Як ви визначаєте потік вимірюваної величини?

Вимірювання витрати визначає кількість речовини, що протікає через систему трубопроводів за одиницю часу. Середовищем може бути рідина, газ або пара. У вимірюванні витрати розрізняють об'ємний та масовий витратоміри.

Об'ємний потік

Об'ємний потік - це об'єм, що протікає через трубу за одиницю часу (в л/год, куб.м тощо). Більшість представлених тут систем вимірюють об'ємний потік.

Масова витрата

Масовий потік визначається як маса, що проходить через систему за одиницю часу (в кг/год, т/год тощо). Якщо густина середовища постійна, масовий потік можна визначити, помноживши об'ємний потік на густину. Якщо густина не є постійною - як це часто буває у випадку з парою та газами - її також необхідно виміряти за допомогою вимірювальної техніки.

У яких випадках слід вимірювати витрату?

У багатьох випадках єдиною вимогою є виявлення мінімального потоку рідини. Тоді використання моніторів потоку необхідне для забезпечення таких речей, як захист насосів від сухого ходу.

Однак представлена тут сенсорна технологія призначена для безперервного вимірювання витрати і використовується в таких додатках, як:

• Наповнення пляшок, контейнерів або резервуарів готовою продукцією
• Моніторинг або відображення загальної витрати в різних процесах
• У легалізованих системах, таких як паливні насоси, лічильники гарячої та холодної води тощо.

Які вимоги до вимірювання витрати?

Вимоги до витратомірів значно відрізняються залежно від завдання вимірювання. Для наповнення потрібна хороша повторюваність. Для легалізованих систем необхідний сертифікат випробувань типу (принаймні в ЄС). Аналогічно, для моніторингу та відображення загальної витрати в процесі існує багато специфічних для конкретного застосування або галузі вимог. Вони обумовлені, серед іншого, типом вимірюваного середовища і вимогами до точності, а також юридичними зобов'язаннями, такими як Директива ЄС про обладнання, що працює під тиском, або вибухозахист відповідно до Директиви ATEX.

Які середовища вимірює датчик потоку?

Носії поділяються на 4 різні категорії, для яких можна використовувати лише обрану сенсорну технологію.:

• Струмопровідні рідини (>20 мкСм/см): кислоти, луги, пиво, молоко, питна вода тощо.
• Непровідні рідини: спирти, гліколі, рідини на основі мінеральних масел, деіонізована вода тощо.
• Гази: кисень, азот, стиснене повітря, природний газ тощо.
• Пара: насичена пара, перегріта пара

Які існують методи вимірювання потоку?

Витратоміри працюють за різними принципами вимірювання, але кожен з них не може вимірювати всі середовища в зазначених раніше категоріях. У таблиці нижче перераховані популярні методи вимірювання і показано, які категорії рідин можна вимірювати за їх допомогою.

Вимірювання витрати за Коріолісом

Досить складні і дуже дорогі витратоміри, засновані на принципі Коріоліса, мають унікальну перевагу над усіма іншими представленими тут принципами. Масову витрату (кг/год, т/год тощо) можна визначити, навіть якщо густина не є постійною.

Наприклад, витратоміри Коріоліса містять трубку, яка безперервно коливається під дією збудника. За відсутності потоку вимірювальна трубка рівномірно коливається вперед-назад по всій довжині. При наявності потоку інерція вимірюваного середовища викликає коливання вздовж трубки у вигляді хвилі. Ділянки на початку і в кінці трубки коливаються в різних напрямках одночасно (тобто зі зсувом фаз). Вимірюється фазовий зсув ϕ - це пряма міра потоку

v ~ φ.

Якщо труба заповнена важчим середовищем, вона вібрує з меншою частотою. Отже, частота є мірою густини вимірюваного середовища. За допомогою потоку і густини витратоміри визначають масову витрату.

Коріолісові витратоміри вважаються найточнішими лінійними витратомірами на ринку, з характеристиками від 0,05% від вимірюваного значення.

Електромагнітне вимірювання витрати

Електромагнітний витратомір (ЕВМ) вимірює відповідно до закону електромагнітної індукції Фарадея. Він складається з металевої вимірювальної трубки, через яку протікає провідне вимірювальне середовище. Котушки генерують магнітне поле, яке проводиться через середовище перпендикулярно до напрямку потоку.

Напруга індукується, коли провідна рідина рухається в ортогональному магнітному полі. Індукована напруга вимірюється за допомогою електродів, розташованих під кутом 90° до рідини і магнітного поля (правило правої руки).

Індукована напруга пропорційна швидкості потоку.

v ~ U_ind

Ультразвукове вимірювання витрати

Для ультразвукового вимірювання витрати використовуються в основному 2 різні фізичні принципи: принцип часу проходження і принцип Доплера. Принцип часу проходження, описаний тут, є домінуючим на ринку.

Ультразвук - це механічна або акустична хвиля, яка сповільнюється проти течії і прискорюється за течією. Коли потік вимірюється за допомогою ультразвуку, для однієї і тієї ж ділянки вимірюється різний час проходження (за течією і проти течії). Різниця між цими двома часами є мірою швидкості потоку.

V ~ △ t

Для вимірювання різниці в часі потрібні 2 датчики, які слугують "динаміком" і "мікрофоном".

Вихрове вимірювання витрати

Принцип вихрових вимірювань базується на вихровій вулиці Кармана, в якій тіло з потоком навколо нього створює вихори, що зустрічно обертаються. На практиці вихори створюються в проточному середовищі шляхом введення перешкоди в трубу. Вихори обертаються протилежно і по черзі відриваються від перешкоди ліворуч і праворуч. Вихори створюють локальні перепади тиску за перешкодою, які реєструються відповідним чином сконструйованим датчиком. Датчик вимірює кількість вихорів за одиницю часу (тобто частоту вихорів). Частота пропорційна швидкості потоку.

v ~ ƒ

Калориметричне вимірювання витрати

Цей метод використовує 2 датчики опору, один з яких слугує нагрівальним елементом, а інший - датчиком температури середовища. Різниця температур між нагрівачем Pt100 і вимірюваним середовищем підтримується постійною, і вимірюється необхідна для цього теплова потужність. Чим вища швидкість потоку середовища, тим більша теплова потужність необхідна для підтримання постійної різниці температур. Таким чином, можна зробити висновок про відповідну загальну швидкість потоку за тепловою потужністю.

Потужність, що передається, є мірою швидкості потоку:

v ~ P

Вимірювання витрати за допомогою перепаду тиску/головного елемента

До первинних компонентів належать отвори, трубки Піто або вентилі Вентурі. Встановлені в трубі, вони створюють різницю тисків, яка вимірюється, наприклад, в отворі статичним тиском до і після отвору. Швидкість потоку може бути визначена з різниці тисків за рівнянням Бернуллі; вона пропорційна квадратному кореню з різниці тисків:

v ~ √△p

Для вимірювання перепаду тиску потрібні відповідні датчики диференціального тиску. Точність, таким чином, складається з невизначеності первинного елемента і датчика перепаду тиску.

Вимірювання витрати за допомогою лопатевого колеса

Лопатеве колесо обертається потоком рідини, а генератор індукційних імпульсів, прикріплений до корпусу, генерує один імпульс на кожне проходження лопатевого колеса. Частота імпульсів є прямою мірою швидкості потоку:

v ~ ƒ

Багато лопатевих датчиків випромінюють безпосередньо імпульсний сигнал, і блок обробки визначає потік на основі цього сигналу. Крім того, датчики можуть бути оснащені електронними компонентами, які перетворюють імпульсний сигнал в аналоговий і передають його на блок обробки.

Як вибрати правильний датчик для вимірювання витрати?

Принцип вимірювання повинен відповідати вимірюваному середовищу, як описано вище. Інші вимоги, яким повинен відповідати прилад для вимірювання витрати, включають в себе наступні:

• Умови експлуатації (діапазон витрат, тиск, температура, сумісність матеріалів)
• Умови монтажу (вхідні/вихідні секції, прокладка труб, монтаж)
• Вплив навколишнього середовища (температура, вологість, вібрація)
• Вимоги законодавства (вибухозахист, обов'язкове калібрування)
• Вибір ще більше ускладнюється більш широкими практичними обмеженнями:
• Вміст твердих речовин або газу
• Неоптимальна ситуація для встановлення
• Вартість проти точності

Через ці різноманітні виклики експертна порада щодо вибору витратоміра є дуже важливою.