BADANIA I DIAGNOSTYKA UKŁADÓW PŁYNOWYCH. Pomiar przepływów

Transkrypt

1 BADANIA I DIAGNOSTYKA UKŁADÓW PŁYNOWYCH Pomiar przepływów

2 Pomiar przepływu 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 (m 3 /s) strumienia masy M (kg/s). Wielkości te są powiązane ze sobą następującymi wzorami: i Q = A v M = Q ρ gdzie: A pole powierzchni przekroju rurociągu, ρ - gęstość medium,

3 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.

4 Zakresowość 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 : 1. Przy wymaganej większej zakresowości stosuje się układy kilkuprzetwornikowe lub rozszerza się charakterystykę przez linearyzację nieliniowej części zakresu przepływu.

5 Przepływomierze oparte na pomiarze ciśnienia róŝnicowego 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.

6 ZwęŜki pomiarowe ZwęŜki pomiarowe wykorzystują zjawisko wytwarzania róŝnicy ciśnień na elemencie spiętrzającym umiejscowionym w świetle rurociągu odcinka pomiarowego. Zalecane są do pomiaru dowolnych cieczy, par i gazów ZwęŜka znormalizowana z przytarczowym szczelinowym odbiorem ciśnienia ZwęŜka znormalizowana z odbiorem ciśnienia typu kołnierzowego

7 Rurki spiętrzające 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 płynu oraz kwadratu prędkości przepływu.

8 RóŜne kształty rurek spiętrzających

9 Przepływomierze wirowe 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.

10 Przepływomierze ultradźwiękowe. 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 SONOFLO produkcji Danfoss

11 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.

12 Przepływomierz elektromagnetyczny 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 Dokładność pomiaru dla prędkości przepływu Zatem wielkość mierzonego napięcia jest proporcjonalna do prędkości przepływu cieczy.

13 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".

14 Wpływ lepkości 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 Wpływ lepkości na dokładność pomiaru przepływomierza turbinowego

15 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. Kompensacja wpływu zmian lepkości

16 Przepływomierze masowe Przepływomierze masowe wykorzystują zjawisko powstawania siły Coriolisa przy przepływie przez zaokrąglone elementy rurociągu. Element pomiarowy stanowi rurka wygięta w kształt litery Ω na 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.

17 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 owalnokołowym 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.

18 Przepływomierze objętościowe - tłokowe 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.

19 Przepływomierze objętościowe - śrubowe Przepływomierz śrubowy firmy KRAL

20 Przepływomierze objętościowe - śrubowe

21 Przepływomierze objętościowe - śrubowe Charakterystyka dokładności pomiaru przepływomierza śrubowego

22 Rodzaje przepływomierzy kryzy, rurki stoŝki spiętrzające, przepływomierze wirowe Vortex, przepływomierze elektromagnetyczne, przepływomierze ultradźwiękowe, przepływomierze masowe, przepływomierze turbinowe, przepływomierze objętościowe.