Okrem merania teploty a tlaku je meranie prietoku jednou z najdôležitejších úloh priemyselnej meracej techniky. V zásade je možné určiť fyzikálnu veličinu prietoku pomocou väčšiny metód merania. V praxi výber metódy merania závisí od príslušnej aplikácie. Zistite viac o jednotlivých metódach merania prietoku a uľahčite si výber vhodných snímačov prietoku!
Meranie prietoku určuje množstvo za jednotku času, ktoré preteká potrubným systémom. Médiom môže byť kvapalina, plyn alebo para. Pri meraní prietoku sa rozlišuje medzi meraním objemového prietoku a meraním hmotnostného prietoku.
Objemový prietok je objem, ktorý preteká potrubím za jednotku času (v l/h, cbm/h atď.). Väčšina tu prezentovaných systémov meria objemový prietok.
Hmotnostný prietok je definovaný ako hmotnosť, ktorá preteká systémom za jednotku času (v kg/h, t/h atď.). Ak je hustota média konštantná, hmotnostný prietok sa môže určiť vynásobením objemového prietoku hustotou. Ak hustota nie je konštantná – ako je to často v prípade pary a plynov – musí sa tiež merať meraním.
V mnohých aplikáciách je potrebné zistiť len to, či existuje minimálny prietok média. V tomto prípade je potrebné použiť monitory prietoku, napríklad ako ochranu čerpadiel proti chodu nasucho.
Tu uvedené snímače sa však používajú na kontinuálne meranie prietoku a používajú sa okrem iného v nasledujúcich aplikáciách:
Požiadavky na prietokomer sa značne líšia v závislosti od úlohy merania. Na vyplnenie sa vyžaduje dobrá opakovateľnosť a na presun do úschovy sa vyžaduje osvedčenie o typovej skúške, aspoň v EÚ. Existuje tiež množstvo požiadaviek na monitorovanie a zobrazovanie prietoku v procese, ktoré sú spôsobené konkrétnou aplikáciou alebo odvetvím. Tieto vyplývajú okrem iného z typu média, ktoré sa má merať, a požiadaviek na presnosť, ale aj z právnych požiadaviek, ako je smernica o tlakových zariadeniach v EÚ alebo ochrana pred výbuchom podľa smernice ATEX.
Médiá sú rozdelené do 4 rôznych kategórií, pre ktoré je možné použiť iba vybrané snímače:
Prietokomery pracujú podľa rôznych princípov merania, ale nemôžu merať všetky médiá predtým špecifikovaných kategórií. V nasledujúcej tabuľke sú uvedené bežné metódy merania a kategórie kvapalín, ktoré je možné pomocou nich merať.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| Vodivá kvapalina | |||||||
| Nevodivá kvapalina | |||||||
| Plyn | |||||||
| Para |
zelená = štandardná; oranžová = s opatrnosťou; červená = nie je možné/odporúčané
Tabuľka umožňuje vylúčenie princípu merania len pre príslušnú kategóriu kvapalín. Vo videu a nasledujúcich popisoch nájdete podrobnejšie informácie o jednotlivých metódach merania.
Pomerne zložité a veľmi drahé prietokomery založené na Coriolisovom princípe majú jedinečný predajný bod v porovnaní so všetkými ostatnými tu uvedenými princípmi. Môžete určiť hmotnostný prietok (kg/h, t/h atď.), aj keď hustota nie je konštantná.
Napríklad prietokomery Coriolis obsahujú trubicu, ktorá je neustále vibrovaná patogénom. Ak nie je prietok, meracia trubica rovnomerne kmitá tam a späť po celej svojej dĺžke. Ak dôjde k prúdeniu, zotrvačnosť meracieho média má za následok kývavý pohyb pozdĺž potrubia vo forme vlny. Úseky na začiatku a na konci trubice potom oscilujú v rôznych smeroch súčasne (t. j. s fázovým posunom). Meria sa φ fázového posunu – je to priama miera prietoku
V ~ f.
Ak je trubica naplnená ťažším médiom, vibruje pri nižšej frekvencii. Frekvencia je teda mierou hustoty meracieho média. Prietokomery určujú hmotnostný prietok prostredníctvom prietoku a hustoty.
Coriolisove prietokomery sa považujú za najpresnejšie in-line prietokomery na trhu; Špecifikácie začínajú na 0,05 % hodnoty.
| Coriolisové prietokomery | |
|---|---|
| Výhody | Vysoká presnosť, stanovenie hmotnostného prietoku, žiadne vstupné a výstupné úseky |
| Nevýhody | Veľmi vysoké náklady, tlakové straty, citlivá reakcia na plynové bubliny v kvapalnom médiu |
Magneticko-indukčný prietokomer (MID) meria podľa Faradayovho zákona elektromagnetickej indukcie. Skladá sa z kovovej meracej trubice, cez ktorú preteká vodivé meracie médium. Cievky vytvárajú magnetické pole, ktoré je vedené médiom ortogonálne do smeru prúdenia.
Akonáhle sa vodivá kvapalina pohybuje ortogonálnym magnetickým poľom, indukuje sa napätie. Indukované napätie sa meria elektródami usporiadanými v uhle 90° k kvapaline a magnetickému poľu (pravidlo troch prstov).
Indukované napätie je úmerné rýchlosti prúdenia.
Magneticko-indukčný prietokomer
Indukované napätie je úmerné rýchlosti prúdenia.
v~Uv
| Magneticko-indukčné Durchflussmesser | |
|---|---|
| Výhody | Vysoká presnosť, žiadne tlakové straty, žiadne / nízke vstupné a výstupné vzdialenosti, flexibilné možnosti použitia |
| Nevýhody | Vysoké náklady, iba pre vodivé médiá |
Na meranie ultrazvukového prietoku sa používajú hlavne 2 rôzne fyzikálne princípy: princíp času letu a Dopplerov princíp. Na trhu dominuje tu popísaný princíp runtime.
Ultrazvuk je mechanická alebo akustická vlna, ktorá je brzdená proti prúdu a zrýchlená prúdom. Pri ultrazvukových meraniach prietoku sa merajú rôzne cestovné časy (s prúdom a proti prúdu) na rovnakú vzdialenosť. Rozdiel medzi týmito dvoma časmi je mierou rýchlosti prúdenia.
H~△t
Aby bolo možné merať časový rozdiel, sú potrebné 2 prevodníky, ktoré slúžia ako "reproduktory" a "mikrofón".
| Ultrazvukový prietokomer | |
|---|---|
| Výhody | Presnosť, nízky pokles tlaku (závisí od mechanickej realizácie rúrkového/prístrojového transformátora), nízke vstupné a výstupné vzdialenosti |
| Nevýhody | Meranie je možné len do maximálneho obsahu plynových bublín a pevných látok, žiadne meranie médií s veľmi vysokou viskozitou |
Princíp merania víru je založený na Kármánovej vírovej ceste, v ktorej teleso prúdiace okolo spôsobuje výskyt protichodných vírov. V praxi sa víry vytvárajú v prúdiacom médiu zavedením rušivého telesa do potrubia. Stavce sú protichodne sa otáčajúce a striedavo sa oddeľujú vľavo a vpravo od rušivého tela. Víry vytvárajú lokálne tlakové rozdiely za rušivým telesom, ktoré sú detekované vhodne navrhnutým snímačom. Senzor meria počet vírov za jednotku času, t.j. frekvenciu vírov, ktoré sa vyskytujú. Frekvencia je úmerná rýchlosti prúdenia.
V ~ ƒ
| Vírový prietokomer | |
|---|---|
| Výhody | Pre kvapaliny, plyny + paru, vysoké tlaky + možné teploty, k dispozícii sú cenovo výhodné varianty |
| Nevýhody | Možné sú len viskozity podobné vode, žiadne aplikácie s nízkym prietokom |
Metóda využíva 2 snímače odporu, z ktorých jeden sa používa ako vyhrievací prvok a druhý ako merací prvok pre strednú teplotu. Teplotný rozdiel medzi ohrevom Pt100 a médiom sa udržiava konštantný a meria sa na to potrebný vykurovací výkon. Čím vyšší je prietok média, tým viac vykurovacieho výkonu je potrebných na udržanie konštantného teplotného rozdielu. Týmto spôsobom je možné vyvodiť závery o príslušnom prietoku z vykurovacieho výkonu.
Privádzaný výkon je mierou rýchlosti prúdenia:
v~P
Kalorimetrický prietokomer
| Kalorimetrický prietokomer | |
|---|---|
| Výhody | Nákladovo efektívna senzorová technológia pre plyn + kvapalina, možné meranie úniku |
| Nevýhody | Priľnavosť nečistôt / vlhkosti (v prípade plynu) ovplyvňuje meranie, presnosť pomerne nízka pri "lacných" riešeniach, výsledok merania závisí od média |
Aktívne prevodníky tlaku zahŕňajú otvory, dynamické tlakové sondy alebo Venturiho trubice. Inštalované v trubici vytvárajú účinný tlak alebo diferenčný tlak, ktorý sa meria napríklad v prípade otvoru statickým tlakom pred a za otvorom. Podľa Bernoulliho rovnice môže byť rýchlosť prúdenia určená z diferenciálneho tlaku, ktorý je úmerný druhej odmocnine diferenciálneho tlaku:
V ~ √△p
Na meranie efektívneho tlaku sú potrebné vhodné snímače diferenčného tlaku. Presnosť je teda tvorená neistotou vysielača aktívneho tlaku a vysielača diferenčného tlaku.
Meranie na clone
| Prevodník diferenčného tlaku | |
|---|---|
| Výhody | Vysoké teploty + tlaky možné vďaka mechanickej flexibilite vysielača aktívneho tlaku, pre plyn, kvapalinu + paru |
| Nevýhody | Obmedzená dynamika merania v dôsledku pomeru minimálneho a maximálneho prietoku (1:5 až 1:7), nepriaznivý pomer presnosti a nákladov pre malé priemery |
Rotačné koliesko sa otáča prúdom média a generátor indukčných impulzov pripojený k krytu vydáva jeden impulz na prechádzajúce rotačné koliesko. Frekvencia impulzu je priamou mierou rýchlosti prúdenia:
V ~ ƒ
Mnoho snímačov rotačného kolieska vysiela impulzný signál priamo a vyhodnocovacia jednotka z neho určuje prietok. Alternatívne môžu byť snímače vybavené aj elektronikou, ktorá prevádza impulzný signál na analógový signál a dodáva ho do vyhodnocovacej jednotky.
Prietokomer s rotačným kolieskom
| Prietokomer s rotačným kolieskom | |
|---|---|
| Výhody | Cenovo výhodné konštrukcie, flexibilné použitie materiálov umožňuje meranie korozívnych médií |
| Nevýhody | Aplikácia s nízkym prietokom je možná len v obmedzenom rozsahu v dôsledku rozbiehacieho trenia, systém nie je bez opotrebenia kvôli pohyblivým častiam |
Ako je opísané vyššie, princíp merania musí byť vhodný pre médium. Ďalšie požiadavky, ktoré musí prietokové zariadenie spĺňať, zahŕňajú:
Výber ešte viac sťažujú ďalšie praktické rámcové podmienky:
Vzhľadom na tieto rôzne výzvy je nevyhnutné odborné poradenstvo pri výbere prietokomeru.
