Luftströmungs-Messgerät TMS3000 - Tunnelsensorik

Luftströmungsmessung zur Ventilationsregelung in Autobahntunneln

Luftströmungs-Messgeräte TMS 3000 sind speziell für die in ­Strassentunneln herrschenden Bedingungen konzipiert. Im Fahrraum befinden sich nur robuste mechanische Sensoren aus Edelstahl, die Auswerteelektronik wird in einem separaten Schaltraum untergebracht (bei Bauform A und B). Die hochauf­lösende Messung gestattet eine stufenlose Gebläseregelung und damit eine wirksame Optimierung der Ventilatoren und des Energieverbrauchs.

Unsere Geräte sind seit Jahren erfolgreich im Einsatz in längeren (z.B. Gotthard, Schweiz, oder Plabutsch, Österreich) oder kürzeren Tunneln (z.B. Universitäts-Tunnel Düsseldorf, Deutschland).

Die Messung beruht auf einem hochpräzisen Wirkdruckverfahren und der damit möglichen genauen Durchflussmessung des Fluids Luft durch die Tunnelröhre. Die Daten von dem abgesetzten Feldmessumformer werden in die Zentraleinheit digital über­tragen ­ (RS 485).

  • Robuste Sensormechanik ohne ­bewegte Teile
  • Praktisch wartungsfrei
  • Kompakte oder abgesetzte Bauform
  • Messung in Tunnellängsrichtung
  • Stufenlose Gebläsesteuerung ­möglich
Funktionsprinzip

Die Belüftung von Autobahntunneln sorgt dafür, dass Abgase (vor allem Kohlenmonoxid) und Schmutzpartikel aus der Tunnelröhre herausgebracht werden. Effizient und wirtschaftlich wird die Belüftung, wenn man sie über die Strömungsgeschwindigkeit der Luft in der Tunnelröhre steuern oder regeln kann. Strömungsmessgeräte TMS 3000 messen genau die (allein interessierende) Strömungsgeschwindigkeit in Tunnellängsrichtung. Lokale Verwirbelungen, die der Autoverkehr durch die Tunnelröhre stets mit sich bringt, bleiben unberücksichtigt.

TMS 3000 mitteln die Strömungsgeschwindigkeit vz in Tunnellängsrichtung (z – Richtung) über den Tunnelquerschnitt und geben somit den wirklichen Volumendurchfluss des Fluids Luft durch die Tunnelröhre an.

Die Transversalkomponenten vx und vy, die nicht zum Lufttransport in Tunnellängsrichtung z beitragen, bleiben unberücksichtigt.

Auch ein hohes Verkehrsaufkommen in einem Tunnel kann die Messung nicht beeinträchtigen. Letzteres kann bei Ultraschall-Messungen nach dem Laufzeitverfahren zu signifikanten Messfehlern führen.

Die Messung wird verwirklicht durch zwei spezielle Wirkdruck­kammern aus Edelstahl, die auf Grund ihrer Form die Strömungsgeschwindigkeit in z-Richtung messen. Der nach der Bernoulli-­Gleichung dem Quadrat der Strömungsgeschwindigkeit proportionale Differenzdruck (Wirkdruck) wird über Druckleitungen dem getrennt montierten oder in der Zentraleinheit integrierten Messumformer zugeleitet, wo der Geschwindigkeitswert ermittelt wird.

Die hochgenaue Differenzdruckmessung basiert auf einer periodischen automatischen Nullung (Autozero-Verfahren) sowie einer hochauflösenden Analog- / Digital-Umwandlertechnik. Die Strömungs­geschwindigkeit kann somit in sehr hoher Auflösung (< 0,1 m/s) gemessen werden.
Die Differenzdruckmessung im Messumformer erfolgt je nach Bauform A, B oder C an verschiedenen Stellen (s. Abb.):

  • Bauform A: „abgesetzt“
  • Bauform B: „Messumformer in der Zentraleinheit“
  • Bauform C: „compact“

Die Staurohre werden so ausgelegt, dass eindringender Schmutz oder Wasser die Messung nicht beeinträchtigen. Im extremen Fall eines Brandes fällt die Messung bei Bauform A und B nicht aus, sondern hält heissen Gasen bis über 1200 °C stand. Die sichere und quasikontinuierliche Steuerung des Gebläses unter praktisch allen Betriebszuständen ist also gewährleistet.

Komponenten
Tunnelsensorik - Bauform A, B und C
TMS3000 - auf einen Blick

Bei Erstausrüstung und Nachrüstung von Tunneln ergeben sich wesentliche und teilweise unschlagbare Vorteile:

  • Optimale Anpassung an die jeweiligen baulichen Gegebenheiten durch verschiedene Bauformen.
  • Robuste Sensoren aus Edelstahl.
  • Keine bewegten Teile.
  • Im Fahrraum gibt es bei Bauform A und B keine aktiven Elektronikkomponenten.
  • Auch im Brandfall bleibt eine einwandfreie Messung ­gewährleistet (bei Bauform A und B).
  • Das Mess-System ist praktisch wartungsfrei (empfohlenes Inspektionsintervall 5 Jahre).
  • Hohe Auflösung in beiden Strömungsrichtungen von unter 0.1 m/s.
  • Kalibrierung durch unsere akkreditierte Messstelle für ­Luft­strömungsgeschwindigkeiten (ISO 17025).
  • Mittelung der Strömungsgeschwindigkeit über den ­Tunnelquerschnitt führt zu einer genauen Durchflussmessung ohne Beeinträchtigung durch den Strassenverkehr.
  • Absolute Nullpunktstabilität durch Autozero-Verfahren (auto­matische periodische „Nullung“ der Differenzdruck-Messzellen).
  • Luftdruckmessung bereits enthalten.
  • Der Messwertaufnehmer in Form eines Staurohrs ragt nur ca. 40 cm in den Fahrraum.
  • Einfachste und ohne Werkzeuge realisierbare Demontage der Staurohre bei periodischen Reinigungen der ­Tunnelwände.
Technische Daten

Die wichtigsten technischen Daten - TMS3000

Messung der mittleren Strömungsgeschwindigkeit durch die Tunnelröhre (in Längsrichtung)

2 Differenzdruck-Staurohre pro Messstelle, gegenüberliegend montiert

Messbereiche -10 ... 0 ... +10 m/s
-15 ... 0 ... +15 m/s
-20 ... 0 ... +20 m/s
Genauigkeit < 0,1 m/s
Ausgänge 4 ... 20 mA für die Parameter:
  • Strömungsgeschwindigkeit bei Staurohr A inkl. Polarität
  • Strömungsgeschwindigkeit bei Staurohr B inkl. Polarität
  • Mittelwert der Strömungsgeschwindigkeit inkl. Polarität
  • Lufttemperatur an der Messstelle (-30 ... +140 °C, wahlweise -30 ... +600 °C)
  • Barometerdruck an der Messstelle (600 ... 1100 mbar)
  • Statussignale zur Fehlerüberwachung
Eingänge Verkürzung des Mittelungsintervalls im Ereignisfall
Service- und Parametrier-Schnittstelle I2C, an der Vorderseite der Auswerteeinheit