M icí a . magisterského studia FPBT M ení pr toku MĚŘENÍ ...uprt.vscht.cz/kminekm/mrt/predn/txt-Mgr/4-FPBT09-Prutok.pdf · •odměřování objemu plynu nebo kapaliny v odm

Měřicí a řídicí technika pro 1. roč. magisterského studia FPBT Měření průtoku

4-FPBT09-Prutok.doc 1 K. Kadlec, 3.3.2009

1

MĚŘENÍ PRŮTOKUA PROTEKLÉHO MNOŽSTVÍ

Výsledek měření průtoku může být udáván buď jako hmotnostní nebo jako objemový průtok:

Měřidla průtoku vybavená integračním zařízením udávají proteklé množství:

[ ]1kg.sdd −=

tmQm [ ]13.sm

dd −=

tVQV

[ ]kgd2

1

tQmt

tm∫= [ ]3md

2

1

tQVt

tV∫=

Průtok je možno vyhodnotit i na základě měření místní či střední rychlosti média proudícího známým průřezem:

[ ]13.m..d −== ∫ sSvSvQS

V

v, v - místní, resp. střednírychlost [m3.s-1]

S - průřez potrubí [m2]

-

2

Význam měření průtoku• informace o toku materiálu• podklad pro bilance během technologického procesu• bilance při příjmu a expedici produktů• informace pro řízení procesu• bilanční měření znečišťujících látek v oblasti ochrany životního prostředí

Snímače průtoku• využívá se celé řady funkčních principů• existují značné rozdíly v chemických a fyzikálních vlastnostech tekutin,

jejichž průtok je nutno měřit• většinou je měřen průtok či proteklé množství při provozních podmínkách• modernější přístroje provádí automatickou korekci a přepočítávají údaj

na vztažné podmínky• současný trend je zaměřen na přímé měření hmotnostního průtoku

(měření nezávislé na teplotě, tlaku a viskozitě média)

3

Přehled průtokoměrů• Objemová měřidla

– membránový plynoměr– bubnový plynoměr– pístová měřidla

• Průtokoměry s měřením tlakové diference– rychlostní sondy– průřezová měřidla

• Rotametry• Průtokoměry turbinkové a lopatkové• Indukční průtokoměry• Ultrazvukové průtokoměry• Průtokoměry vírové• Průtokoměry hmotnostní

– Coriolisův průtokoměr– tepelné průtokoměry



4

Objemová měřidla proteklého množství• odměřování objemu plynu nebo kapaliny v odměrných prostorách• cyklické plnění a vyprazdňování odměrných prostor• měřítkem proteklého množství je počet měřicích cyklů

Membránový plynoměrPrincip: Provedení se dvěma komorami:

• komora rozdělená pohyblivou membránou

• přívod a odvod je ovládán šoupátkovým rozvodem

• počet cyklů je měřen počítadlem

• bilanční měřidlo pro obchodní a odběratelskou síť

membrány

šoupátkapřívod plynu

• vybavení měřidla elektronikou umožňuje i automatický odčet

5

Bubnový plynoměr• otočný buben rozdělený radiálními přepážkami na čtyři odměrné

prostory opatřené štěrbinami pro přívod a odvod plynu• buben je umístěn v nádobě vyplněné zčásti kapalinou, která tvoří

uzávěr odměrných prostor

• měřidlo pro přesná laboratorní a ověřovací měření

• zatímco plyn postupně plníjeden odměrný prostor, dalšíprostor se vyprazdňuje

• s hřídelem bubnu je spojenépočítadlo protekléhomnožství

odvod plynu

přívod plynu

kapalina

6

Pístová měřidla• měřenou kapalinou se střídavě naplňují a vyprazdňují odměrné prostory

vymezené pístem a tělesem měřidla• užívá se dvou a více odměrných prostorů pro zajištění plynulé funkce

Pohyb pístu:• přímočarý vratný pohyb

– pístní tyč ovládá šoupátkový rozvod a počítadlo

měřenou kapalinou se střídavě naplňujía vyprazdňují odměrné prostoryvlivem tlakového spádu na měřidle dochází k pohybu pístu, který je spojen s počítadlem

• točivý nebo krouživý pohyb– pohyb rotujícího pístu ovládá počítadlo nebo je převeden na

elektrické impulsy (např. elektromagnetický indukční snímač)– příkladem jsou oválová měřidla



8

Oválové měřidlo• v měřicí komoře se odvalují dvě oválová tělesa • hnací síla je dána rozdílem tlaků na přední a zadní stěně těles

Fáze pracovního cyklu:

Provedení měřidla:

Pro bilanční měření různých druhů kapalin:– organické kapaliny (lihoměry, měřidla pohonných hmot, olejů apod.)– potravinářský průmysl (mléko)

Schéma měřidla: oválovátělesa

přívod kapaliny

měřicíprostor

• za jednu celou otáčku oválového tělesa se odměří čtyři stejné objemy

9

Průtokoměry s měřením tlakové diference• v potrubí dochází ke zúžení průtočného průřezu• rozdíl statických tlaků snímaný diferenčním tlakoměrem před a za

zúžením je závislý na velikosti průtoku

Škrticí orgány:

• dříve velmi rozšířená metoda měření průtoku plynů i kapalin• v současné době je nahrazována modernějšími snímači s přímým

elektrickým výstupem

Průřezová měřidla

clona dýza Venturiho dýza

snímání tlakové diference

10

Teoretické vztahy pro průřezová měřidla• základní vztahy pro odvození:

– rovnice kontinuity toku– rovnice Bernoulliho

• definujeme poměr zúžení m:

• aplikací základních vztahů dostaneme vztah pro objemový průtok:

2

2

Dd

Ffm ==

označení veličin:

D, Fv1

d, fv2směr toku

p1 p2

ρ)(2

11. 21

22

ppm

fvfQV

−−

==

• za clonou se proudnice ještě zužují, rychlost ještě vzrůstá, což je respektováno dalšími opravnými koeficienty, které jsou zahrnuty do tzv. průtokového součinitele α

d, D - průměr [m] p1 , p2 - tlak [Pa]f, F - průřez [m2] v1 , v2 - rychlost proudění [m.s-1]



11

Průtokový součinitel α• hodnoty průtokového součinitele byly stanoveny na základě modelových

pokusů pro tzv. normovaná měřidla (zachování geometrické a hydrodynamické podobnosti)

• hodnoty α se zjišťují z tabulek nebo grafů• průtokový součinitel závisí na poměru zúžení a na Reynoldsově čísle

• průřezová měřidla jsou vhodná pro měření průtoků v oblasti vyššíturbulence, kde α nezávisí na Re

Závislostα na m:

Závislostα na Re:

12

Expansní součinitel ε• při průtoku plynů a par škrticím orgánem nastává při poklesu tlaku

expanse a dochází ke změně hustoty média

• zavádí se proto expansní součinitel ε• hodnoty ε se zjišťují z nomogramů

Výsledný vzorec pro objemový průtok:

• údaj o průtoku spočítáme na základě naměřené diference tlaku• hodnoty součinitelů α a ε jsou uvedeny v normách pro výpočet

průřezových měřidel• výhodou normovaných průřezových měřidel je, že není nutné provádět

kalibraci a údaj o průtoku vypočítáme s deklarovanou přesností podle normovaného postupu

ρεα )(2 21 ppfQV

−⋅⋅⋅=

13

Měřicí zařízení s průřezovým měřidlem Měřicí zařízení tvoří:• škrticí orgán

– clona, dýza, Venturiho dýza• diferenční tlakoměr

– snímání diference tlaku na škrticím elementu• ventilová souprava

– umožňuje připojení diferenčního tlakoměru– proplachování a odkalování signálního potrubí– odvzdušnění signálního potrubí

Tlaková ztráta měřidla• vzniká třením a vířením před a za měřidlem• je vždy menší než měřená diference tlaku na škrticím orgánu• největší tlakovou ztrátu vykazuje clona, nejmenší Venturiho dýza

Kompaktní provedení měřidla• integrovaná montáž sdružující clonu, ventilové připojení

a diferenční snímač tlaku spolu s inteligentním převodníkem

• moderní provedení bez signálního potrubí se zvýšenou spolehlivostí měření



14

Zpracování signálu z průřezového měřidlaBlokové schéma zpracování signálu:

Měření průtoku s automatickou korekcí vlivu teploty a tlaku:

snímačdiference tlaku

elektronickéobvody

průtok

proteklé množství

elektronické obvodyřízené mikroprocesorem

konstanty

přepočtený průtok

TpppTpfQV

0

2101

.)(2

0 ρεα −⋅⋅⋅=

T P Pd

15

Rychlostní sondy• používají se zejména pro měření okamžité rychlosti proudění• využívají změnu kinetické energie proudící tekutiny na energii tlakovou

pc

ps

ρdpv 2= v - rychlost proudicí tekutiny, ρ - hustota,

pc , ps , pd , - tlak celkový, statický a dynamický

• dynamický tlak se určí ze vztahu: pd = pc - ps

Prandtlova trubice: • sonda se zasouvá do potrubínapříč rychlostního profilu

• vzhledem ke svým rozměrům a tvaru minimálně omezuje průtok

• střední rychlost se počítáz více měření v různých polohách

• měřicího principu rychlostních sond se využívá u víceotvorových sond různého tvaru, které generují signál pro vyhodnocení průtoku

16

βuc

d

ppp −=

pc pu

p1

p2

Víceotvorové rychlostní sondy• více otvorů na náběhové straně poskytuje informaci o střední hodnotě

celkového tlaku v potrubí

Válcová sonda:

• při správném nastaveníjsou p1 = p2

• vedle klasické válcové sondy se využívají sondy i s jinými profily (kosočtverečný, hexagonální, T-profil)

• společná montáž: sondaventilovásoupravasnímač tlaků

Integrované provedení:

• měřicí sonda mávíce otvorů pro měření



17

Kapilární průtokoměr• škrticím elementem je kapilára• pro laminární tok kapilárou platí Hagen-Poiseuilova rovnice:

• místo jedné kapiláry je možno zařadit soustavu kapilár či lamel nebo keramickou či kovovou fritu

( )21

4

..128. pp

ldQV −⋅=η

π QV - objemový průtok [m3.s-1] p1 , p2 - tlak [Pa]d, l - průměr a délka kapiláry [m]η - dyn. viskozita [Pa s]

Pd

• průtokoměr vhodný pro laboratorní aplikace pro měření malých průtoků• podmínkou je čistota měřeného média• pro měření diference tlaku se používá běžně kapalinových manometrů• je možno využít citlivých snímačů s polovodičovými tenzometry

kapilára

17

Rotametry (plováčkové průtokoměry)• rotametry patří mezi průřezová měřidla, u kterých se s měnicím průtokem

mění průtočná plocha při stálém tlakovém rozdílu před zúžením a za ním(Variable area flowmeter)

• hlavní funkční části rotametru:– svislá měřicí trubice mírně kuželovitého tvaru, nahoru se rozšiřující

(úhel kužele je menší než 2 stupně)– v trubici se vznáší rotující tělísko (nevhodně označované jako plováček)

Síly působící v těžišti tělíska:FG = FV + FP + FT

FG, FV, FP, FT - síla gravitační, vztlaková,tlaková, třecí

Za předpokladu turbulentního obtékání lze FT zanedbat a po dosazení můžeme vyjádřit vztah pro tlakový spád před a za tělískem, který je konstantní:

kónická trubice

rotační tělísko

• výstupním signálem je vertikální poloha tělíska

VT ρT g = VT ρm g + S2 Δp VT - objem tělíska, S1, S2 – průřez trubice a tělískaρT ,m - hustota tělíska, resp. médiaΔ p - tlakový spádk - konstanta

mv

pkSSQρΔ−= .).( 21

Objemový průtok:směr toku

18

Provedení rotametrů• rotametry umožňují měřit průtoky homogenních tekutin s nejrůznějšími

fyzikálními vlastnostmi• měřicí rozsahy od 0,1 l/h až do 25 m3/h• měřicí trubice bývá nejčastěji skleněná• rotační tělíska (plováčky) z různých materiálů a mají různý tvar• polohu tělíska lze snímat spojitě nebo v mezních stavech:

vizuálně, magneticky, fotoelektricky, indukčním snímačem a pod.

Laboratorní a provozní průtokoměry:

rotačnítělísko



19

Průtokoměry turbinkové a lopatkové• turbinka, lopatkové nebo šroubové kolo uváděné do otáčivého

pohybu silovým účinkem proudící tekutiny• rychlost otáčení je úměrná střední rychlosti proudění• závislost frekvence otáčení popisuje rovnice: f = k.QV - s

f -frekvence otáčení [s-1] QV - objemový průtok [m3.s-1]k - konstanta [m-3]s - skluz měřidla [s-1]

• osa rotace leží ve směru toku média

• bezdotykové snímání otáčekindukčně, fotoelektricky, elektromagneticky

• frekvence otáčení je úměrná okamžitému průtoku• celkový počet otáček závisí na proteklém množství• nevýhodou je vyšší tlaková ztráta

Axiální průtokoměr:

směr toku

turbinka nebo šroubové kolo

počítadlo impulsů

20

Lopatkový radiální průtokoměr• osa rotace je kolmá k ose toku média

Princip:• jednovtokový lopatkový průtokoměr

Výhody:výstupní signál ve forměfrekvence

Nevýhody:poměrně velká chyba v počátku stupniceprůtokoměr neměří od nuly, průtokoměr vykazuje tlakovou ztrátu

Provedení:• vícevtokový lopatkový průtokoměr

mechanické počítadlo nebo vysílač impulsů

lopatkové kolo nebo turbinka

21

Elektromagnetické indukční průtokoměry• využívají Faradayova zákona o elektromagnetické indukci při pohybu

vodiče v magnetickém poli

• permanentní magnet nebo elektromagnet vytváří magnetické pole

• úsek potrubí musí být z neferomagnetickéhoa nevodivého materiálu

• elektrody pro snímání indukovaného napětíjsou na vnitřní stěně trubky kolmo na směr magnetických siločar

• pro indukované elektrické napětí platí: E = B . d . vE - indukované napětí [V] B - magnetická indukce [T]d - vzdálenost elektrod [m] v - rychlost kapaliny [ms-1]

• za určitých podmínek platí, že indukované napětí je úměrné střednírychlosti proudící kapaliny.

• pohybující vodič je představován elektricky vodivou kapalinou mezi elektrodami



22

nevodivávýstelka trubky

Provedení indukčního průtokoměru

elektrody

cívka elektromagnetu

Moderní průtokoměry jsou vybaveny diagnostikou: periodicky kontroluje napájení, budicí proud, linearitu měřenítestuje korozi a znečištění elektrod, poškození izolační výstelky, výskyt bublin, postačující vodivost kapaliny, neúplné zaplnění snímače

23

• indukční průtokoměry se vyrábějís průměrem od 2 mm až do 2 m

• vhodný pro vodivé kapaliny (vodivost většínež 1 μS) včetně nenewtonských tekutin

Aplikace indukčního průtokoměru

vhodné pro měření viskózních kapalin, kalů, kapalin s vysokým obsahem sedimentujících částicprůtokoměr nevykazuje tlakovou ztrátu

Výhody:

Zabudování indukčního průtokoměru:• je možno zabudovat do potrubí

v libovolné poloze bez ohledu na neustálené proudění

• průtočný průřez však musí být zcela zaplněn, protože signál je úměrný rychlosti a objemový průtok se vyhodnocuje ze součinu rychlosti a průtočného průřezu správně chybně

24

Ultrazvukové průtokoměry

• UZ-průtokoměry využívající Dopplerova jevu• UZ-průtokoměry s měřením doby šíření UZ-signálu



26

Ultrazvukové průtokoměry

• použitelný pro proudící média, obsahující částice odrážející zvuk (pevné částice nebo bubliny plynu v kapalině)

• průtokoměr se skládá z vysílače a přijímače ultrazvuku, které jsou připevněny na jedné straně potrubí

Průtokoměr využívající Dopplerova jevu

částice nebo bubliny odrážejí

zvukové vlny

vysílač a přijímačultrazvuku

vysílač vysílá UZ-signál o známéfrekvenci (okolo 500 kHz)Uz-signál odražený od pohybující se částice je zachycen přijímačem

fvc

cf ⋅−

=′f, f’ -frekvence vysílaná a přijímanác, v - rychlost ultrazvuku a rychlost média

změna frekvence přijatého signálu závisí na rychlosti pohybu částicepřibližuje-li se částice k detektoru, pak platí pro přijímanou frekvenci vztah:

• vhodným zpracováním signálu lze zjistit střední rychlost průtoku

27

Průtokoměry s vyhodnocením doby šíření UZ-signálu• pracují v diferenčním zapojení• UZ-signál ve formě impulsu se vysílá ve směru a proti směru proudění• vyhodnocují se časové rozdíly při průchodu impulsů v obou směrech šíření

Princip:

• výsledný údaj nezávisí na rychlosti UZ v médiu (nezávisí na složenímédia, na teplotě a na tlaku)

lvcf

vclt +=+

= 11

lvcf

vclt −=−

= 22

lvfff 2

21 =−=Δ

V1

V2P2

P1

l

c + v

c - v

měřeníΔ f

28

Provedení UZ-průtokoměru• UZ-signál se vysílá napříč potrubím pod úhlem α

Δ f = k . v . cos α

Provedení:

vysílač a přijímač UZ

Ultrazvukový průtokoměr s prodlouženou dráhou• využívá se odrazu od

protější stěny potrubí

vysílač a přijímač Výhody UZ-průtokoměrů• bezdotykové měření• přístroje nevykazují tlakovou ztrátu• vhodné pro měření malých i velkých

průtoků• nemají pohyblivé součásti• umožňují oboustranné měření



29

Vírové průtokoměry• využívá se tvorby tzv. Karmánových vírů při obtékání tělesa

neproudnicového tvaru (lichoběžník, obdélník, deltoid aj.)• víry vznikají střídavě z jedné a druhé strany přepážky vložené do potrubí• frekvence tvorby vírů je funkcí rychlosti proudění

va

Srf ⋅=

f - frekvence vírů Sr - Strouhalovo čísloa - šířka přepážky v - rychlost proudění

• při oddělování vírů dochází k místnímu nárůstu tlaku a poklesu rychlosti na jednéstraně a opačně k poklesu tlaku, a s tím spojenému nárůstu rychlosti na straně druhé

• změny tlaku se vyhodnocují

přepážka může být různého tvaru

snímání silového namáhání

přepážka

elektronickéobvody

30

Přednosti vírových průtokoměrů:

Nevýhody:• vykazují tlakovou ztrátu• nehodí se pro měření malých průtoků, vhodné jen pro turbulentní proudění• vliv vibrací a pulsací v potrubí (čerpadla)

Snímání frekvence vírů:

• náhrada klasických průřezových měřidel• vyrábí se pro jmenovité světlosti od 15 mm až

do 300 a více mm• obvody řízené μP pro vyhodnocování signálu• neobsahují pohyblivé součásti

přepážka

• tenzometrické snímače• piezoelektrické snímače• ochlazování vyhřívaného termistoru• ultrazvukové snímače• kapacitní snímače

Provedení a vlastnosti vírových průtokoměrů

• poskytují lineární signál v širokém rozmezí (2 až 100) %• výstupní veličinou je frekvence (výhodné pro číslicové zpracování signálu)

31

Průtokoměry hmotnostní• většina průtokoměrů je vyráběna jako měřidla objemová• údaj objemových průtokoměrů je ovlivňován změnami teploty, tlaku a hustoty

Pro stanovení hmotnostního průtoku se využívá:• aplikace mikroprocesorové techniky ve spojení s konvenčními

průtokoměry a dalšími senzoryhmotnostní průtok se zjišťuje výpočtem

• Coriolisových průtokoměrůměří hmotnostní průtok přímo

• tepelných průtokoměrůodvozují hmotnostní průtok z měření rozložení tepla mezi dvě místa v potrubí

Objemové průtokoměry s mikroprocesorem• objemový průtokoměr je doplněn přídavnými snímači tlaku a teploty

a elektronické obvody zajistí přepočet údaje na vztažné podmínky• při neměnném složení média může elektronický obvod s mikroprocesorem

zajistit přepočet objemového průtoku na průtok hmotnostní• dochází-li ke změně složení a mění se hustota proudícího média, je

zapotřebí doplnit měřicí zařízení o snímač hustoty



32

Coriolisův průtokoměr• princip využívá Coriolisovy síly• v otočné soustavě se pohybuje těleso o hmotnosti m rychlostí v• soustava se otáčí úhlovou rychlostí ω • na těleso působí Coriolisovo zrychlení ac ( )ω×= vac 2

( )vmFC ×Δ=Δ ω2

• vyjádříme Coriolisovu sílu:

→

→→

• Coriolisovu sílu, která působí ve směru kolmém na rovinu vektorů v a ω na element o hmotnosti Δ m pak můžeme vyjádřit vztahem:→

→

• vyjádříme rychlost v :→

tlv

ΔΔ=

→→vektory v a ω jsou navzájem kolmé

lQF

ltmF

mC

C

Δ⋅⋅=Δ

Δ⋅⋅ΔΔ=Δ

ω

ω

2

2

Coriolisova síla působící na element tekutiny je úměrnáhmotnostnímu průtoku Qm

34

Animace deformace potrubí

pro nulový průtok pro nenulový průtok

35

Konstrukce Coriolisova senzoru• základem senzoru je měřicí trubice nejčastěji ve tvaru písmene U• otáčivý pohyb je nahrazen kmitáním kolem osy ω• trubice je rozkmitávána elektromagnetickou silou a vykonává periodický

kývavý pohyb s harmonickým průběhem o kmitočtu ω• obrázky znázorňují trubici při nulovém průtoku média

Animace dvojice vibrujících trubic:

Vibrující měřicí trubice:

osa kývavého pohybu trubice

osa kývavého pohybu trubice

ω nulový průtok média



36

Průtok ≠ 0

Konstrukce Coriolisova senzoru• při protékající tekutině budou Coriolisovy síly působit na úseky trubice

ve směru toku opačně ve vtokové a výtokové části

Silové působení na vibrující trubici:

směr toku kapaliny

Coriolisovasíla

Coriolisovasíla

směr pohybu trubice

Průtok = 0

Pohled na vibrující trubici z profilu:Silové působenívyvolá deformaci měřicí trubice:

37

Snímání Coriolisovy sílyPřímé snímání ΔFC by bylo obtížné, vyhodnocuje se účinek momentu síly:

• důsledkem působení silové dvojice vzniká celkový moment M, který způsobí zkroucení trubice

• při kývavém pohybu trubice se úhlová rychlost mění a dosahuje maxima při průchodu středu trubice klidovou polohou

• také Coriolisova síla a moment síly mají harmonický průběh• působící moment je v rovnováze s direktivním momentem trubice, který

závisí na tuhosti trubice• úhel zkroucení trubice je měronosnou veličinou měřeného průtoku

Coriolisova sílaFC

Coriolisova sílasměr pohybu trubice

rFM C ⋅⋅=Δ 2

r r

α

α

38

Vyhodnocení signálu Coriolisova senzoru• celková deformace ramen se zjišťuje pomocí detektorů polohy, které

indikují průchod snímacích bodů

• při pohybu trubice směrem nahoru indikuje průchod snímacího bodu nejprve pravý detektor a za interval Δt levý detektor

• velikost Δt je úměrná hmotnostnímu průtoku a snímá se jednou za periodu kmitů trubice

• v případě nulového průtoku není trubice deformovaná a poloha obou snímacích bodů je detekována ve stejný časový okamžik (Δt = 0)

snímací bod

snímací bod

Časový posun signálů detektorů polohy Coriolisova průtokoměru:při nulovém průtoku je fázový rozdíl roven nule,

Δt = 0 Δt ~ Qm

při nenulovém průtoku je fázový rozdíl úměrný hmotnostnímu průtoku

detektor polohy detektor polohy



39

Schéma průmyslověvyráběného průtokoměru

• Vyhodnocení maxima periodicky proměnného kroutícího momentu se provádíprostřednictvím dvou polohových senzorů.

• Signál z polohových senzorů, který je lineárně úměrný hmotnostnímu průtoku je dále zpracován v elektronických obvodech.

41

Coriolisův průtokoměr s přímou trubkou

hnací cívka kmitající trubice

senzory polohy

v = 0 m/s v > 0 m/s

deformace trubicezpůsobená

Coriolisovou silou

• kmitající přímá trubice• z nesymetrie výstupních signálů

senzorů polohy lze určit velikost průtoku

42

Coriolisův průtokoměr s přímou trubkou

Kmitání trubky bez průtoku média:

Kmitání a deformace trubky s průtokem média:

ω ω

ω ωF

Fv

v

( )vmFC ×= ω2→→(vektory v a ω jsou navzájem kolmé)

Animace kmitání trubky:

A

senzor A

senzor B

senzory polohy

B

• výsledná síla způsobí změnu fáze kmitání bodů A a B

• tato změna je přímo úměrnáhmotnostnímu průtoku



43

Aplikace Coriolisova průtokoměru

Vlastnosti:• údaj nezávisí na změnách hustoty,

teploty, tlaku, viskozity• měřicí rozsahy od 20 g/min až do

několika tisíc kg/min, vysoká přesnost• může pracovat při teplotách od

-240 °C do +200 °C

Aplikace:• široké uplatnění od měření

kapalného dusíku až po měřenísilně viskózních médií a kašovitých a pastovitých hmot

uvnitř je dvojitá kmitajícíU-trubice

senzor s přímou trubicí inteligentní

převodník

Montáž průtokoměru:• nevyžadují ustálený profil proudění• ochrana před externími vibracemi vznikajícími na technologickém zařízení

44

Tepelné průtokoměry• princip spočívá ve vyhodnocování energetické rovnováhy při sdílení

tepla z elektricky vyhřívaného topného elementu do proudící tekutiny

Indikátory průtoku• teplo odváděné z topného elementu vyhřívá teplotní senzor umístěný

nad topením• teplota senzoru je závislá na rychlosti proudící tekutiny

topný element

teplotnísenzor

srovnávacíteplotnísenzor průtok = 0 průtok ≠ 0

45

Kalorimetrický hmotnostní průtokoměr

topení

odporovésenzory teploty

vyhodnocuje se oteplení měřenétekutiny mezi dvěma snímači teploty

A - konstanta [s2 .K2.J-2]cp - měrné teplo [J .kg-1.K-1]P - tepelný příkon [J.s-1]

při nulovém průtoku je rozloženíteploty v trubici symetricképři průtoku tekutiny se symetrickérozložení poruší

naměřený teplotní rozdíl (T2-T1) a tedy i výstupní signál závisí v omezeném rozsahu průtoků lineárně na hmotnostním průtoku m:•

mPcATT p ⋅⋅⋅=− 12•

laminárníodpor

Rozložení teploty

do hlavního potrubí je vložen laminárníprvek pro rozdělení proudu tekutiny do obtoku, který je tvořen kapilároutekutina je tak vedena tenkostěnnou tepelně dobře vodivou kovovou trubicína středu kapiláry je umístěno topenípo obou stranách topení jsou symetricky navinuty odporové senzory teploty



46

Provedení a aplikace tepelného průtokoměru

Aplikační možnosti• měření a regulace hmotnostního průtoku čistých tekutin• pro měření malých průtoků zejména v laboratorních podmínkách• měřicí rozsahy od 3 ml/min až do desítek l/min

elektronická řídicí jednotka senzor kalorimetrického průtokoměru

regulačníventil

Nevýhody:• nutná znalost složení média• nutnost rekalibrace pro jiné médium

47

Volba vhodného typu průtokoměruPři výběru vhodného průtokoměru je zapotřebí zvažovat řadu kritérií:

• charakteristika měřeného média (chemické a fyzikální vlastnosti)

• podmínky měření (teplota, tlak)• účel měření (bilanční měření, čidlo regulátoru)• měřicí rozsah• linearita statické charakteristiky• přesnost, opakovatelnost• zpracování signálu

(analogový, číslicový výstup, komunikace s počítačem)• tlaková ztráta• montáž měřidla, servis a údržba přístroje• potřeba dalších pomocných zařízení• finanční náklady

48

Aplikační možnosti průtokoměrů

střední i vysoká••Oválový

nízká••Rotametr

nízká••Turbinkový

nízká•••Průřezový

libovolná••Indukční

libovolná••••Coriolis

nízká•••Vírový

ViskozitaKapaliny s částicemi

ČistékapalinyPáraČisté

plynyTyp



49

Mikan J.: Měření plynu, GAS s.r.o., 2003Strnad R.: Trendy měření průtoku, GAS s.r.o. 2004Ďaďo S., Bejček L., Platil A.: Měření průtoku a výšky hladiny. BEN Praha 2005Chudý. V., Palenčár R., Kureková E., Halaj M.: Meranie tecnických veličín, STU Bratislava 1999Kadlec K.: Snímače průtoku – principy, vlastnosti, použití (část 1 až 3). AUTOMA č. 10, 11 a 12 (2006)Internetové odkazy:http://www.emersonprocess.czhttp://www.endres.czhttp://www.krohne.czhttp://www.premagas.skwww.dynasonics.comhttp://www.yokogava.czhttp://www.bronkhorst.com

Odborná a firemní literatura

Documents

M icí a . magisterského studia FPBT M ení pr toku MĚŘENÍ ...uprt.vscht.cz/kminekm/mrt/predn/txt-Mgr/4-FPBT09-Prutok.pdf · •odměřování objemu plynu nebo kapaliny v odm