company IMP Klima BU Ljubljana. It presents a measuring system structure by the use of a measuring methodology and key measuring devices or systems. The article also discusses a methodology of a control capability of a measuring system and analysis of measuring uncertainty in measuring of individual sizes.
Keywords: measuring system for measuring fin heat exchangers, control of measuring system, measuring uncertainty
Uporabljene kratice in	-	temperatura medija na vod-	Ostale oznake	
oznake		ni strani pred vstopom v		
		grelnik	Y -	ocena (približek) izhodne
Oznake merjenih veličin	t2w -	temperatura medija na vod-		merjene veličine
		ni strani ob izstopu iz grel-	X -	ocena (približek) vhodne
Q^ - volumski pretok zraka preko		nika		veličine
toplotnega prenosnika	t1 -	temperatura medija na vod-	P, Q -	opazovani veličini
- temperatura suhega termo-		ni strani pred vstopom v	q -	aritmetično povprečje
metra zraka pred prenosni-		hladilnik		individualnih opazovanj
kom	tr2 -	temperatura medija na		veličine q^
- temperatura suhega termo-		vodni strani ob izstopu iz	s2 -	varianca
metra zraka za prenosni-		hladilnika	u -	standardana merilna nego-
kom	M - wc	pretok (izločanje) konden-		tovost
- temperatura mokrega ter-		za	k -	faktor pokritja
mometra zraka pred preno-	-	temperatura kondenza	U -	razširjena merilna negoto-
snikom	Apw-	padec tlaka na vodni strani		vost
t^wb - temperatura mokrega ter-		prenosnika	w -	relativna merilna negoto-
mometra zraka za prenos-	^pn -	padec tlaka na zračni strani		vost
nikom	Apa -	padec tlaka na zračni strani	u (x) -	merilna negotovost vhodne
p, - gostota zraka pred prenos-		prenosnika		veličine
nikom	PN -	relativni zračni tlak	u (y) -	merilna negotovost izhod-
p2 - gostota zraka za prenosni-	tdb -	temperatura suhega termo-		ne veličine
kom		metra	c - 1	koeficient občutljivosti
mw - pretok medija na vodni stra-	twb -	temperatura vlažnega ter-		
ni grelnika		mometra		
m^ - pretok medija na vodni stra-				
ni hladilnika				
inovadjerazvojtehnologije www.irt3000.si

stroinlstuo.com
kriJifče Etrujtiikoi'