Aktuální vydání

celé číslo

11

2021

Monitorování stavu zařízení, diagnostika, řízení údržby

Snímače a systémy řízení polohy a pohybu (motion control)

celé číslo

Senzory pro vyhledávání děr ve vodovodním potrubí

Bilance je děsivá: až 40 % čerstvé pitné vody vtlačované do vodovodních potrubí nikdy nedorazí ke konečnému spotřebiteli, protože z potrubí unikne různými netěsnostmi a trhlinami do okolí a vsákne se bez užitku do půdy. Většina vodovodních potrubí ve městech je totiž starší než 100 let, a tudíž již hodně zkorodovaná a děravá. Dosud chyběla levná možnost, jak místa úniku vody z potrubí lokalizovat. Běžné senzory průtoku s cenou 1 000 až 2 000 eur za kus to sice umožňují, ale pro plošné použití v rozsáhlých vodovodních sítích jsou příliš drahé. Na objednávku vodárenské distribuční společnosti Acque S. p. A. v Pise vyvinuli odborníci Fraunhoferova ústavu pro zpracování křemíku (Institut für Siliziumtechnologie – ISIT) v Itzenhoe společně s italskými kolegy z výrobní firmy Sensordynamics nové speciální senzory na bázi křemíku, které představují velmi levnou alternativu zjišťování míst úniku vody z potrubí. Nové senzory pracují na tepelném principu a jsou obdobou senzorů používaných již delší dobu k měření množství nasávaného vzduchu u automobilových motorů, jejichž konstrukce je upravena k měření průtoku kapaliny.
 
Klíčovou součástí senzoru jsou dva topné měřicí drátky upevněné za sebou na tenké membráně a zapojené v můstkovém obvodu. Elektrický proud, který drátky prochází, je ohřívá na konstantní teplotu asi 50 °C. Proudí-li přes tyto drátky chladnější voda, ochladí se přední drátek rychleji než drátek zadní, který je jakoby ve „stínu“ předního drátku. Pro zachování stejné teploty obou měřicích drátků musí systém zajistit, aby předním drátkem procházel větší proud. Z rozdílu proudů lze stanovit rychlost, s jakou voda potrubím proudí, a při známém průměru potrubí snadno vypočítat průtok. Podle toho, kterým drátkem protéká větší proud, lze zjistit směr, jakým voda v potrubí teče. Jestliže se v jednom místě v potrubí naměří větší průtok než v místě následujícím ve směru toku, aniž by v daném úseku potrubí bylo odběrové místo, uniká zde zřejmě voda z potrubí.
 
Důmyslné navržené řešení spočívá ve využití pulzního režimu senzoru. Měřicí drátky totiž nejsou proudem vyhřívány trvale, ale jenom asi po tři sekundy během každé minuty. Díky tomu zůstávají topné drátky po většinu provozní doby studené, čímž se výrazně redukuje tvorba vápenných úsad a bublinek vzduchu, k níž jinak dochází na měřicích drátcích, a které zkreslují měření. Další velkou výhodou je, že při pulzním provozu senzory spotřebovávají velmi málo energie a vestavěné baterie vystačí na dlouhou dobu bezobslužného provozu.
 
K ochraně tenkých topných drátků a ostatních choulostivých částí senzoru před působením vody je celý senzor potažen velmi tenkou vrstvou skla o tloušťce pouhého 1 μm, tj. asi setiny průměru lidského vlasu (obr. 1). Tato inertní vrstva je velmi stabilní a odolná proti otěru. První laboratorní zkoušky ukázaly, že senzory vydržely pracovat ve vodě bez újmy déle než tři měsíce, ale ve čtvrtém měsíci se začala na elektrických kontaktech projevovat koroze. U dalších prototypů byla proto ochrana kontaktů zdokonalena použitím speciální zalévací hmoty. V současné době zkoušejí pracovníci ISIT celkem 70 takto upravených prototypů senzoru na několika místech přímo ve vodovodní síti v Pise. Zde mají nyní senzory několik měsíců při plné funkci odolávat působení vody a měřit, kolik vody potrubím proudí a kde se voda ztrácí. Naměřené údaje lze odečítat buď při použití mobilního telefonu nebo snímat a přenášet bezdrátově do notebooku provozního technika obcházejícího měřicí místa. Pokud dopadnou zkoušky dobře, očekává výrobní firma následnou výrobu nových senzorů v množství od 50 000 do 500 000 kusů za rok. Cena nových senzorů ze sériové výroby se má pohybovat okolo 5 % nynější ceny standardních senzorů průtoku, takže jejich plošné použití pro kontrolu stavu vodovodního potrubí i v rozlehlých sítích se provozovateli vyplatí.
 
[DREXLER, J.: Lecks auf der Spur. Fraunhofer Magazin, 2008, č. 1, s. 54–55.]
Kab.
Obr. 1. Trubka z korozivzdorné oceli se senzorovou hlavicí zjišťující netěsnosti vodovodního potrubí (foto Fraunhofer ISIT)