Automatizarea proceselor în industria chimică

Curs nr. 13, 14

MĂSURAREA AUTOMATĂ A CLIMEI

Necesitatea crescândă de date omogene, uniforme în timp, cu rezoluţie temporală din ce în ce

mai mare şi disponibile în timp real a impus automatizarea măsurătorilor și observaţiilor

meteorologice, o rezoluţie temporală de 10 minute devenind o cerinţă de bază pentru generarea

avertizărilor și prognoza fenomenelor meteorologice severe.

Pentru mărimile a căror măsurare este foarte dificilă, costisitoare sau, chiar, imposibila în mod

automat, cum ar fi: starea suprafeţei, tipul precipitaţiilor, tipul norilor etc., o staţie automată are

posibilitatea de a accepta şi observaţiile realizate de un observator uman.

Descrierea constructivă a staţiei meteorologice automate

tip VAISALA MAWS 301

Principalele părţi componente ale unei staţii meteorologice automate, a cărei structură este

configurabila uşor, astfel încât poate fi folosită, în acelaşi timp, pentru aplicaţii sinoptice,

climatologice, agrometeorologice, aeronautice sau de poluare, sunt:

o setul de senzorii;

o adaptorii;

o convertorul analog – digital;

o memoria tampon;

o microprocesorul;

o dispozitivele de ieşire a datelor.

În funcţie de cerinţele aplicaţiei, o astfel de staţie poate lucra în moduri diferite, comutarea între

acestea realizându-se automat sau la cerere.

Marea majoritate a stațiilor meteorologice automate din România, sunt tip VAISALA MAWS

301 (Finlanda) fiind dotate cu echipamente DigiCORA în cazul observațiilor de altitudine.

Având structura prezentată în fig. nr. 13.1, aceste stații sunt realizate în jurul unui subsistem

(modul) de măsură și control (data logger) conectat, printr-o linie serială, la un computer aflat în

clădirea stației meteorologice. Transmisia datelor în sistem se realizează prin intermediul unui modem

GSM conectat la computer. Traductoarele fiecărei mărimii meteorologice sunt conectate la modulul de

măsură și control prin diverse cabluri specifice. Alimentarea cu energie electrică a stației se realizează

prin intermediul unui panou solar de 12 – 24 W și un acumulator cu Pb, respectiv prin conectare la

rețeaua de 220 V/50 Hz în cazul în care se folosesc traductoare încălzite.

1

Automatizarea proceselor în industria chimică

Stațiile meteorologice automate tip VAISALA MAWS 301 dispun de două categorii de software.

Cel care rulează pe microprocesorul modulului de măsură și control (sistem de operare și fișiere de

configurare) stabilește modul de funcționare a stației (ce măsoară, cât de des, modul de prelucrare al

datelor), în timp ce software-ul de pe computer permite:

vizualizarea datelor și arhivarea lor;

editarea mesajelor;

transmisia mesajelor la centrele de colectare.

2

Automatizarea proceselor în industria chimică

Fig. nr. 13.1 Staţia meteorologică automată tip VAISALA MAWS 301 (Finlanda)

3

Automatizarea proceselor în industria chimică

Senzorii staţiei meteorologice de tip VAISALA MAWS 301

Stația meteorologică automată tip VAISALA MAWS 301 dispune de un număr de opt traductori

specifici (fig, nr. 13.1).

Traductorul combinat temperatură - umiditate relativă (QMH 102, tabelul 13.1) conține, în

același corp, două traductoare diferite; cel de temperatură a aerului, este o termorezistență de platină,

cu valoarea de 100 Ω, la 0° C (Pt100), având domeniul de variaţie între 40°C ÷ 60°C, cu o eroare mai

mică de ± 0,3%, iar cel de umiditate relativă este un condensator cu dielectric dintr-un polimer (tip

HUMICAP 180) cu proprietăți higroscopice, având domeniul de măsură de la 0 la 100%, cu o precizie

de 2%.

Deoarece dependența rezistență – temperatură a primului traductor este liniară și permitivitatea

relativă a dielectricului polimeric, a celui de-al doilea, variază cu umiditatea relativă modificând,

astfel, valoarea condensatorului, acestea sunt măsurate de modulul de măsură și control.

Cu ajutorul unui adăpost (ecran), situat la 2 m de sol, asemănător cu cel meteorologic clasic,

corpul traductorului combinat este protejat de radiația solară directă, care ar putea influența

măsurătoarea.

Traductorul de presiune atmosferică și electronică asociată (PMT16A, tabelul 13.1) are la bază

un condensator cu membrana de siliciu, care are o precizie excelentă şi o stabilitate foarte bună într-

un domeniu foarte larg de temperaturi, deformându-se sub acțiunea modificării presiunii. Variația

corespunzătoare de capacitate este măsurată cu modulul de măsură și control, în interiorul căruia este

montat traductorul, ce are o gamă de măsură cuprinsă între 600 ÷ 1100 hPa şi o temperatură de lucru

cuprinsă între 40°C şi 60°C.

În rețeaua națională de stații automate se folosesc două tipuri de traductoare de vânt: unul

mecanic și al doilea static, bazat pe efect Doppler.

Traductorul mecanic, cu senzorul tip QMW110 (tabelul 13.1), este o combinație între un

anemometru cu cupe și o giruetă (pană de vânt). La fiecare rotație a cupelor anemometrul produce un

tren de impulsuri, al căror număr pe unitatea de timp este proporțional cu viteza vântului. Rezistența

dintre cursor și capătul unui potențiometru cu care axul giruetei este solidar este proporțională cu

unghiul față de Nord.

Traductorul ultrasonic, cu senzorul tip WAS425 (tabelul 13.1), el însuși un sistem de măsură cu

microprocesor, asigură determinarea precisă a vântului din toate direcţiile (viteza vântului şi direcţia sa

orizontală) folosind viteza de propagare a ultrasunetelor (efectul Doppler). Algoritmul de calcul este

realizat chiar de sistem, rezultatul măsurării fiind furnizat pe o linie seriala, sub forma numerica.

Pentru utilizarea în zonele cu climă rece senzorul poate fi încălzit.

4

Automatizarea proceselor în industria chimică

Tabelul 13.1 Senzorii standard ai staţiei automate VAISALA MAWS 301

Traductorul Tipul senzorului

temperatură - umiditate relativă QMH 102

presiune atmosferică PMT16A

vânt

QMW110 (mecanic)

WAS425 (ultrasonic)

precipitațiiQMR102

5

Automatizarea proceselor în industria chimică

Continuare tabel 13.1

radiație globală CM6B

, radiație netă QMN1

01

temperatura solului(suprafață și adâncimi)

QMT 107

Pentru determinarea precipitațiilor lichide, traductorul stației meteorologice automate

VAISALA MAWS 301, cu senzorul tip QMR102, folosește metoda cupelor basculante; la fiecare

basculare se închide, temporar, un contact electric, fenomen contorizat de modulul de măsură și

control. Cantitatea de precipitații reprezintă suma impulsurilor pe un interval de timp.

Principalele avantaje ale automatizării staţiilor meteorologice sunt:

omogenitatea observaţiilor (de la locaţie la locaţie, de la zi la noapte) este îmbunătăţită;

uniformitatea și obiectivitatea măsurătorilor este îmbunătăţită;

frecvența măsurătorilor crește;

precizia şi calitatea datelor crește;

disponibilitatea datelor și uniformitatea temporală este mai bună;

frecvența observaţiilor speciale este mărită;

densitatea observaţiilor disponibile în timp real este mai mare;

monitorizarea parametrilor atmosferei este continuă.

datele produse de alte sisteme (radar, sateliţi, etc.) sunt integrate mai uşor;

6

Automatizarea proceselor în industria chimică

datele obţinute sunt arhivate mai eficient şi au costuri mai mici pentru o măsurătoare

individuală.

Cele mai importante limitări şi deosebiri dintre o staţie meteorologică automată și măsurătorile

realizate de un operator uman constă în faptul că:

o staţia automată furnizează o evaluare a vremii numai în zona în care sunt amplasate

traductoarele (măsurare la locaţie fixă), nu pe tot orizontul locaţiei;

o unele măsurători sun dificil de automatizat;

o între măsurătorile realizate de un operator uman și cele determinate de o staţie meteorologică

automată apar diferenţe;

o investiţie iniţială este mare;

o metodele de estimare a mărimilor meteorologice sunt diferite, deoarece observatorul uman

integrează în spaţiu, în timp ce o staţie meteorologică automată integrează in timp;

o datele furnizate de o staţie meteorologică automată sunt obiective, iar cele determinate de

observatorul uman pot introduce erori subiective.

7