Optiliste sensorite kasutamine veearvestite taatlusprotsessis (0)

 
Materjalitehnika  instituut 
Materjaliõpetuse  õppetool  
 
MTM40LT 
Ove Hillep 
 
Optili
l s
i t
s e 
e sen
e sor
o it
i e 
e kas
a uta
t min
i e 
e ve
v e
e a
e r
a ve
v s
e t
s it
i e 
e
taatlusprotsessis 
Bakalaureusetöö  
 
 
 
Autor 
r tao
a  tleb
e   
teh
e nik
i a
k t
a ea
e d
a uste
t  
e bakalaureu
e se 
         ak
a ad
a eemi
m lis
i t 
t kraad
a i 
 
 
 
 
 
 
 
Tallinna Tehnikaülikool 
2014 
 
AUTORIDEKLARATSIOON 
 
Deklareerin, et  käesolev   lõputöö  on minu iseseisva töö tulemus.  
Esitatud materjalide põhjal ei ole varem akadeemilist kraadi taotletud. 
Töös kasutatud kõik teiste  autorite  materjalid on varustatud vastavate  viidetega . 
 
Töö valmis Lauri Lillepea juhendamisel 
“.......”....................201….a. 
Töö autor 
.............................   allkiri  
 
 
 
 
Töö vastab bakalaureusetööle esitatavatele nõuetele. 
“.......”....................201….a. 
Juhendaja  
.............................   allkiri  
 
 
 
 
Lubatud kaitsmisele. 
.................................   õppekava  kaitsmiskomisjoni esimees 
“.......”....................201… a. 
.............................  allkiri 
 
 
TTÜ materjalitehnika instituut 
Materjaliõpetuse õppetool 
BAKALAUREUSETÖÖ ÜLESANNE 
2014.  aasta  sügissemester  
 
Üliõpilane:   Ove Hillep, 072974 
Õppekava : Tootearendus ja  tootmistehnika  
Eriala: Materjalitehnika 
Juhendaja:   Metrosert AS metroloogiadivisioni juht Lauri Lillepea 
Konsultandid:  Kristjan  Tammik, mõõtevaldkonna spetsialist, 5209495 
 
 
Jaanus   Vahi , IT spetsialist, 5132926 
 
BAKALAUREUSETÖÖ TEEMA: 
(eesti keeles)  Optiliste  sensorite kasutamine veearvestite taatlusprotsessis  
(inglise keeles) The use of optical  sensors  in verifying  process  of water meters 
Lõputöös lahendatavad ülesanded ja nende täitmise ajakava: 
Nr 
Ülesande kirjeldus   
Täitmise tähtaeg 
1 
Info kogumine ning mõõtesüsteemiga  tutvumine  
12.11.2014 
2 
Optiliste sensorite  juhendite   uurimine  
26.11.2014 
3 
Katsed optiliste sensoritega mõõtesüsteemis 
03.12.2014 
4 
Arvutused 
05.12.2014 
5 
Lõplikud joonised ning töö  viimistlemine  
07.12.2014 
Lahendatavad insenertehnilised ja majanduslikud probleemid: optiliste sensorite rakendamine, 
majandusliku otstarbekuse kaalutlemine,  jooniste  tegemine,  projekteerimine . 
 
Täiendavad märkused ja nõuded:….……………………………...................................... 
Töö keel: eesti keel 
Kaitsmistaotlus esitada  hiljemalt  17.12.2014  Töö esitamise tähtaeg 12.01.2015 
 
Üliõpilane Ove Hillep 
 
/allkiri/ ………..  
 
kuupäev………  
Juhendaja       
 
 
/allkiri/ ………..  
 
kuupäev……… 
 
Konfidentsiaalsusnõuded ja muud ettevõttepoolsed tingimused formuleeritakse pöördel. 
3 
 
SISUKORD 
KASUTATUD  TERMINITE   LOETELU  ........................................................................................ 6 
SELEDE LOETELU ........................................................................................................................ 8 
TABELITE LOETELU .................................................................................................................... 9 
1. SISSEJUHATUS ........................................................................................................................ 10 
2.  LÄHTEÜLESANNE  .................................................................................................................. 12 
3. VEEARVESTITE TAATLUSMETOODIKA ........................................................................... 13 
3.1. Taatlusmetoodika  alusdokumendid  ............................................................................................. 13 
3.2. Meetodi põhimõte ...................................................................................................................... 14 
3.3. Mõõtevahendid ........................................................................................................................... 14 
3.5. Mõõdiste töötlemine................................................................................................................... 17 
4.  OPTILISED   SENSORID  ........................................................................................................... 20 
4.1. Optiliste sensorite tööpõhimõte ning ehitus ................................................................................ 20 
4.2. Sensori valik ................................................................................................................................ 24 
5. MÕÕTESÜSTEEMI KIRJELDUS ............................................................................................ 27 
5.1. AS Metrosert Tallinna labori veestend ......................................................................................... 27 
5.1.1. Nõuded veearvestite taatlusseadmetele ............................................................................... 29 
5.1.2. Taatlusstendi tehnilised andmed .......................................................................................... 30 
5.2. Optiliste sensorite  toiteplokk  ....................................................................................................... 30 
5.2.1.  Toiteploki  tehnilised näitajad ................................................................................................ 31 
5.3.  Rakised ........................................................................................................................................ 31 
5.4.  Tarkvara  ...................................................................................................................................... 32 
6. SENSORSÜSTEEMI RAKENDUSEST TAATLUSPROTSESSIS ......................................... 33 
6.1. Taatlusprotsess optilise sensoriga Visolux ML 4-8-RL ................................................................... 37 
6.2. Taatlusprotsess optilise sensoriga SICK KT5G-2N1311.................................................................. 40 
7. ARVUTUSED ............................................................................................................................ 43 
7.1. Tööaja arvutus. ........................................................................................................................... 43 
7.2 Tasuvuse arvutus .......................................................................................................................... 44 
8. PRAKTILISE TÖÖ TULEMUSED ........................................................................................... 45 
9. KOKKUVÕTE ........................................................................................................................... 46 
10. SUMMARY ............................................................................................................................. 47 
9. KASUTATUD KIRJANDUS .................................................................................................... 48 
LISA 1: VEEARVESTITE LUBATUD PIIRVEAD ..................................................................... 49 
4 
 
JOONISED ..................................................................................................................................... 50 
 
 
 
5 
 
KASUTATUD TERMINITE LOETELU 
Veearvesti  –  mõõtevahend    sellest    läbi    voolava    vee    mahu    pidevaks    mõõtmiseks, 
salvestamiseks ja  esitamiseks  mõõtetingimustel.  
Külmaveearvesti – veearvesti, kus vee temperatuur,  mille  hulka  mõõdetakse, võib olla üle 0°C 
kuni vähemalt 30°C.  
Soojaveearvesti – veearvesti, kus vee temperatuur, mille hulka mõõdetakse, on üle 30°C kuid ei 
ületa 90°C.  
Kuumaveearvesti  –  veearvesti,  kus  vee  temperatuur,  mille  hulka  mõõdetakse,   alampiir     on    üle  
30°C  ja  vee  temperatuuri  ülempiir  üle  90°C.  Vee  temperatuuri ülempiiri  võib  kehtestada  
veearvesti  valmistaja  ja  selle  arvväärtus  märgitakse veearvestile.  
Suurim    voolukulu     Qmax     või    qs    -    suurim    voolukulu,    mille    korral     arvesti     peab  suutma 
piiritletud  aja  jooksul  toimida  purunemata  ning  ületamata  lubatud  piirvigu  ja  suurimat  lubatud 
rõhukadu .  
Nimivoolukulu Qn või  qp - kulu, mille väärtus võrdub ½  Qmax. Nimivoolukulu  Qn korral  peab  
arvesti    suutma    toimida    tavalistes   kasutustingimustes,    s.t    pideva   ja katkendliku  kasutamise 
korral, ületamata lubatud piirvigu. Ka nominaalkulu. 
Väikseim voolukulu   Qmin  või qi – voolukulu, millest alates ei tohi arvesti ületada lubatud piirvigu 
ja mis on määratletud Qn-ist sõltuva muutujana. Ka minimaalne kulu. 
Üleminekuvoolukulu    Qt  –    voolukulu,    mis     jagab     mõõtepiirkonna    ülemiseks    jaalumiseks 
vööndiks  ja mille korral kaob lubatud piirvigade  järjepidevus . Ka üleminekukulu. 
q  Soojuskandja  kulu; qs -  lühiajaliselt  lubatud q suurim väärtus, mille juures soojusarvesti toimib 
korrektselt; qp -  püsivalt  lubatud q suurim väärtus, mille juures soojusarvesti toimib korrektselt; qi 
- on q väikseim lubatud väärtus, mille juures soojusarvesti toimib korrektselt;  
Miinimumkulu  (Q1)  –  väikseim   veekulu   väärtus,  mille  juures  veearvestinäidu  hälve  vastab 
lubatud piirveale.  
Üleminekukulu (Q2) – veekulu väärtus, mis asub nimikulu ja miinimumkulu vahel ning mis jagab 
veearvesti  mõõtepiirkonna kaheks – “ülemiseks” ja  “alumiseks” –  piirkonnaks , millest kumbagi 
iseloomustab oma lubatud piirvea väärtus. 
Nimikulu (Q3) – suurim veekulu väärtus, mille juures veearvesti töötab ettenähtud töötingimustel, 
sealhulgas pideva või katkendliku voo tingimuste korral, rahuldavalt;  
6 
 
Ülekoormuskulu (Q4) – suurim veekulu väärtus, mille juures veearvesti töötab  lühikese  aja vältel 
rahuldavalt ning kahjustusteta. 
Töötemperatuur  Θ (°C) – vee temperatuur torustikus vahetult enne veearvestit.  
Maksimaalne    töörõhk    Pmax  (MPa)    –    maksimaalne    rõhu    väärtus    torustikus,    millejuures 
veearvesti võib pidevalt töötada.  
Rõhukadu – rõhukadu, mille arvesti torustikus põhjustab. 
Optiline   sensor   –   elektrooniline   sensor,  mis  muudab  valguse  või  selle  muutuse  elektriliseks 
signaaliks. 
Kuluratas   –  veearvesti   komponent ,  mis  on  üldjuhul  otseses  magnetilises  kontaktis  arvesti 
kuluanduriga ja mille pöörlemist on  visuaalselt  võimalik jälgida ja optiliste anduritega loendada. 
Teades  kuluratta  ning  kuluanduri  hammasrataste  ülekandearvu,  on  võimalik  kuluratta  järgi 
määrata arvestit läbiva vee hulka. 
Mõõtehälve  – olemasoleva  info  põhjal  mõõtesuurusele  omistatud  suuruse  väärtuste  hajuvust  
iseloomustav    mittenegatiivne   parameeter .  Võib  olla  esitatud  mõõtetulemustega  sama  ühikuga 
(absoluutne mõõtehälve) või protsentides (suhteline mõõtehälve). 
Etalon - antud suuruse määratluse realiseering, mille väärtus ja sellega seotud  mõõtemääramatus  
on teada ning mida kasutatakse suuruse tugiväärtusena. 
 
7 
 
SELEDE LOETELU 
Sele 4.1.   
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
20 
Sele 4.2.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
20 
Sele 4.3.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
21 
Sele 4.4.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
21 
Sele 4.5.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
21 
Sele 4.6.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
21 
Sele 4.7.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
22 
Sele 4.8.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
22 
Sele 4.9.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
22 
Sele 4.10. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
23 
Sele 4.11.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
25 
Sele 4.12.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
25 
Sele 4.13.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
25 
Sele 5.1. Metrosert AS veestend. Valmistaja joonis. 
 
 
 
 
27 
Sele 5.2. AS Metrosert Tallinna  veelabor .    
 
 
 
 
 
28 
Sele 5.3. Toiteplokk.   
 
 
 
 
 
 
 
 
31 
Sele 5.3.1. Visolux ML 4-8-RL improviseeritud  rakis .  
 
 
 
 
32 
Sele 6.1. Katsetamisel kasutatav külmaveearvesti.    
 
 
 
 
33 
Sele 6.2. Stendi töörežiimid.    
 
 
 
 
 
 
 
37 
Sele 6.3. Visolux 4-8-RL optiline sensor töös.  
 
 
 
 
 
38 
Sele 6.4. Optiline sensor SICK KT5G-2N1311.  
 
 
 
 
 
39 
8 
 
TABELITE LOETELU 
Tabel 1.1  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
10 
Tabel 4.1  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
24 
Tabel 6.1. Veearvestite minimaalsed ning üleminekuvoolukulud  
vastavalt arvesti klassile ning nimivoolikulule.  
 
 
 
 
 
34 
Tabel 6.2. Metrosert AS veestendi kalibreerimistulemused.  
 
 
 
34 
Tabel 6.3. Külmaveearvesti mõõtehälve kulul Qn = 1,46 m3/h.  
 
 
 
35 
Tabel 6.4. Külmaveearvesti mõõtehälve kulul Qt = 0,032 m3/h.    
 
 
36 
Tabel 6.5. Külmaveearvesti mõõtehälve kulul Qmin = 0,0125 m3/h.  
 
 
36 
Tabel 6.6. Stabiilsuskatsete tulemused optilise sensoriga Visolux ML 4-8-RL.    
38 
Tabel 6.7. Stabiilsuskatse optilise sensoriga SICK KT5G-2N1311.  
 
 
40 
Tabel 6.8. Tulemused kulul Qn = 1,46 m3/h.  
 
 
 
 
 
40 
Tabel 6.9. Tulemused kulul Qt = 0,032 m3/h.  
 
 
 
 
 
41 
Tabel 6.10. Tulemused kulul Qmin = 0,0125 m3/h.  
 
 
 
 
41 
Tabel 7.1. Tööaja arvutus.    
 
 
 
 
 
 
 
42 
Tabel 7.2. Tasuvuse arvutus.  
 
 
 
 
 
 
 
43 
Tabel 8.1. Mõõtetulemuste  määramatus .  
 
 
 
 
 
 
44 
9 
 
1. SISSEJUHATUS 
Optilised  sensorid  on   seadmed ,  mida  kasutatakse  objekti  olemasolu  või  selle  puudumise 
määramiseks   sensori  vaateväljas  ning  distantsi  mõõtmiseks.  Enamasti  töötavad  need   infrapuna  
valgusel.  Tänapäeval  kasutatakse  neid  peaaegu  kõikjal:  tootmisliinides,  sõidukites,  telefonides 
jne.  Optiliste  sensorite   eeliseks   on  protsessi  jälgimine  kontaktivabalt,  võimaldades  sellega 
rakenda  suuremat  kiirust  ning  kasutada  neid  kohtades,  kus  toote  või  objekti  füüsiline 
manipuleerimine  on raskendatud. 
Antud  lõputöö  keskendub  optiliste  sensorite  rakendamisele  veearvesti  taatlusprotsessis,  mida 
senimaani  tehakse  nn.  käsitööna:   operaator   fikseerib  taadeldava  mõõtevahendi   näidu   ning 
mõõdab  aega  sobiva  mahuni  jõudmiseni.  Seejärel  võrreldakse  tulemust  etaloni  näiduga  ning 
arvutatakse  mõõtehälve.  Antud  lõputöö  eesmärgiks  on  mehaaniliste   arvestite ,  millel  puudub 
impulssväljund, taatlusprotsessi kiirendamine optilise sensori kasutamisega, suurendades sellega 
tootlikkust.  
 
Lähtudes  Metrosert  AS  taatlusmetoodikast  MSTM  42-2006  „Külma-  ja  kuumaveearvestid“, 
määratakse veearvesti taatlemisel mõõtehälve vähemalt kolmel kulul. Kulud valitakse tabelis 1.1 
toodud vahemikest.  
 
Tabel 1.1 
Soojusarvestite komplekti kuuluvad 
Veearvestid 
veearvestid 
Jrk 
75/33/ EMÜ  või 
nr 
2004/22/EÜ 
79/830/ EMÜ 
OIML R72 järgi 
EN  1434  järgi 
järgi 
järgi 
0,9 Qmax kuni 
0,45 Qmax kuni 
1 
0,9 Q3 kuni Q3 
0,9 qp kuni qp 
Qmax 
0,55 Qmax 
0,1 qp kuni 0,11 
2 
Qt kuni 1,1 Qt 
Q2 kuni 1,1 Q2 
Qt kuni 1,1 Qt 
qp 
Qmin kuni 1,1 
Qmin kuni 1,1 
3 
Q1 kuni 1,1 Q1 
qi kuni 1,1 qi 
Qmin 
Qmin 
10 
 
 
Kuna  antud  süsteemiga  hakatakse  määrama  mõõtehälvet  kõikidel  mehaanilistel  arvestitel,  siis 
peab kasutatav sensor suutma lugeda signaale kuluvahemikus 0,008…30,000 m3/h. 
 
Antud lõputöö teema on saadud ettevõttest Metrosert AS. 
 
 
 
 
 
 
 
11 
 
2. LÄHTEÜLESANNE 
Antud  lõputöö  ülesandeks  on  uurida  optiliste  sensorite  rakendust  veearvestite  taatlusprotsessis, 
valida rakenduseks  sobivaim  sensor ning  sooritada  mõõtesüsteemi otstarbekust tõestavad katsed. 
Süsteemi otstarbekust saab hinnata ajalise võidu ning täpsuse seisukohalt.  
 
Töö  teostamiseks  on  vaja  valida  tööks  sobiv  sensor,  paigaldada  see  olemasolevasse 
mõõtesüsteemi  ning  kontrollida  selle  töökindlust.  Lisaks  on  vaja  kontrollida  olemasoleva 
mõõtesüsteemi tarkvara sobivust uue töörežiimiga. Kui arendatav süsteem end õigustab, siis saab 
seda rakendada ka Metrosert AS Tartu veelaboris. 
 
 
12 
 
3. VEEARVESTITE TAATLUSMETOODIKA 
 
Metrosert  AS  külma-  ning  soojaveearvestite  taatlusmetoodika  on  kasutatav  A,  B  ning  C  klassi, 
nimiläbimõõduga  DN  10  kuni  DN  100,  direktiividele  75/33/EMÜ  või  79/830/EMÜ  vastavate 
veearvestite 
EÜ 
esmataatlusel, 
veearvestite 
ja 
kulumuundurite/mahumõõtemuundurite 
(2004/22/EÜ,  75/33/EMÜ,  79/830/EMÜ,  OIML  R  49,  OIML  R  72,  EN  14154  või  EN  1434 
kohaste veearvestite)  esma -, kordus- ja erakorralisel taatlusel.  
 
Esmataatluse  peab  läbima  kasutuselevõetav  veearvesti,  rikutud  taatlusmärgisega  või 
taatlusmärgiseta kasutusel olev veearvesti ja veearvesti pärast remonti. 
 
3.1. Taatlusmetoodika alusdokumendid 
 
OIML R 49 Water meters intended for the metering of  cold  water  
75/33/EMÜ Nõukogu  direktiiv , 17. detsember 1974, külmaveearvesteid käsitlevate liikmesriikide 
õigusaktide ühtlustamise kohta  
OIML D 4 Installation and  storage  conditions for cold water meters. 
OIML R 72 Hot water meters 
79/830/EMÜ  Nõukogu  direktiiv,  11.  september  1979,  kuumaveearvesteid  käsitlevate 
liikmesriikide õigusaktide ühtlustamise kohta  
71/316/EMÜ  Nõukogu  direktiiv  liikmesriikide  õigusaktide  mõõtevahendeid  ja  metroloogilise 
kontrolli   meetodeid   käsitlevate  ühissätete  ühtlustamise  kohta,  koos  täienduste  ja  muudatustega: 
72/427/EMÜ; 
83/575/EMÜ; 
87/354/EMÜ; 
87/355/EMÜ; 
88/665/EMÜ; 
2006/96/EÜ; 
2007/13/EÜ ja 807/2003 
OIML R 75  Heat  meters(veearvestiteleesitatud nõuete osas)  
EN 14154 Water meters.  Part  1; Part 2; Part 3 
EO 6-1 Volumenmeßgeräte  für  Kaltwasser 
EO 6-2 Volumenmeßgeräte für Warmwasser 
EO  22  Meβgeräte  für  thermische  Energie,   Warm -  und  Heiβwasserzähler  für  Wärmtauscher- 
Kreislaufsysteme (veearvestiteleesitatud nõuete osas)  
13 
 
EN 1434:1-6 Heat meters (veearvestiteleesitatud nõuete osas)  
ISO  7858-1  Measurement  of  water  flow  in  closed  conduits  –  Combination  meters  for  cold 
potable water Part: 1 Spetcifications 
ISO  7858-3  Measurement  of  water  flow  in  closed  conduits  –  Combination  meters  for  cold 
potable water Part: 3 Test methods 
ISO 4064 Measurement of water flow in closed conduits. Meters for cold potable water  
MKM  määrus  nr  46  Majandus-  ja  kommunikatsiooniministri  15.  mai  2006.a  määrus  nr  46, 
„Direktiivi  2004/22/EÜ  kohaldamisalasse  kuuluvate  mõõtevahendite  olulised  ja  erinõuded, 
nõuetele vastavuse hindamise ja tõendamise kord ning mõõtevahendite märgistamise nõuded“ 
 
3.2. Meetodi põhimõte  
 
Meetodi aluseks on:  
a)  etalonmõõdunõu/-mahuti  (edaspidi  etalonmahuti)  mahuga  määratud  vee  koguse  läbilaskmine 
veearvestist (mahumeetod), või  
b)  etteantud  veekoguse  läbilaskmine  veearvestist  ning  selle  koguse  määramine  tema  massi 
mõõtmisel etalonkaaluga (massimeetod). 
 
3.3. Mõõtevahendid 
 
Mõõtmistel kasutatakse järgmisi seadmeid:  
a)  etalonseade,  kus  etalonmahuti  maht  määrab  ära  veearvestit  läbinud  vee  koguse.  Sellisel 
põhimõttel  töötava  kalibreeritud  etalonseadme  laiendmääramatus  peab  olema  vähemalt  3  korda 
(külma-  ja  kuumaveearvestid)  või  5  korda  (soojusarvesti  komplekti  kuuluvad  veearvestid) 
väiksem kui taadeldava veearvesti lubatud  piirviga , või  
b)  etalonseade,  mis  võimaldab  määrata  veearvestit  läbinud  vee  massi  ja  selle  kaudu  veearvestit 
läbinud 
vee 
kogust. 
Sellisel 
põhimõttel 
töötava 
kalibreeritud 
etalonseadme 
laiendmõõtemääramatus peab olema vähemalt 3 korda (külma- ja kuumaveearvestid) või 5 korda 
(soojusarvesti  komplekti  kuuluvad  veearvestid)  väiksem  kui  taadeldava  veearvesti  lubatud 
piirviga.  
 
14 
 
Etalonseadmed  peavad  tagama  mõõtmiste  ajal  mõõtmisprotsessi  läbiviimiseks  valitud  vee 
temperatuuri  vahemikust  10  ºC  kuni  75  ºC  määramatusega  5  ºC,  kuludel  0,015  m³/h  kuni 
250 m³/h. Kulu stabiilsus kuludel alates Qmin kuni Qt peab olema väiksem/võrdne 2,5% kulust ja 
kuludel  alates  Qt  kuni  Qmax  peab  olema  väiksem/võrdne  5%  kulust.  Mõõtmiste  ajal  vee 
temperatuurimuutus  ei  tohi  ületada  5  ºC.  Vee  temperatuuri  mõõtmiseks   kasutatava   termomeetri 
laiendmääramatus peab olema väiksem või võrdne 1 ºC; 
c) sekundimõõtur (10…1800) s määramatusega 0,05s;  
d) impulsside loendur (10… 100000 ) impulssi määramatusega 1  impulss ; 
e)  ülerõhu  mõõturid/manomeetrid kuni 5 MPa määramatusega 0,25%;  
f)  impulsside  formeerija,  mis  formeerib  mehaanilise   kontaktiga   veearvesti  väljundi 
impulssloendurile  loetavaks  nelinurkimpulsiks. 
 
Taatlusel  tuleb  läbi  veearvesti  lasta  selline  veekogus,  mis  tagab  vähemalt  väikseima  (esimese) 
näitava  trumli  või  osuti  kaks  täispööret.  Selle  nõude  täitmiseks  on  soovitatav  vee  läbilaskmise 
ajaline kestvus valida: 
-  aksiaalsuunalise  tiivikuga  külmaveearvestitel  kulul  Qmax  kuni  1  minutit,  kulul  Qt  2  kuni  2,5 
minutit ja kulul Qmin vähemalt 6 minutit;  
-  tangensiaalsuunalise  tiivikuga  külmaveearvestitel  kulul  Qmax  vähemalt  2  minutit,  kulul  Qt 
vähemalt 9 minutit ja kulul Qmin vähemalt 25 minutit või minimaalne läbilastava vee kogus Vmin, 
arvutatakse seosest  
∙
| |  või (1) 
∙
| |∙  (2) 
kus s – iseloomustab veearvestilt lugemi võtmise täpsust:  
s= 0,25 jaotist (optilise lugemisseadmega veearvestikorral),  
  
s= 0,5 skaalajaotist (visuaalse lugemi võtmise korral),  
s=1 impulss (impulssväljundiga veearvestitekorral);  
δ – veearvesti lubatud piirviga;  
v1 – veearvestiminimaalse skaalajaotise või impulsi väärtus 
 või 
 või 
 või 
; 
v2 – veearvestiimpulsi väärtus 
 või 
 
15 
 
Mõõteprotseduurid  veearvesti  taatlemisel,  kui  etalonseade  töötab  vee  voolu  katkestamise 
meetodil.  
 
Esimene veekulu väärtus valitakse tabelist 1.1.  
Peale kulu stabiliseerumist vee vool läbi veearvesti katkestatakse. Taatlusprotokolli kantakse iga 
taadeldava veearvesti algnäit V1. 
 
Avatakse  vee  vool,  mis  peale  iga  veearvesti  läbimist  suunatakse,  vastavalt  etalonseadme 
tööpõhimõttele, kas etalonmahutisse või etalonkaalul asuvasse mahutisse.  
Peale  esimeses  punktis  arvutatud  veekoguse  läbivoolamist  vee  vool  läbi  veearvesti(te) 
katkestatakse.  Taatlusprotokolli  kantakse  iga  taadeldava  veearvesti  lõppnäit  V2,  lugem 
etalonmahuti  skaalalt  (kui  vee  mahu  mõõtmine  toimub  etalonmahutil   asetseva   skaala  järgi)  või 
etalonkaalu näit M.  
 
Mõõtmisi korratakse veel kahel järgneval kulul (vt tabel 1.1). Taatlusprotokolli kantakse ka vee 
temperatuur etalonmahutis ΘN ja enne arvestit/esimest veearvestit ΘK.  
 
Mõõteprotseduurid madalsagedusliku impulssväljundiga veearvestite taatlemisel  
 
Madalsagedusliku impulssväljundiga veearvestite taatlemisel mõõdetakse etalonmahuti täitumise 
aja  τN  jooksul  iga  veearvesti  impulssväljundis  tekitatud  impulsside  hulk  N.  Kui  etalonseadmel 
puudub impulssväljundiga arvesti väljundimpulsside töötlus, siis iga veearvesti impulssväljundis 
tekitatud 
impulsside 
hulk 
N 
mõõdetakse 
eraldiasetseva 
impulsside 
formeerijaga 
impulssloenduri/sagedusmõõturi 
abil. 
Impulssloenduri 
käivitusmomendil 
käivitatakse 
sekundimõõtur.  
 
Impulssloendur  ja  sekundimõõtur  seisatakse   momendil   kui:  etalonmahuti  on  täitunud  etteantud 
mahuni või vee mass etalonkaalul  olevas  mahutis vastab etteantule; või läbi iga veearvesti on läbi 
voolanud vähemalt tabeli 1.1 järgi määratud vee hulk. Mõõtmised viiakse läbi kõigil kolmel kulul.  
 
16 
 
3.5. Mõõdiste töötlemine  
 
Kui  mõõtmised  on  läbi   viidud ,  siis  igast  veearvestist  läbivoolanud  vee  kogus  VA  arvutatakse 
seosest  
= − , (3) 
 
Etalonkuluseadme  korral  on  teada,  et  etalonmahuti  maht  sõltub  teda  täitva  vee  temperatuurist. 
Kui etalonseade seda sõltuvust programmiliselt arvesse ei võta, on etalonmahutis oleva vee maht 
Ve piisava täpsusega arvutatav järgmise seose abil  
= [1 + 3 ∙   ∙ !"# − " $], (4) 
kus VR - etalonmahuti maht kalibreerimistunnistuse järgi (l);  
ΘR – vee temperatuur etalonmahuti kalibreerimise ajal kalibreerimistunnistuse järgi (°C);  
ΘN  -  etalonmahuti  seinte  temperatuur,  mis  taatluse  ajal  võetakse  võrdseks  vee  temperatuuriga 
etalonmahutis (°C);  
α  –  etalonmahuti  materjali  lineaarse  soojuspaisumisteguri  arvväärtus  –  etalonseadme 
dokumentatsioonist - (1/°C).  
 
Kuna  vee  maht  sõltub  tema  temperatuurist,  siis  etalonkuluseadme  korral  tegelikult  läbi  iga 
veearvesti voolanud vee koguse Vteg leiame seosest  
& =
[1 + ' ∙ !"( − "#$], (5) 
kus ΘK – vee temperatuur enne esimest arvestit (°C);  
β – vee mahu paisumistegur (1/°C).  
 
Etalonmassiseadme korral tegelikult läbi iga veearvesti voolanud vee koguse V1teg leiame seosest  
& =
) ∙ * = , ∙ ) ∙ -
 , (6) 
kus  Ct  –  parandustegur,  mis   arvestab   seda,  et   kaalumine   toimub  õhus  (veearvestite  taatlemisel 
piisab  sellest, kui võtta Ct = 1,001);  
k – parandustegur, mis arvestab vee mahu temperatuuri- ja rõhusõltuvust;  
m1  ja  m2  –  lugemid  kaalu  skaalalt  (tabloolt)  enne  ja  pärast  veearvestist  vee  läbilaskmist  (m1 
väärtuseks võib olla ka null), (kg);  
ρ – vee tihedus (kg/m3) 
17 
 
 
Parandusteguri  k  väärtused  või  veetiheduse  väärtused  sõltuvalt  vee  temperatuurist  ja  rõhust  ρv 
võetakse etalonseadme dokumentatsioonist (automatiseeritud mõõtesüsteem võtab need väärtused 
andmebaasist)  ja  käesolev  metoodika  neid  ei  käsitle.  Kui  kasutada  vee  tihedussõltuvust,  siis 
valemis (6) võetakse k=1 ja veetihedus ρ asendatakse ρv – vee tihedusega taatlustemperatuuril ja 
rõhul.  
 
Mõõtehälbe arvutamiseks kasutame järgmist valemit:  
. = /0*/123 ∙ 100% = 6 /0 − 17 ∙ 100%
, (7) 
123
/123
 
Kui  mõõtmine  on  läbi  viidud  vee  voolu  katkestamisega,  siis  läbi  iga  veearvesti  voolanud  vee 
kogus VA arvutatakse seosest  
VA = V2 - V1, (8) 
ja selleks kulunud aeg τA seosest  
τA = τ2 – τ1, (9) 
 
Tegelikult läbi iga veearvesti voolanud vee hulga V2teg leiame seosest:  
mahustendide korral  
& =   90
[1 + ' ∙ !"
9
( −   "#$, (10) 
massistendide korral  
; & = , ∙ = = /29, (17) 
 
Valemite (7), (12), (14) või (16) järgi arvutatud mõõtehälve ei tohi ületada  lisas  1 toodud lubatud 
piirviga. Lubatud piirvea ületanud veearvestid tunnistatakse nõuetele mittevastavateks. 
 
 
19 
 
4. OPTILISED SENSORID 
 
Optilised  sensorid  on  tänapäeval  tugevalt  seotud  tootmisprotsessidega,  kuna  nad  võimaldavad 
jälgida  protsessi  kontaktivabalt.  Neid  kasutatakse  kõikjal,  kus  on  vajadus  millegi  olemasolu 
tuvastada, sorteerida või loendada. Sensorite  rakendused  ulatuvad autotööstusest, koosterobotitest 
ja  ladustamisest  konveierlintide,  pakkimismasinate  ja  trükitööstuseni,   rääkimata   siinkohal 
jälgimis- ning ohutussüsteemidest. 
 
Optiliste sensorite tööpõhimõtted varieeruvad tüübipõhiselt suuresti: valgustajurid, värvisensorid, 
lasersüsteemid,  infot  edastavad  optilised  sensorid,  kaugusmõõturid  jne.  Rakendustes,  kus  ühe 
kiirega  optiline  sensor  ei  ole  piisav,  võib  kasutada  suure  valikuga  kiirtevõrgustikku,  mida 
kasutatakse  näiteks  komplekteerimisel,  liftiuste  jälgimisel  või  trükimasinates  paberidefektide 
tuvastamiseks. 
 
4.1. Optiliste sensorite tööpõhimõte ning ehitus 
 
Sobiva  optilise  sensori  määramiseks  tuleb  analüüsida  tuvastatava  objekti  suurust,  kuju  ja  pinna 
karakteristikuid, sensori ning objekti kaugust üksteisest ja keskkonnatingimusi. 
 
Kahepoolne sensor 
 
Sensori  saatja  ja  vastuvõtja  on paigaldatud eraldi korpustesse. 
Sele 4.1.  Saatja  (E)  saadab  optilise  signaali  otse  vastuvõtjasse  (R). 
Kui  objekt  valgussignaali  katkestab,  langeb  vastuvõtjas  pinge  ning 
impulss  saadetakse  edasi. 
Sele 4.2. 
 
Karakteristikud : 
•  Tuvastab ka läbipaistvaid ning peegeldavaid kehasid. 
•  Suur tegevusulatus ning stabiilsus, kuna sensor jälgib muutust vaid valguskiire ulatuses. 
20 
 
•  Suure  töökindlusega,  mistõttu  on  see  kasutatav  ka  rasketes  tingimustes  nagu  näiteks  välis- 
või tolmuses keskkonnas. 
•  Suuremad paigalduskulud, kuna paigaldada ning juhtmetega ühendada on vaja nii saatja kui 
vastuvõtja. 
 
Reeglina  kasutatakse  kahepoolseid   sensoreid   toote- 
ning 
pakkeliinide 
jälgimiseks  
(vt. 
sele 
4.3.), 
tuvastamaks  läbipaistvate  anumate  täidetuvust  või 
ohutuse  tagamiseks  automaatselt  avanevate-sulguvate 
uste või ohtlike piirkondade puhul.  
Sele 4.3. 
 
Kahvelsensor 
 
Kui  saatja  ja  vastuvõtja  vaheline   distants   ei  pea  olema  suur  – 
mõnest  millimeetrist  paari  sentimeetrini  –  saab  kasutada 
ühendatud  korpusega  sensoreid.  Kahvelsensorite  (vt.  sele  4.4.) 
eeliseks   tavaliste   kahepoolsete  sensorite  ees  on  lihtsam 
Sele 4.4. 
paigaldus, kuna juhtmeühendus tuleb viia vaid ühte karpi. Lisaks 
ei ole ka vajadust paigutada sensorite optilised silmad ühele teljele. 
 
Valgusvõrgustik 
 
Paljudel juhtudel on vajadus suurema pinna jälgimiseks – seda peamiselt ohutusalaste rakenduste 
puhul. Selleks on kõige lihtsam ühendada hulk kahepoolseid sensoreid paralleelselt võrgustikuks. 
Seda tüüpi sensorid on paigaldamise lihtsustamiseks paigutatud ühte korpusesse ning saatja ning 
vastuvõtja vaheline distants sõltub kasutatavatest sensoritest võrgustikus. 
 
Peegelsensor 
 
Peegelsensor  koosneb  saatjast  ning  vastuvõtjast,  mis  asuvad 
Sele 4.6. 
Sele 4.5. 
21 
 
samas korpuses. Saatja  signaal  peegeldatakse vastuvõtjasse peegli abil. Kui valgussignaal katkeb, 
annatakse signaal andurist edasi. 
  
Polarisatsioonfiltriga peegelsensor 
 
Peegelsensori  peamiseks  puuduseks 
on  objekti  enda   peegeldusvõime , 
mistõttu  ei  saa  tihtipeale  täielikult 
usaldada   läikivate  või  peegelduvate 
pindadega objektide tuvastamist. Selle 
vältimiseks  paigaldatakse  saatja  ning 
vastuvõtja  ette  polariseerivad   filtrid , 
mis  on  üksteisega  täisnurga  all  (vt. 
sele 
4.7.). 
Sellisel 
juhul 
läbib 
Sele 4.7. 
vastuvõtja   filtri   vaid  valgussignaal, 
mis  on  peegeldunud  tagasi  vastavalt  peegelpinnalt,  mis  muudab  valguse  polaarsust  sedasi,  et 
tagasipeegelduv valgus läbib filtri. 
 
Karakteristikud: 
•  Tuvastab isegi läikiva või peegeldava pinnaga läbipaistva objekti. 
•  Võimaldab eriliste sensoritega (G- versioon ) tuvastada ka kirgast klaasi. 
•  Lihtne paigaldada, kuna juhtmeühendus on vaid ühel pool liini. 
 
Hajussensor 
 
Hajussensor  põhineb  peegelsensoriga  võrreldes  suuresti 
Sele 4.8. 
samal 
põhimõttel, 
kuid 
puudub 
vajadus 
peegli 
paigaldamiseks.  Hajussensori  puhul  analüüsib  vastuvõtja   objektilt  
eneselt peegeldunud valgust. 
Sele 4.9. 
 
22 
 
Valguse  neeldumise  tõttu  uuritavasse  kehasse  on  hajussensori  maksimaalne  mõõtekaugus 
peegelsensorist tunduvalt väiksem.  
 
Taustmaandusega hajussensor  
 
Taustmaandusega hajussensor töötati 
välja,  et  tuvastada  objekt  sõltumata 
selle ümbritsevatest oludest – objekti 
pindheledusest,  värvusest  või   tausta  
heledusest.  Sele  4.10.  illustreerib 
taustmaandusega  hajussensori  tööd. 
Saatja  poolt  väljasaadetud  ning 
läätsedega  võimendatud   valguskiir  
tabab  objekti.  Kui  keha  jääb  sensori 
tööpiirkonda, 
põrkub 
osa 
väljasaadetud 
valgusest 
tagasi 
vastuvõtja  läätse  ning  sensor  saadab 
signaali edasi.  
Sele 4.10. 
 
Kuivõrd  distants  keha  ning  sensori  vahel  suureneb,  liigub  tagasipõrkuv  valguskiir  teisele  (F) 
fotosilmale.  Kui  objekt  jääb  täpselt  maksimaalse  kauguse  piirile,  langeb  tagasipõrkuv  valgus 
korraga  mõlemale  fotosilmale  ning  sensor  signaali  välja  ei  saada.  Kui  objekt  liigub  veelgi 
kaugemale, tuvastab sensor selle kui taustsüsteemi ega reageeri. 
 
Karakteristikud: 
•  Suudab usaldusväärselt tuvastada tumedaid esemeid kirkal taustal. 
•  Ei lase end segada tööpiirkonnast välja jäävadest peegelduvatest pindadest. 
•  Stabiilne. 
•  Lihtne paigaldada, kuna sensor koosneb vaid ühest detailist ning taustpeeglit ei lähe tarvis. 
 
23 
 
4.2. Sensori valik 
 
Optiline sensorn valitakse lähtuvalt vajadusest. Sensorite võrdluse leiab tabelis 4.1. 
 
Tabel 4.1 
Sensor 
Plussid 
Miinused 
Sobivus  
Ei sobi, kuna puudub 
Suur  tegevusulatus,  Vajab 
kahepoolset  ligipääs  teise  sensori 
Kahepoolne sensor 
stabiilne, töökindel. 
ligipääsu, kallis. 
paigaldamiseks 
arvesti sisse. 
Ei  sobi,  kuna  väga 
Lihtne 
paigaldada,  Vajab 
tuvastatava  vähesed  arvestid  on 
Peegelsensor 
töökindel. 
objekti taha peeglit. 
kuluratta 
taga 
peegelpinnaga. 
Usaldusväärne 
tuvastus , 
stabiilne, 
Sobib  nii  hinna  kui 
Hajussensor 
lihtne 
paigaldada,  Väike mõõtekaugus. 
tööpõhimõtte 
taustvalgustusele 
poolest. 
inertne, odav. 
 
Võrreldes  omavahel  erinevaid  sensoritüüpe,  võib  julgelt  väita,  et  neist  kolmest  on  ainukeseks 
sobivaks   tüübiks  hajussensor,  mille  ühepoolselt  kinnitatav  fotosilm  lubab  tuvastada  impulsside 
hulka kuluratta hambaid  lugedes . Väike mõõtekaugus ei ole antud ülesande juures probleemiks. 
 
Võrdleme nüüd kaht hajussensorit, et selgitada välja antud ülesandeks sobivaim. 
 
4.2.1. Optiline sensor Visolux ML 4-8-RT (sele 4.11.) 
 
Objekti tuvastamise kaugus: l = 0…400 mm 
Valgusallikas : LED 
Valguse värvus: punane 
24 
 
Hajuvusnurk: u. 10 º 
Valgustäpi diameeter: 400 mm  kauguselt  d = 80 mm 
Sertifikaaditähis: CE 
Standardivastavus: EN 60947-5-2 
Tööpinge: 10…30 V DC 
Virvenduvus: 10 % 
Nimivool  ooteseisundis: 25 mA 
Reageerimisaeg : 1 ms 
Töötemperatuur: -20…60º C 
Ühendustüüp: 4-pin, M8 
Korpus: ABS GV5 
Mass: 15 g 
Sele 4.11. 
Hind: 60…200 € 
 
Visolux  ML  4-8-RT  juurde  kuulub  ka  muundur 
KSU-VEG-T 
(sele 
4.2.1.1.), 
mille 
külge 
ühendatakse  optiline  sensor  ning  läbi  mille 
toimub  toitevoolu  andmine  sensorile  ning 
signaalide  saatmine  mõõtestendi.   Muunduri  
korpusel   on  ka  LED-tuluke,  mis  singaali 
saamisel  kustub . Seega saab visuaalselt kontrollida sensori korrasolekut. 
Sele 4.12. 
 
Sensori  tundlikkuse  reguleeritakse  kruvikeerajaga  muunduri  korpuses  oleva  ava  kaudu 
reguleerkruvist. 
 
4.2.2  Optiline  sensor  SICK  KT5G-2N1311  (sele 
4.13.) 
 
Objekti tuvastamise kaugus: l = 0…40 ± 3 mm 
Valgusallikas: LED 
Valguse lainepikkus: 520 nm 
Sele 4.13. 
25 
 
Valguse värvus: roheline 
Valgustäpi suurus: 1.1 mm x 4.2 mm 
Sertifikaaditähis: CE 
Tööpinge: 10…30 V DC 
Virvenduvus: ≤ 5 Vpp ( peak -to-peak  voltage  – laine  amplituut )  
Nimivool: