Ako definujete meranú veličinu 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

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

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 akých aplikáciách je potrebné merať prietok?

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:

• Pri plnení konečných produktov do fliaš, nádob alebo nádrží
• Pri monitorovaní alebo zobrazovaní prietoku v rôznych procesoch
• V systémoch prenosu úschovy, ako sú benzínové čerpadlá alebo vodomery na teplú a studenú vodu atď.

Aké sú požiadavky na meranie prietoku?

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.

Aké médiá meria snímač prietoku ?

Médiá sú rozdelené do 4 rôznych kategórií, pre ktoré je možné použiť iba vybrané snímače:

• Vodivé kvapaliny (>20 μS / cm): kyseliny, zásady, pivo, mlieko, pitná voda ...
• Nevodivé kvapaliny: alkoholy, glykoly, kvapaliny na báze minerálnych olejov, deionizovaná voda...
• Plyny: kyslík, dusík, stlačený vzduch, zemný plyn...
• Para: nasýtená para, prehriata para

Aké metódy merania sú k dispozícii na meranie prietoku?

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.

Coriolisové meranie prietoku

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.

Magneticko-indukčné meranie prietoku

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.

Indukované napätie je úmerné rýchlosti prúdenia.

v~U_v

Ultrazvukové meranie prietoku

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".

Meranie vírového prietoku

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

Kalorimetrické meranie prietoku

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

Meranie prietoku pomocou prevodníka diferenčného tlaku/aktívneho tlaku

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 prietoku rotačným kolieskom

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.

Ako vybrať správny snímač na meranie prietoku?

Ako je opísané vyššie, princíp merania musí byť vhodný pre médium. Ďalšie požiadavky, ktoré musí prietokové zariadenie spĺňať, zahŕňajú:

• Prevádzkové podmienky (rozsah prietoku, tlak, teplota, kompatibilita materiálu)
• Podmienky inštalácie (vstupné/výstupné časti, vedenie potrubia, inštalácia)
• Podmienky prostredia (teplota, vlhkosť, vibrácie)
• Právne požiadavky (ochrana pred výbuchom, povinnosť kalibrácie)

Výber ešte viac sťažujú ďalšie praktické rámcové podmienky:

• Tuhé látky alebo plyny
• Menej ako optimálna situácia pri inštalácii
• Náklady verzus presnosť

Vzhľadom na tieto rôzne výzvy je nevyhnutné odborné poradenstvo pri výbere prietokomeru.