Kartu su temperatūros ir slėgio matavimu srauto matavimas yra vienas svarbiausių pramoninės matavimo technologijos uždavinių. Iš esmės fizikinį matuojamosios medžiagos srautą tikriausiai galima nustatyti daugeliu matavimo metodų. Praktikoje matavimo metodo pasirinkimas priklauso nuo atitinkamos taikymo srities. Sužinokite daugiau apie atskirus srauto matavimo metodus ir lengviau pasirinkite tinkamus srauto jutiklius!
Matuojant srautą nustatomas kiekis, kuris per laiko vienetą prateka per vamzdžių sistemą. Medžiaga gali būti skystis, dujos arba garai. Atliekant srauto matavimą, išskiriamas tūrinio srauto matavimas ir masės srauto matavimas.
Tūrinis srautas - tai tūris, kuris prateka vamzdžiu per laiko vienetą (l/h, cfm ir t. t.). Dauguma čia pateiktų sistemų matuoja tūrinį srautą.
Masės srautas apibrėžiamas kaip masė, tekanti per sistemą per laiko vienetą (kg/h, t/h ir t. t.). Jei terpės tankis pastovus, masės srautą galima nustatyti tūrinį srautą padauginus iš tankio. Jei tankis nėra pastovus - kaip dažnai būna su garais ir dujomis - jį taip pat reikia išmatuoti naudojant matavimo technologiją.
Daugelyje taikomųjų programų vienintelis reikalavimas yra nustatyti, ar vyksta minimalus terpės srautas. Tuomet srauto matuokliai reikalingi tokiems dalykams, kaip siurblių apsauga nuo sauso veikimo.
Tačiau čia pateikta jutiklių technologija naudojama nuolatiniam srauto matavimui ir naudojama tokiose srityse kaip:
Reikalavimai srauto matuokliui labai skiriasi priklausomai nuo matavimo užduoties. Pripildymui reikalingas geras pakartojamumas. Įteisintose prekybai sistemose būtinas tipo tyrimo sertifikatas (bent jau ES). Panašiai, stebint ir rodant suminį srautą procese, egzistuoja bet kokie reikalavimai, susiję su konkrečia paskirtimi ar pramonės sritimi. Jie, be kita ko, kyla dėl matuojamos terpės tipo ir tikslumo reikalavimų, taip pat dėl teisinių įpareigojimų, pavyzdžiui, Slėginės įrangos direktyvos ES arba apsaugos nuo sprogimo pagal ATEX direktyvą.
Medžiagos skirstomos į 4 skirtingas kategorijas, kurioms gali būti naudojamos tik pasirinktos jutiklių technologijos:
Srauto matuokliai veikia pagal skirtingus matavimo principus, tačiau kiekvienas iš jų negali matuoti visų anksčiau nurodytų kategorijų terpių. Toliau pateiktoje lentelėje išvardyti įprasti matavimo metodai ir nurodyta, kokių kategorijų skysčius jais galima matuoti.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| Conductive liquid | |||||||
| Liquid | |||||||
| Gas | |||||||
| Steam |
Žalia = standartas; oranžinė = atsargiai; raudona = negalima arba nerekomenduojama
Lentelėje leidžiama netaikyti matavimo principo tik atitinkamai skysčių kategorijai. Vaizdo įraše ir tolesniuose aprašymuose rasite išsamesnės informacijos apie atskirus matavimo metodus.
Gana sudėtingi ir labai brangūs Koriolio principu veikiantys srauto matuokliai, palyginti su visais kitais čia pateiktais principais, turi išskirtinį pranašumą. Galima nustatyti masės srautą (kg/h, t/h ir t. t.), net jei tankis nėra pastovus.
Pavyzdžiui, Koriolio srauto matuokliuose yra vamzdelis, kurį nuolat virpina žadintuvas. Jei srauto nėra, matavimo vamzdis per visą ilgį tolygiai svyruoja pirmyn ir atgal. Jei vyksta srautas, dėl matavimo terpės inercijos matavimo vamzdis svyruoja bangos pavidalu. Tuomet vamzdžio pradžioje ir gale esančios atkarpos svyruoja skirtingomis kryptimis tuo pačiu metu (t. y. su fazės poslinkiu). Matuojamas fazės poslinkis ϕ - tai tiesioginis srauto matas
v ~ φ.
Jei vamzdis užpildytas sunkesne terpe, jis virpa mažesniu dažniu. Vadinasi, dažnis yra matavimo terpės tankio matas. Pagal srautą ir tankį srauto matuokliai nustato masės srautą.
Koriolio srauto matuokliai laikomi tiksliausiais rinkoje esančiais linijiniais srauto matuokliais, kurių specifikacijos prasideda nuo 0,05 % matuojamos vertės.
| Koriolio srauto matuoklis | |
|---|---|
| Privalumai | didelis tikslumas, masės srauto nustatymas, nėra įleidimo ir išleidimo sekcijų |
| Trūkumai | Labai didelė kaina, slėgio nuostoliai, jautri reakcija į dujų burbuliukus skystoje terpėje |
Elektromagnetinis srauto matuoklis (EMF) matuoja pagal Faradėjaus elektromagnetinės indukcijos dėsnį. Jį sudaro metalinis matavimo vamzdis, kuriuo teka laidi matavimo terpė. Ritės sukuria magnetinį lauką, kuris nukreipiamas per terpę statmenai srauto krypčiai.
Įtampa indukuojama, kai tik laidus skystis juda per ortogonalų magnetinį lauką. Indukuota įtampa matuojama elektrodais, kurie išdėstyti 90° kampu skysčio ir magnetinio lauko atžvilgiu (dešiniosios rankos taisyklė).
Elektromagnetinis srauto matuoklis
Indukuota įtampa yra proporcinga srauto greičiui.
v ~ Uind
| Elektromagnetiniai srauto matuokliai | |
|---|---|
| Privalumai | aukštas tikslumo lygis, nėra slėgio nuostolių, nėra įleidimo ir išleidimo sekcijų, lanksčios taikymo galimybės |
| Trūkumai | Didelės išlaidos, tik laidžioms terpėms |
Ultragarsiniam srauto matavimui daugiausia naudojami 2 skirtingi fizikiniai principai: tranzito laiko principas ir Doplerio principas. Rinkoje dominuoja čia aprašytas tranzito laiko principas.
Ultragarsas - tai mechaninė arba akustinė banga, kuri lėtėja prieš srovę ir greitėja su srove. Atliekant srauto matavimus ultragarsu, tame pačiame ruože matuojamas skirtingas tranzito laikas (su srove ir prieš srovę). Skirtumas tarp šių dviejų laikų yra srauto greičio matas.
V ~ △ t
Norint išmatuoti laiko skirtumą, reikia 2 keitiklių, kurie atlieka „garsiakalbio“ ir „mikrofono“ funkcijas.
| Ultragarsiniai srauto matuokliai | |
|---|---|
| Privalumai | tikslumas, mažas slėgio kritimas (priklauso nuo vamzdžio ir (arba) keitiklio mechaninės konstrukcijos), trumpi įleidimo ir išleidimo ruožai |
| Trūkumai | matuoti galima tik iki didžiausio dujų burbuliukų ir kietųjų dalelių kiekio, negalima matuoti labai didelio klampumo terpių. |
Sūkurių matavimo principas pagrįstas Karmano sūkurių gatve, kurioje kūnas, aplink kurį teka srautas, sukelia priešpriešais besisukančius sūkurius. Praktiškai sūkuriai sukuriami tekančioje terpėje į vamzdį įvedus kliūtį. Sūkuriai sukasi priešpriešiais ir pakaitomis atsiskiria nuo kliūties iš kairės ir dešinės pusės. Dėl sūkurių už kliūties susidaro vietiniai slėgio skirtumai, kuriuos fiksuoja tinkamai sukonstruotas jutiklis. Jutiklis matuoja sūkurių skaičių per laiko vienetą (t. y. atsiradusių sūkurių dažnį). Dažnis yra proporcingas srauto greičiui.
v ~ ƒ
| Sūkuriniai srauto matuokliai | |
|---|---|
| Privalumai | galima naudoti skysčiams, dujoms ir garams, aukštam slėgiui ir temperatūrai, galimi ekonomiški variantai |
| Trūkumai | galima tik į vandenį panaši klampa, nėra „mažo srauto“ taikymo sričių |
Taikant šį metodą naudojami 2 varžiniai jutikliai, iš kurių vienas naudojamas kaip kaitinimo elementas, o kitas - kaip terpės temperatūros jutiklis. Temperatūrų skirtumas tarp šildymo Pt100 ir terpės palaikomas pastovus ir matuojamas tam reikalingas šilumos srautas. Kuo didesnis terpės srautas, tuo daugiau šilumos reikia pastoviam temperatūros skirtumui palaikyti. Taip galima daryti išvadas apie atitinkamą suminį srautą per šiluminę galią.
Tiekiama galia yra srauto greičio matas:
v ~ P
Kalorimetrinis srauto matuoklis
| Kalorimetrinis srauto matuoklis | |
|---|---|
| Privalumai | ekonomiška dujų ir skysčių jutiklių technologija, galimi nuotėkio matavimai |
| Trūkumai | prilipę teršalai ir (arba) drėgmė (su dujomis) daro įtaką matavimui, pigių sprendimų tikslumas gana mažas, matavimo rezultatas priklauso nuo terpės |
Pirminiai elementai yra diafragmos plokštelės, Pitot vamzdeliai arba Venturi vamzdeliai. Jie sumontuoti vamzdyje ir sukuria slėgių skirtumą, kuris matuojamas, pavyzdžiui, diafragmos plokštelėje per statinį slėgį prieš ir už diafragmos plokštelės. Srauto greitį galima nustatyti iš slėgio skirtumo pagal Bernulio lygtį; jis proporcingas slėgio skirtumo kvadratinei šakniai:
v ~ √△p
Slėgio skirtumui matuoti reikalingi atitinkami diferencinio slėgio jutikliai. Todėl tikslumą sudaro pirminio elemento ir diferencinio slėgio siųstuvo neapibrėžtis.
Pirminis elementas
| Pirminis elementas | |
|---|---|
| Privalumai | dėl mechaninio pirminio elemento lankstumo galima pasiekti aukštą temperatūrą ir slėgį, skirtą dujoms, skysčiams ir garams. |
| Trūkumai | ribota matavimo dinamika dėl mažiausio ir didžiausio srauto santykio (nuo 1:5 iki 1:7), nepalankus mažo skersmens tikslumo ir kainos santykis |
Prie korpuso pritvirtintas indukcinis impulsų generatorius sukasi dėl terpės srauto, o kiekvienam praeinančiam mentės ratui skleidžia vieną impulsą. Impulsų dažnis yra tiesioginis srauto greičio matas:
v ~ ƒ
Daugelis irklinio ratuko jutiklių tiesiogiai spinduliuoja impulsų signalą, o vertinimo įrenginys pagal jį nustato srautą. Taip pat jutikliuose gali būti įmontuoti elektroniniai komponentai, kurie impulsų signalą paverčia analoginiu signalu ir perduoda jį į vertinimo įrenginį.
Srauto jutiklis
| Srauto matuokliai su mentelėmis | |
|---|---|
| Privalumai | ekonomiškos konstrukcijos tipai, lanksčiai naudojamos medžiagos, leidžiančios matuoti koroziją sukeliančias terpes |
| Trūkumai | mažo srauto taikymas galimas tik ribotai dėl paleidimo trinties, sistema nesidėvi dėl judančių dalių |
Matavimo principas turi būti tinkamas terpei - kaip aprašyta pirmiau. Kiti reikalavimai, kuriuos turi atitikti srauto prietaisas, yra šie:
Pasirinkimą dar labiau apsunkina platesni praktiniai apribojimai:
Dėl šių skirtingų iššūkių būtina konsultuotis su specialistais dėl srauto matuoklio pasirinkimo.
