POMIAR NATĘŻENIA PRZEPŁYWU Określenie ilości płynu (objętościowego lub masowego natężenia przepływu) jeden z najpowszechniejszych rodzajów pomiaru w gospodarce przemysłowej produkcja światowa w 1979 ropa naftowa 32 mln baryłek (3.8 mln m 3 ) gaz naturalny 60 bln ft 3 (1.7 bln m 3 ) niepewność pomiaru na poziomie 0.01% ogromne straty Klasyfikacja przyrządów pomiarowych mierniki ilości: ciężaru (płyny) objętości (płyny) objętości (gazy) typy mierników przepływowych (natężenia): różnicowe (ciśnieniowe) pomiar pędu czynnika o zmiennym przekroju poprzecznym pomiar reakcji hydrodynamicznej termiczne pomiar w oparciu o położenie powierzchni swobodnej cieczy inne 11
KRYZA natężenie przepływu jest proporcjonalne do spadku ciśnienia pomiędzy przekrojami kontrolnymi Q ~ p Q - objętościowe natężenie przepływu p - spadek ciśnienia (przekroje: przepływ niezakłócony oraz maksymalnego przewężenia) Q jest zależne od współczynnika wypływu parametru trudnego do oszacowania (funkcja parametrów geometrycznych, kształtu gardzieli, liczby Re, położenia otworków impulsowych) wymagana kalibracja znaczne spadki ciśnienia duża czułość wysoka dokładność 12
ZWĘŻKA VENTURI'EGO KOLANO miernik ciśnieniowo-różnicowy kształt odzwierciedla układ linii prądu (brak oderwania warstwy przyściennej) znacznie mniejsze straty ciśnienia niż w kryzie współczynnik wypływu 1 miernik ciśnieniowo-różnicowy większa niepewność pomiarowa pomiar nieinwazyjny nie występują dodatkowe straty ciśnienia niski koszt manometr podłączony do istniejącego kolana 13
PRZEPŁYWOMIERZE "LAMINARNE" wymagane ustalenie przepływu laminarnego w sekcji pomiarowej kapilary prostownice ulowe 14 możliwe wykorzystanie dobrze znanej zależności 128µ L p = Q 4 πρd metoda nie zalecana do przepływów płynów zanieczyszczonych metoda 2-kierunkowa
PRZEPŁYWOMIERZ TURBINOWY prędkość obrotowa wirnika proporcjonalna do średniego natężenia przepływu wysoka dokładność błąd 0.25% prędkość obrotowa jest określana poprzez sumowanie impulsów od łopatek wirnika 15
ROTAMETR natężenie przepływu jest proporcjonalne do położenia pływaka umieszczonego wewnątrz pionowej rury o narastającym polu przekroju; waga pływaka jest równoważona przez siły oporu niskie i średnie ciśnienia szklane lub plastikowe (przezroczyste) rury miernicze wysokie ciśnienia metalowe rury położenie pływaka określane jest magnetycznie bądź elektrycznie wymienne pływaki (różne masy i kształty) szeroki zakres mierzonych natężeń przy zastosowaniu tej samej rury 16
PRZEPŁYWOMIERZ TARCZOWY natężenie przepływu jest proporcjonalne do siły oporu generowanego przez opływ płynu wokół tarczy pomiar siły oporu pomiar naprężeń przy użyciu tensometru miernik 2-kierunkowy możliwe zastosowanie do przepływu płynów zanieczyszczonych (z osadami) pod warunkiem, że cząsteczki nie zmieniają charakterystyki przyrządu 17
PRZEPŁYWOMIERZE TERMICZNE masowe natężenie przepływu m jest związane (odwrotnie proporcjonalnie) z przyrostem temperatury T następującym pomiędzy 2 termometrami q m = C c T p q strumień ciepła wydzielany przez grzejnik c p ciepło właściwe przy stałym ciśnieniu C współczynnik proporcjonalności wymagana kalibracja możliwe rozwiązania nieinwazyjne 18
PRZELEWY przeszkoda w poprzek przepływu (rzeki) wersja zwężki dla kanałów otwartych wysokość położenia cieczy przez przelewem ponad jego wierzchołkiem jest proporcjonalna do natężenia przepływu pomiar położenia powierzchni swobodnej: wodowskaz pomiar ciśnienia statycznego prawidłowość pomiaru (wierność charakterystyce) wymaga aby przestrzeń za przelewem była napowietrzona 19
GENERATORY WIRÓW zasadniczy element miernika drut rozpięty w poprzek przepływu dla zakresu liczb Re powyżej wartości krytycznej ślad za drutem (walcem) zdominowany jest przez gruboskalowe wiry generowane ze stałą wartością liczbą Strouhala (z częstotliwością proporcjonalną do prędkości średniej) ścieżka wirów Karmana pomiar częstotliwości: przetworniki ciśnieniowe czujniki termiczne (wymagany podgrzew drutu) pomiar prędkości czujniki naprężeń czułych na wibracje drutu powstające na skutek spływających wirów 20
PRZEPŁYWOMIERZ AKUSTYCZNY zasada działania - zjawisko Dopplera 2 układy ultradźwiękowe nadajnik-odbiornik; przeciwne kierunki wysyłania wiązek różnica w czasach przelotu jest związana z prędkością przepływu znajomość profilu prędkości konieczna do wyznaczenia natężenia przepływu przepływomierze laserowe przepływomierze magnetyczne 21