Hvordan definerer man måleobjektet flow?

Flowmåling bestemmer den mængde pr. tidsenhed, der strømmer gennem et rørsystem. Mediet kan være en væske, en gas eller damp. I flowmåling skelnes der mellem volumetrisk flowmåling og massestrømsmåling.

Volumetrisk flow

Den volumetriske strømning er et volumen, der strømmer gennem et rør pr. tidsenhed (i l/h, cfm osv.). De fleste af de systemer, der præsenteres her, måler volumetrisk strømning.

Massestrøm

Massestrøm defineres som den masse, der strømmer gennem et system pr. tidsenhed (i kg/h, t/h osv.). Hvis et mediums densitet er konstant, kan massestrømmen bestemmes ved at gange volumenstrømmen med densiteten. Hvis densiteten ikke er konstant – som det ofte er tilfældet med damp og gasser – skal den også måles med måleteknologi.

I hvilke applikationer skal flowet måles?

I mange applikationer er det eneste krav at registrere, om der forekommer et minimumsflow af et medium. Der kræves derfor brug af flowmonitorer for at sikre f.eks. tørløbsbeskyttelse af pumper.

Den her præsenterede sensorteknologi bruges dog til kontinuerlig flowmåling og anvendes i applikationer som:

• Påfyldning af slutprodukter i flasker, beholdere eller tanke
• Overvågning eller visning af den samlede strømningshastighed i forskellige processer
• I systemer, der er godkendt til handel, såsom brændstofpumper eller varmt- og koldtvandsmålere osv.

Hvad er kravene til flowmåling?

Kravene til flowmåleren varierer meget afhængigt af måleopgaven. Der kræves god repeterbarhed ved påfyldning. I systemer, der er godkendt til handel, er et typeafprøvningscertifikat nødvendigt (i hvert fald i EU). Tilsvarende findes der for overvågning og visning af den samlede flowhastighed i processen en række krav, der er relateret til en bestemt anvendelse eller branche. Disse krav skyldes blandt andet den type medium, der skal måles, og nøjagtighedskravene, men også lovmæssige forpligtelser såsom direktivet om trykbærende udstyr i EU eller eksplosionsbeskyttelse i henhold til ATEX-direktivet.

Hvilke medier måler en flowføler?

Mediet er opdelt i 4 forskellige kategorier, hvor kun udvalgte sensorteknologier kan anvendes:

• Ledende væsker (>20 ?S/cm): syrer, baser, øl, mælk, drikkevand osv.
• Ikke-ledende væsker: alkoholer, glykoler, mineraloliebaserede væsker, deioniseret vand osv.
• Gasser: ilt, nitrogen, trykluft, naturgas osv.
• Damp: mættet damp, overophedet damp

Hvad er målemetoderne til flowmåling?

Flowmålere fungerer efter forskellige måleprincipper, men ingen af dem kan måle alle medier i de tidligere angivne kategorier. Nedenstående tabel viser de almindelige målemetoder og hvilke væskekategorier, der kan måles med dem.

Coriolis-flowmåling

De ret komplekse og meget dyre flowmålere, der er baseret på Coriolis-princippet, har et unikt salgsargument i forhold til alle andre principper, der er præsenteret her. Du kan bestemme massestrømmen (kg/h, t/h osv.), selvom densiteten ikke er konstant.

Coriolis-flowmålere indeholder f.eks. et rør, der konstant svinger ved hjælp af en exciter. Hvis der ikke er nogen strømning, svinger målerøret jævnt frem og tilbage over hele længden. Hvis der er en strømning, resulterer målemediets inerti i en svingende bevægelse langs røret i form af en bølge. Afsnittene i begyndelsen og slutningen af røret svinger derefter i forskellige retninger på samme tid (dvs. med en faseforskydning). Faseforskydningen ? måles ? det er et direkte mål for strømningen

v ~ ?.

Hvis røret er fyldt med et tungere medium, vibrerer det med en lavere frekvens. Frekvensen er derfor et mål for målemediets densitet. Gennem strømningen og densiteten bestemmer flowmålerne massestrømmen.

Coriolis-flowmålere betragtes som de mest nøjagtige inline-flowmålere på markedet med specifikationer, der starter ved 0,05 % af den målte værdi.

Elektromagnetisk flowmåling

En elektromagnetisk flowmåler (EMF) måler i henhold til Faradays lov om elektromagnetisk induktion. Den består af et metalrør, gennem hvilket det ledende målemedium strømmer. Spoler genererer et magnetfelt, der ledes gennem mediet vinkelret på strømningsretningen.

Der induceres en spænding, så snart den ledende væske bevæger sig gennem det ortogonale magnetfelt. Den inducerede spænding måles via elektroder, der er anbragt i en vinkel på 90 grader i forhold til væsken og magnetfeltet (højrehåndsreglen).

Den inducerede spænding er proportional med strømningshastigheden.

v ~_Uind

Ultralydsflowmåling

Til ultralydsmåling af flow anvendes hovedsageligt to forskellige fysiske principper: transittidsprincippet og Doppler-princippet. Markedet domineres af det her beskrevne transittidsprincip.

Ultralyd er en mekanisk eller akustisk bølge, der bremses mod strømmen og accelereres med strømmen. Ved flowmålinger med ultralyd måles de forskellige transittider (med og mod strømmen) for samme sektion. Forskellen mellem de to tider er målet for strømningshastigheden.

V ~ ? t

For at måle tidsforskellen er der brug for to transducere, der fungerer som "højttaler" og "mikrofon".

Vortex-flowmåling

Hvirvelmåleprincippet er baseret på Krmn-hvirvelstrømmen, hvor et legeme med en strømning omkring sig forårsager modroterende hvirvler. I praksis skabes hvirvler i det strømmende medium ved at indføre en forhindring i røret. Hvirvlerne er modroterende og løsner sig skiftevis fra forhindringen på venstre og højre side. Hvirvlerne danner lokale trykforskelle bag forhindringen, som registreres af en passende designet sensor. Sensoren måler antallet af hvirvler pr. tidsenhed (dvs. frekvensen af de hvirvler, der opstår). Frekvensen er proportional med strømningshastigheden.

v ~ ?

Kalorimetrisk flowmåling

Metoden anvender 2 modstandssensorer, hvoraf den ene bruges som varmeelement og den anden som følerelement for mediets temperatur. Temperaturforskellen mellem varmeelementet Pt100 og mediet holdes konstant, og den varmeeffekt, der kræves for dette, måles. Jo højere mediets flow er, desto mere varmeeffekt kræves der for at holde temperaturforskellen konstant. På denne måde kan der drages konklusioner om den respektive totaliserede gennemstrømningshastighed gennem varmeeffekten.

Den leverede effekt er et mål for strømningshastigheden:

v ~ P

Flowmåling med differenstryk/primærelemente

Primære elementer omfatter blændeplader, pitotrør eller venturirør. De installeres i røret og genererer et differenstryk, som måles f.eks. i blændepladen via det statiske tryk opstrøms og nedstrøms for blændepladen. Strømningshastigheden kan bestemmes ud fra differenstrykket i henhold til Bernoullis ligning; den er proportional med kvadratroden af differenstrykket:

v ~ ??p

Der kræves passende differenstryksensorer til måling af differenstrykket. Nøjagtigheden består dermed af usikkerheden ved det primære element og differenstryktransmitteren.

Paddlewheel-flowmåling

Paddlehjulet drejes af mediets strømning, og en induktiv pulsgenerator, der er fastgjort til huset, udsender en puls for hvert paddlehjul, der passerer forbi. Pulsfrekvensen er et direkte mål for strømningshastigheden:

v ~ ?

Mange skovlhjulssensorer udsender pulssignalet direkte, og en evalueringsenhed bestemmer strømningen ud fra dette. Alternativt kan sensorerne også være udstyret med elektroniske komponenter, der omdanner pulssignalet til et analogt signal og sender det til evalueringsenheden.

Hvordan vælger man den rigtige sensor til flowmåling?

Måleprincippet skal være egnet til mediet, som beskrevet ovenfor. Andre krav, som en flowmåler skal opfylde, omfatter:

• Driftsbetingelser (flowområde, tryk, temperatur, materialekompatibilitet)
• Installationsbetingelser (indgangs-/udgangssektioner, rørføring, installation)
• Miljøpåvirkninger (temperatur, fugt, vibrationer)
• Lovmæssige krav (eksplosionsbeskyttelse, kalibreringspligt)

Valget kompliceres yderligere af bredere praktiske begrænsninger:

• Indhold af faste stoffer eller gas
• Ikke-optimal installationssituation
• Omkostninger kontra nøjagtighed

På grund af disse forskellige udfordringer er det vigtigt at søge ekspertrådgivning om valget af flowmåler.