BADANIA I DIAGNOSTYKA
BADANIA I DIAGNOSTYKA
BADANIA I DIAGNOSTYKA
BADANIA I DIAGNOSTYKA
UKŁADÓW PŁYNOWYCH
UKŁADÓW PŁYNOWYCH
UKŁADÓW PŁYNOWYCH
UKŁADÓW PŁYNOWYCH
Pomiary przepływu są prowadzone w celu określenia ilości cieczy i gazów płynących w rurociągach, są one realizowane poprzez pomiar:
• prędkości przepływu v (m/s),
• strumienia objętościowego Q (m3/s) • strumienia masy M (kg/s).
Wielkości te są powiązane ze sobą następującymi wzorami:
gdzie:
A – pole powierzchni przekroju rurociągu,
ρ - gęstość medium,
Pomiar przepływu
Do pomiarów przepływu najczęściej uŜywa się następujących przyrządów:
• przepływomierze oparte na pomiarze ciśnienia róŜnicowego (kryzy, rurki spiętrzające)
• przepływomierze bazujące na pomiarze prędkości przepływu (indukcyjne, turbinowe,ultradźwiękowe)
• przepływomierze masowe • przepływomierze objętościowe
Nie ma idealnego przepływomierza nadającego się do zastosowania w dowolnym miejscu i dla dowolnych warunków pomiarowych, dlatego bardzo waŜne jest dokładne sprecyzowanie panujących warunków pomiaru i dla nich dopiero dobieranie właściwego przepływomierza lub odpowiedniego układu pomiarowego.
Zakresowo
ść
przepływomierza
Zdolność do pomiaru przepływu w szerokim zakresie z wymaganą
dokładnością zaleŜy od wielu czynników, które nakładając szereg ograniczeń
limitują moŜliwości układu pomiarowego. KaŜdy system pomiarowy w zaleŜności od zastosowanych urządzeń ma ściśle określoną wartość
maksymalną i minimalną przepływu moŜliwą do zmierzenia z podaną
dokładnością.
Stosunek pomiędzy największym, moŜliwym do zmierzenia przez układ
pomiarowy przepływem do najmniejszego przepływu nazywamy zakresowością i oznaczamy TD.
Wielkość ta jest zapisywana w jednej linii z dwukropkiem, np. jeŜeli stosunek pomiędzy największym i najmniejszym moŜliwym do zmierzenia (z załoŜoną
dokładnością) przepływu wynosi 10 zakresowość układu wynosi 10:1 (dziesięć do jeden).
Typowa zakresowość przyrządu wynosi 10-20 : 1. Przy wymaganej większej zakresowości stosuje się układy kilkuprzetwornikowe lub rozszerza się
Przepływomierze oparte na pomiarze ci
ś
nienia ró
Ŝ
nicowego
Do metod wykorzystujących do pomiaru przepływu róŜnicę ciśnień zaliczamy:
metodę zwęŜkową,
metodę uśredniających rurek piętrzących.
W metodzie zwęŜkowej wykorzystywany jest spadek ciśnienia - zwanego ciśnieniem czynnym - wywołany na kryzie pomiarowej przez przepływające medium.
W metodzie uśredniających rurek piętrzących do pomiaru przepływu wykorzystuje się ciśnienie dynamiczne przepływającego medium, będące róŜnicą ciśnień całkowitego i statycznego.
Obie te metody pomiarowe oparte są na prawie ciągłości przepływu oraz na prawie Bernoulli'ego.
Zw
ęŜ
ki pomiarowe
ZwęŜka znormalizowana z przytarczowym szczelinowym odbiorem ciśnienia
ZwęŜka znormalizowana z odbiorem ciśnienia typu kołnierzowego
ZwęŜki pomiarowe wykorzystują zjawisko wytwarzania róŜnicy
ciśnień na elemencie spiętrzającym umiejscowionym w
świetle rurociągu odcinka pomiarowego. Zalecane są do pomiaru dowolnych cieczy, par i
Rurki spi
ę
trzaj
ą
ce
Przy opływie czujnika rozkład ciśnienia jest taki, Ŝe w części czołowej ciśnienie jest większe od ciśnienia panującego w
rurociągu, a na powierzchni bocznej i tylnej mniejsze. Odbiór ciśnienia z otworów umieszczonych w części czołowej i tylnej daję sygnał ∆p proporcjonalny do gęstości
Przepływomierz PhD mierzy przepływ
objętościowy poprzez pomiar częstotliwości wirów tworzących się za przegrodą zaburzającą przepływ strumienia medium. Tworzenie się tych wirów
zwane jest efektem Von Karmana. Przepływomierz oblicza przepływ objętościowy na podstawie
następującego wzoru:
gdzie:
Q = przepływ [m3/h]
f = częstotliwość tworzenia się wirów [Hz] k = stała kalibracji [impulsy/stopa3] d = średnica przegrody [m]
St = liczba Strouhala
A= powierzchnia przekroju [m2] V = szybkość przepływu [m/s]
Przejście wiru powoduje lekki nacisk na skrzydełko umieszczone za przegrodą. Nacisk jest mierzony przez podwójny czujnik piezoelektryczny stykający się z czołem skrzydełka.
Przepływomierze
wirowe
Wielkość przepływu jest wyznaczana poprzez pomiar róŜnicy czasu Dt
przejścia fali dźwiękowej między sondami w kierunku zgodnym i przeciwnym do kierunku przepływu cieczy. Średnia wielkość czasu przejścia T reprezentuje prędkość dźwięku w ośrodku.
Q - wielkość przepływu K - współczynnik kalibracji Dt - róŜnica czasów przejścia T - średni czas przejścia fali
W pomiarze wykorzystuje się parę
czujników pomiarowych, z których kaŜdy wysyła i odbiera sygnały ultradźwiękowe przenikające medium procesowe.
Ultradźwiękowe impulsy rozchodzą się kolejno pomiędzy czujnikiem
pomiarowym umieszczonym w górze przepływu a czujnikiem w dole i w trakcie mierzenia natęŜenia przepływu
dokonywany jest równieŜ pomiar róŜnicy czasowej przepływu pomiędzy dwoma czujnikami. W trakcie przepływu płynu sygnał w kierunku w dół jest krótszy od sygnału w kierunku w górę przepływu. PoniewaŜ róŜnica pomiędzy tymi czasami jest proporcjonalna do prędkości
przepływu płynu, natęŜenie danego produktu i jego kierunek mogą być zmierzone właściwie poprzez wykrycie róŜnicy czasów
Przepływomierze ultradźwiękowe.
Przepływomierze ultradźwiękowe SONOFLO produkcji Danfoss
Fala dźwiękowa przemieszczająca się w kierunku przepływu medium rozchodzi się szybciej aniŜeli fala przemieszczająca się w kierunku przeciwnym. (VAB > VBA ).
Czas przejścia t AB i t BA mierzone są w sposób ciągły. RóŜnica czasów rozchodzenia się tych dwóch fal ultradźwiękowych (t AB - t BA) jest wprost proporcjonalna do wartości
średniej prędkości przepływu (Vm) danego medium. NatęŜenie
przepływu objętościowego na jednostkę czasu jest iloczynem wartości średniej prędkości przepływu (Vm) i pola przekroju poprzecznego danego rurociągu.
Przepływomierze elektromagnetyczne MAGFLO mają bardzo wiele róŜnych zastosowań.
Zasada działania
System MFX Dynasonic przeznaczony jest do pomiaru przepływu cieczy przewodzących prąd elektryczny takich jak woda i jej związki w obu kierunkach. Na podstawie prawa Faradaya MFX mierzy w badanym medium siłę elektromotoryczną (SEM, napięcie) powstającą na elektrodach pod wpływem zmiennego pola
magnetycznego. Wartość ta zaleŜy
głównie od prędkości przepływu cieczy (v) oraz indukcji magnetycznej (B). Ogólnie:
SEM ≈v x B
Przy załoŜeniu, Ŝe wartość indukcji magnetycznej jest stała otrzymujemy:
SEM ≈v
Zatem wielkość mierzonego napięcia jest proporcjonalna do prędkości przepływu cieczy.
Przepływomierz elektromagnetyczny
Przepływomierze turbinkowe
Głównym elementem tego typu przepływomierza jest osiowo umieszczona turbinka, która jest
wprawiana w ruch poprzez
przepływające medium. Prędkość obrotu turbinki jest wprost proporcjonalna do prędkości przepływającego medium -objętości.
Obrót turbinki jest przetwarzany na sygnały elektryczne za pomocą czujnika magnetyczno-indukcyjnego
zamocowanego w zewnętrznej części obudowy czujnika.
Ilość odebranych sygnałów na 1 litr nosi nazwę stałej kalibracji przyrządu "K".
Wpływ lepko
ś
ci
Wpływ lepkości na dokładność pomiaru przepływomierza turbinowego
PoniewaŜ lepkość ma bardzo duŜy wpływ na wynik pomiaru, dlatego naleŜy w określonej lepkości w jakiej ma pracować
przepływomierz przeprowadzić
jego kalibrację.
W przypadku kiedy mamy do czynienia ze zmienną
temperaturą, a tym samym zmienną lepkością i przy zmiennych przepływach naleŜy stosować odpowiednie układy kompensujące wpływ zmiennej lepkości na wynik pomiaru
Przepływomierze turbinkowe
W aplikacjach, gdy zmieniająca się temperatura powoduje znaczące zmiany lepkości medium konieczne jest uŜycie inteligentnego przetwornika wraz z czujnikiem temperatury dla korekcji wpływu lepkości na wynik pomiaru.
Przepływomierze masowe wykorzystują zjawisko powstawania siły Coriolisa przy przepływie przez zaokrąglone elementy rurociągu. Element pomiarowy stanowi rurka wygięta w kształt litery Ωna środku której znajduje się cewka generująca prąd sinusoidalny. Po przeciwnych stronach elementu pomiarowego
umieszczone są dwie cewki indukcyjne, które przy braku przepływu odbierają sygnał sinusoidalny zgodny w fazie i o takiej samej częstotliwości. W momencie pojawienia się przepływu medium,
powstające siły Coriolisa na
zakrzywionych częściach elementu
pomiarowego powodują jego nieznaczne przesunięcie i w efekcie pojawia się fazowe przesunięcie sygnałów
pochodzących z cewek indukcyjnych (RS1 i RS2) którego wielkość jest wprost proporcjonalna do przepływającej masy mierzonego medium. 1. Przyłącze 2. Element wejścia 3. Obudowa 4. Rurki pomiarowe 5. Czujnik temperatury 6 i 8. czujniki indukcyjne 7. Cewka generująca 9. Obudowa przetwornika 10. Wewnętrzna obudowa przetwornika 11. Przetwornik 12 Przykrywa Przetwornika. Przepływomierze masowe
Przepływomierze Objętościowe
Przepływomierze Objętościowe działają na zasadzie pompki z wirującym tłokiem przepompowując określone porcje mierzonego medium i zliczając ich ilość tym samym mierzą one rzeczywistą objętość płynu przepływającego w rurociągu w danym czasie. Przepływomierze te stosujemy szczególnie tam gdzie ilość miejsca nie pozwala na zastosowanie odcinków prostych rurociągu wymaganych dla przepływomierzy mierzących prędkość.
WyróŜniamy kilka typów przepływomierzy objętościowych np: owalno-kołowe są to przepływomierze objętościowe, w których element pomiarowy składa się z dwóch sprzęŜonych ze sobą elementów o kształcie owalno-kołowym poruszanych przez przepływającą ciecz KaŜdy obrót przemieszcza dokładnie znaną objętość cieczy przez miernik. (tę zasadę wykorzystują inne mierniki jak np. przepływomierz komorowy, pompy Roots’a… róŜnią się głównie kształtem „łopatek”) Ilość wykonanych obrotów jest, więc wprost proporcjonalna do mierzonej objętości.
RóŜne rodzaje materiałów wykorzystanych do budowy mierników jak i łoŜysk umoŜliwiają przystosowanie przepływomierzy do wszelkiego rodzaju cieczy.
Contoil i Domino działają na zasadzie pompki z wirującym tłokiem. Urządzenie składa się z tłoka usytuowanego mimośrodowo wewnątrz większego cylindra posiadającego dwa otwory rozdzielone do siebie przegrodą, wzdłuŜ której przesuwa się cylindryczny tłok. Wirujący tłok i rolka są jedynymi ruchomymi częściami
będącymi w kontakcie z cieczą.
Przemieszczanie się wirującego tłoka jest
przekazywane do układów zliczania za pomocą
sprzęgła magnetycznego. Przepływomierze te pozwalają na osiągnięcie b. duŜej dokładności.
Przepływomierz śrubowy firmy KRAL
Przepływomierze obj
ę
to
ś
ciowe -
ś
rubowe
Charakterystyka dokładności pomiaru przepływomierza śrubowego
Rodzaje przepływomierzy
• kryzy, rurki stoŜki spiętrzające,
• przepływomierze wirowe – „Vortex”, • przepływomierze elektromagnetyczne, • przepływomierze ultradźwiękowe,
• przepływomierze masowe, • przepływomierze turbinowe, • przepływomierze objętościowe.
