1. Měření průtoku. Kde ρ.. hustota tekutiny [kg m -3 ] m hmotnost tekutiny [m] V 0. měrný objem [m 3 kg -1 ]

Transkript

1 . Měření růtoku Měření růtoku atří mezi nejčastěji měřené veličiny. Při měření se médium může vyznačovat velkým množstvím různých stavů a vlastností., roto se musí brát v úvahu: telota, tlak, hustota a viskozita média. Při měření růtoku je často třeba brát v úvahu i časovou změnu růtoku, oř. chceme znát rozložení rychlosti v růřezu růtokového kanálu. Pro otimální návrh čidel je nezbytné vědět, jestli se jedná o roudění laminární nebo turbulentní. Tekutiny: Pod ojmem tekutina rozumíme solečné označení kaalin, ar a lynů. Měření objemového růtoku tekutin je v odstatě určování velikosti rostoru, který tekutina zaujímá. Platí: m V = = ρ 3 mv 0 [ m ] Kde ρ.. hustota tekutiny [kg m -3 ] m hmotnost tekutiny [m] V 0. měrný objem [m 3 kg - ] Průtokem rozumíme objemové nebo hmotnostní množství tekutiny, roteklé daným růřezem za časovou jednotku. Pro objemový Q v, a hmotnostní růtok Q m latí: Q v 3 [ ] V = = S. w m s t Q m [ ] Vρ = = S. w. ρ kgs t Kde w okamžitá růtočná rychlost v daném růřezu [ms - ] S. růřez otrubí [m ] Jestliže není růtok ustálený, latí ro okamžitou hodnotu růtoku Q V kde : [ m ] 3 dv = = ws s dt Q m [ ] dm = = ρ. ws. kgs dt Objem látky roteklý za konečný časový interval t -t je dán vztahem V = t t Q dt Z uvedeného vylývá, že růtok je určen střední rychlostí roudu v otrubí známého růřezu. Čidly tedy určujeme rychlost roudu nebo objem roteklé tekutiny v určitém časovém intervalu.

2 Pro srávnou funkci čidla je důležité znát druh roudění. Při laminárním roudění se částice tekutiny ohybují o drahách, které se navzájem nekříží. U turbulentního roudění dochází ke křížení jednotlivých drah. Druh roudění určujeme tzv. Reynoldsovým číslem. Udává oměr mezi setrvačnými a třecími silami uvnitř tekutiny.. Usořádání měřící soustavy neelektrických veličin Pro měření růtoku tekutiny jako neelektrické veličiny je možno oužít usořádání měřící soustavy odle obr. MĚŘÍCÍ KANÁL Měřený objekt Snímač s čidlem Úrava signálu Indikátor ZÁZNAMOVÝ KANÁL Paměť První člen měřícího kanálu tvoří rvek ro sběr informací, označovaný jako snímač (čidlo, senzor). Čidlo řevádí vstuní neelektrický signál z měřeného objektu na elektrický signál výstuní - elektrický, mechanický, světelný, aod. Druhou částí kanálu je blok elektrických obvodů, v němž dochází k úravě elektrického signálu na otřebný tvar ro výstuní zařízení. V říadě, že je tento signál elektrický, tento blok může obsahovat zesilovače, generátory, filtry aod. Signál je dále zracováván a vyhodnocen indikátorem, jehož údaj o velikosti měřené veličiny může být číslicový nebo analogový. Analogový výstu je vhodnější ro dynamické děje, číslicové zobrazení je vhodné ro měření na velkém očtu míst, umožňuje dosáhnout větší řesnosti. Paralerně s indikátorem je zaojena aměť, která zajišťuje uchování informací o určitou dobu. Bývá realizována omocí zaisovačů a amětí očítačů. 3. Snímače rychlosti a objemu růtoku tekutin Rozdělení růtokoměrů a měřidel roteklého množství odle měřících rinciů:.objemové růtokoměry: a) s řerušovanou činností b) s cyklickou činností.rychlostní růtokoměry: rychlostní sondy, škrtící orgány, kolenové růtokoměry, lováčkové růtokoměry, ultrazvukové růtokoměry, vírové růtokoměry, vířivé růtokoměry, indukční růtokoměry, hmotnostní Coriolisovy růtokoměry, otické vláknové růtokoměry a seciální růtokoměry. 3.. Objemová měřidla růtoku a roteklého množství

3 Patří mezi absolutní metody, oužíváme jich jako etalonů ro ověřování jiných měřidel. Měřidla s řerušovanou činností se oužívají v laboratořích ro kalibrační a ověřovací měření. Měřící rostor se nalní tekutinou a o odměření objemu se zjistí doba lnění a měřící rostor se vyrázdní. Měření se rozděluje do dvou cyklů: měřícího a vyrazdňovacího. Měřidla s neřerušovanou činností se oužívají jako rovozní řístroje. Je zde několik odměrných rostorů a ty se lní ostuně a o sléze i ostuně vyrazdňují. Počítá se očet cyklů nalnění a vyrázdnění. 3.. Zvonový krychloměr Používá se k měření objemu lynu.(obr. 6.) Jeho měřící část (zvon) zasahuje do nádoby nalněné vodou. Do rostoru od zvon se řivádí lyn, jehož objem chceme měřit. Objem lynu je ak úměrný zdvihu zvonu h, jehož růřez S dokážeme určit (V = S. h). Hmotnost rotizávaží je úměrná řetlaku měřeného lynu. Měříme čas τ, za který se nalní objem V krychloměru. Pro zachování stejných odmínek na očátku a na konci lnění odměrného rostoru komenzujeme úbytek vztlaku. Metody ro komenzaci vztlaku: - řídavné závaží, zavěšené na kladce ve tvaru Archimedovy sirály. - řídavné řetěz, který se odvíjí řes řetězové kolo a tím narůstá rotizávaží shodně s úbytkem vztlaku. - na lanku zavěšená nádobka, kde je hladina shodná s hladinou v nádrži Měřidlo s krouživým ístem Pro měření řesných objemových množství. Základní částí je odměrná komora, rozdělena řeážkou. Prstenec ístu se ohybuje v odměrné komoře a je řerušen výřezem. Do výřezu zaadá řeážka komory, která ři měření umožní ístu konat smýkavý ohyb. Od ohybu ístu se odvozuje ohyb očitadla otáček, jež je úměrný roteklému množství kaaliny. Plní se ze sodu a odměřená kaalina odchází výtokovými otvory nahoře. Jakmile se rostor V zcela zalní, dojde k odměření řesného objemu. Dalším otáčením kaalina odchází do rostoru vně íst a vstuními otvory do odměrného rostoru roudí nová odměřovaná tekutina. Jedná se o velmi řesné měřidlo, oužívá se k měření objemového množství lynů, kaalin o různé viskozitě. 3

4 3..3. Oválové měřidlo Používá se hlavně ro měření růtoku viskózních tekutin. (obr. 6.3) V komoře se ohybují dvě oválná tělesa oatřená ozubením, které je řesné s minimální vůlí. Odměrné komory se střídavě lní a vyrazdňují a očet otáček oválových těles je ak úměrný roteklému množství. Otáčky jsou snímány a výstuní signál je dále zracováván. Často se tyto řístroje oužívají v roném růmyslu jako bilanční měřidla Bubnové měřidlo Používá se jako měřidla kondenzátu všude tam, kde je otřeba měřit růtok kondenzované áry. (obr.6.5) Kaalina řetéká otrubím urostřed bubnu a zalňuje odměrný rostor A. Po jeho nalnění vniká kaalina do rostoru A, oruší se rovnováha a buben se začne otáčet. Kaalina ostuně zalňuje i rostor B. Kaalina již odměřená odtéká z měřidla otvory a, b, c. Otáčky bubnu jsou elektricky snímány. 3.. Rychlostní měřidla růtoku a roteklého množství Princiem je zjišťování rychlosti roudění měřené tekutiny. Objem růtoku se určuje z naměřené rychlosti roudění dodatečně. Rozdělení: a) měřidla rychlosti b) měřidla růtoku, res. roteklého množství aa) rychlostní sondy: Prandtlova trubice, Pitotova trubice, válcová a kulová sonda a víceotvorové tyy sond ab) anemometry: mechanické, žhavené, laserové ac) vodní křídla ba) vodoměry: loatkové, šroubové, turbinové bb) vírové a vířivé růtokoměry bc) teelné růtokoměry bd) růřezová měřidla růtoku: škrtící orgány be) kolenové růtokoměry bf) lováčkové růtokoměry bg) indukční růtokoměry bh) ultrazvukové růtokoměry bi) otické vláknové růtokoměry 4

5 3... Měřidla rychlosti 3... Rychlostní sondy Používají se ro laboratorní účely nebo řesná jednorázová měření. Rychlost roudění kaalin je dána vztahem: a lynů: w =. ρ w =. ρ kde = ( ρ / ). w je tzv. kinetický tlak. Celé měření rychlosti roudění lze nahradit měřením dynamického tlaku d a hustoty kaaliny ρ. - Pitotova trubice (obr.6.6). Konstrukční usořádání s odběrovými místy celkového tlaku c a tlaku statického s. Tlak dynamický je otom jejich rozdílem. Princiem je onoření skleněné trubice se sodní částí ohnutou do ravého úhlu roti směru roudění. Voda v trubici vystouá do výše h a latí d c = s + d s =ρ. g. h d =/ ρ.w d = c - s =(h-h ).ρ. g. w=. g. h - Prandtlova trubice (obr. 6.7). Je rychlostní trubice která oba tlaky c a s měří v jednom místě. Konstrukční usořádání vychází ze suerozice dvou roudění: roudění rovnoběžného a ze zdroje. Celkový tlak se snímá otvorem v čele sondy a statický tlak štěrbinami ve válcovité části sondy. Při měření musíme umístit sondu řesně do směru roudění. Sodní mez rychlosti je dána měřitelností dynamického tlaku. (ro lyny 6 ms -, voda 0, ms - ) Horní je omezena jen tuhostí sondy. 5

6 Pro srávné určení růtoku je nutné určit tzv. střední rychlost roudění Q w = S v R dq 0 = π.r v r x =.. w R 0 x r x.d R Kde dq v je elementární objemový růtok mezikružím o šířce dr a je roven dq v =.π.r x.dr x.w x Jedná se o růběh rychlosti w x v závislosti na oměrné odlehlosti r x / R. Neznáme-li směr roudění, nelze rychlostní sondy oužít. - Válcová sonda (obr.6.0). Jedná se o čtyřotvorovou sondu, kde otvorem nastaveným roti roudění snímáme celkový tlak c. Otvorem v úlavu sondy tlak ú. Dva otvory souměrné k c, slouží ro určení směru roudění. Při vlastním měření řiojíme na odběry a diferenční tlakoměr. Pokud známe součinitel válcové sondy β = ( c ú ) / d je možné určit rychlost roudění. Tu zjistíme tak, že na výstuní otvory c a ú řiojíme další diferenční tlakoměr. Známe válcové sondy se dvěma otvory ro snímání tlaků a kulové sondy ro rostorové rozložení roudění. - Víceotvorové válcové sondy Měří se jimi římo střední rychlost roudění. Čtyřmi až osmi otvory se na náběhové straně sondy snímá střední hodnota celkového tlaku.důležité je rozdělení otvorů ro odběr celkového tlaku na náorové straně válcové sondy. Víceotvorové sondy lze oužívat v kanálech velkých rozměrů. Součástí těchto sond jsou inteligentní snímače tlakové diference. Výhody těchto sond: - řesnost měření nezávisí na očtu a velikosti otvorů, - velikost otvoru sondy ovlivňuje neřímo řesnost měření, - nízká trvalá ztráta - sonda měří s rovnoměrnou řesností v širokém rozsahu rychlostí roudění - maximální chybu lze snížit kalibrací, - ro zabudování sondy stačí délka úseku rovná ětinásobku světlosti otrubí. Snímač tlakové diference určuje z naměřeného tlakového sádu růtok: Q v = S. k.. kde k.. kalibrační konstanta sondy, která je stálou veličinou, ρ k = d 3... Anemometry 6

7 Rychlostní růtokoměry, které racují na rinciu ochlazovacího účinku roudu měřené tekutiny, nebo na jeho silovém účinku. Pro velmi řesná měření malých růtoků se oužívají laserové anemometry. Anemometry řadíme do třech skuin: a) elektrické anemometry b) mechanické anemometry c) laserové anemometry ad a)- elektrické anemometry ro měření rychlosti růtoku lynů ve velmi vysokém rozsahu. Princiem je ochlazování drátku žhaveného na určitou telotu roudem měřeného lynu. Odvod tela z drátku je funkcí rychlosti roudění. Pro všechny níže uvedené rinciy Q = 0,4. R. I latí výchozí rovnovážný stav mezi telem a odváděným (zjednodušeně) f ( w) R.I t řiváděným Proto anemometry dělíme na: aa) telota t = konst. a měřítkem rychlosti je velikost toného roudu I (rychlost -300 m. s - ) ab) toný roud udržujeme konstantní a měřítkem rychlosti je telota drátku,vyjádřená jako změna odoru R, ro stejný rozsah měření rychlostí ac) toný říkon(r.i =konst.) je konstantní a měřítkem rychlosti je telota drátku měřená termoelektrickým článkem (rychlost do m. s - ) Každé zařízení je nutné řesně zkalibrovat. Náročné ro měření menších rychlostí. Ad b)- mechanické anemometry řevážně rovozní nebo orientační měřidla. Měřidlo je oatřeno loatkovým rotorem, který se roudícím médiem uvádí do ohybu. Rychlost otáčení je úměrná rychlosti roudění, celkový očet otáček ak měřítkem roteklého množství (odle směru roudění radiální nebo axiální anemometry ro lyny, vodní křídla a vodoměry ro kaaliny). - miskový anemometr radiální anemometr ro rovozní účely. Souží k orientačnímu určování rychlosti větru. Otáčení je snímáno a řenášeno na výstuní signál. Známe-li dobu otáčení τ a celkovou délku danou očtem otočení l, můžeme určit rychlost roudění w = l τ - axiální anemometr s loatkovým rotorem ro měření nízkých rychlostí roudění (-0 ms - ) (obr.6.6) Musíme je umístit římo do středu roudu, jelikož měří jen rychlost v místě růřezu Měřidla růtoku a roteklého množství 3... Loatkové a šroubové vodoměry Používá se ro rovozní měření, kde lně dostačuje ředesaným ožadavkům. - jednovtokový loatkový vodoměr - oužívá se často ro růtok studené i telé vody, rotože má jednoduchou konstrukci(3,5-7 m 3 hod - ) - vícevtokový vodoměr - (obr.6.8) má větší citlivost a řesnost měření ři malých růtocích(3-0m 3 hod - ) 7

8 - šroubový vodoměr- ro větší růtoky. Na rotoru je rozmístěno více šroubových loatek. Vodoměry mohou racovat jako horizontální i vertikální. Otáčky jsou řenášeny na ukazatele ro zracování. Všechny tyy vodoměrů jsou ři nízkých růtocích jen málo řesné. Všude tam, kde je otřeba měřit ve velkém rozsahu se sestavují tzv. kombinace hlavního a vedlejšího vodoměru, neboli sdružený vodoměr (obr.6.). Při malém růtoku je klaka K u aralelního zaojení uzavřena a vše rotéká vedlejším vodoměrem V v. Při zvýšení nad nominální hodnotu V v vzniká sád klaka se otevře a růtok měří hlavní vodoměr H v. Nevýhodou je, že ři růtoku H v se měří s velkou chybou. U sériového zaojení se měří současně oba růtokoměry. Při malém růtoku je směrodatný údaj malého růtokoměru V v. Při zvýšení se odečítá jen z velkého vodoměru H v. Toto zaojení částečně odstraňuje vliv rozběhových chyb Turbínové růtokoměry(obr. 6.3.)- jsou oměrně řesné, jejichž základem je loatkový rotor, který je uváděn do ohybu měřenou tekutinou. Výstuním signálem jsou naěťové ulsy, které jsou zracovávány v elektronické části a hodnota růtoku je ihned na disleji zobrazena, nebo je oužita jako elektrická výstuní veličina ro regulaci, řízení. (obr.6.3) Používají se ro měření růtoku kaalin za vysokých tlaků a telot. 8

9 Snímače s ohyblivými částmi jsou náchylné na ravděodobné oruchy, ravděodobnost oruchy je dána očtem ohyblivých částí. Byly vyvinuty růtokoměry s neohyblivými částmi, které vykazují malou tlakovou ztrátu a měří růtok v širokém rozsahu s velkou řesností Vírové a vířivé růtokoměry - Vírové růtokoměry - (obr.6.4) Využívají Karmánových vírů, které vznikají za obtékaným tělesem v roudovém oli. Frekvence vírů, které se u růtokoměrů vkládá kolmo na směr roudění je římo úměrné rychlosti roudění w. Je důležité, aby vložené těleso mělo takový tvar, který zaručuje stabilitu ravidelného snímání frekvence vírů. Nejčastěji se oužívají rizmatická tělesa. Zůsoby snímání: a) ultrazvuk b) kaacitní snímače c) tenzometrické snímače d) termistory Pro geometricky odobná tělesa latí: S f r 0 =. w b Q f 0. v π. b = 3 D 4. D. Q v je objemový růtok, D 3 růměr otrubí, f 0 základní frekvence vloženého tělesa, b šíře náběhové lochy tělesa, S r Strouhalovo odobnostní číslo Používají se ro měření růtoku áry o nižší telotě, salovacích lynů, kaalin s nízkou a telotně stálou viskozitou. Výhody: jednoduché instalace, vysoká řesnost, velký dynamický rozsah, dlouhá životnost. S r 9

10 - Vírové růtokoměry tyu VORTEX (obr.6.5) Vloženým tělesem je hranolovité vírové těleso, které má obdélníkovou základnu. Stěny na čelní a nálavové straně jsou tvořeny tenkou kovovou membránou, rostor uvnitř je nalněn olejem, do kterého jsou zasunuty elektrody. Celý tento systém tvoří kaacitní snímač frekvence vírů. Výstuem signálem je frekvence, nebo roudový signál. Vhodné ro růtoky do m 3 h -. - Vířivé růtokoměry (obr.6.6) Princi sočívá v rotékání tekutiny, která je vloženými zakřivenými loatkami uvedena do rotačního ohybu. Tím vzniká radiální sád, který zůsobí ohyb jádra. Frekvence rotace se snímá tenzometrem nebo termistorem a je úměrná rychlosti roudění tekutiny. Výstuní signál je frekvence, ulsy nebo roud Teelné růtokoměry Měří na rinciu ohřevu měřené tekutiny konstantním teelným tokem a měření jejího otelení t(telotní rozdíl) za ohřívaným tělesem t a řed ním t, určujeme hmotnostní růtok Q m A.c = ( ). t P q t kde A je konstanta (kg. s - ), c měrná teelná kaacita tekutiny, P q konstantní teelný tok toného vinutí, t,t, teloty tekutiny řed a za toným vinutím. Používají se ro měření hmotnostního růtoku lynů a ro rozsah ml.s -. Existují dvě varianty odle vyhodnocení růtoku: a) z otelení roudící tekutiny (obr.6.7) ři růtoku tekutiny se symetrické rozdělení teloty v trubici oruší a telotní rozdíl je vyhodnocen můstkovým zaojením.celá měřící část musí být dobře izolovaná. b) z ochlazení toného tělesa (obr.6.8) měřená tekutina obtéká dva snímače R M a R T, které jsou zaojeny v můstku. R M odorový snímač teloty R T. elektricky vyhřívaný odorový snímač teloty 0

11 Ultrazvukové růtokoměry Použití je vhodné ro měření silně znečištěných kaalin, kaalin agresivních nebo ro roztavené kovy. Princi sočívá v rychlosti roudící tekutiny, která zůsobuje řírůstek nebo úbytek rychlosti šíření ultrazvukových vln v daném rostředí. Metody vyhodnocení mají solečnou vlastnost vylučují vliv teloty a tlaku na výstuní veličinu.(obr.6.9) Leading-edge-detection elektroakustické měniče racují ve funkci vysílače a řijímače ultrazvukových vln. Dolerův rinci - (obr.6.30) vysílaný zvukový arsek je řijímačem řijímán nazět s rouděním změněnou frekvencí. Používají se v etrochemickém a chemickém růmyslu, měření zemního lynu, odadních vod, arního kondenzátu. Rozsah měření od m 3 h -, tlak do 4 MPa Magnetické indukční růtokoměry Nejrozšířenější ty rychlostních růtokoměrů. Indukční snímač tohoto tyu využívá Faradayova zákona. Kaalinu si můžeme ředstavit jako aralelně řazená vlákna, která rocházejí rychlostí w magnetickým tokem Φ, orientovaným kolmo k rychlosti. Potrubní část, ve které je vsazen snímač musí být z magneticky nevodivého materiálu.(obr.6.3) Magnetické indukční růtokoměry se velice často oužívají ro měření všech druhů kaalin od kaalin s nízkou viskozitou až o kaaliny s velmi vysokou viskozitou.použití ro růtoky od 0, m 3 h -

12 Coriolisovy hmotnostní růtokoměry - rinci sočívá ve využití Coriolisovy síly. V odstatě se jedná o silně redukovanou zakřivenou trubici nebo trubice, do kterých je řiváděna měřená tekutina (obr. 6.34). U trubic je indukční snímač, který registruje časový osun vzniklých kmitů, ten je otom úměrný hmotnostnímu růtoku kaaliny silně redukovaným elementem růřezu. - oužívají se též systémy s římými měřícími trubicemi měření nižších tlaků kaalin. Měřící rinci využívá síly, která vzniká ři růchodu kaaliny z volného ustáleného růtoku do silně redukovaného uzavřeného růřezu. Přímé trubice nemají, roti zakřiveným, tak vysokou tlakovou ztrátu. Použití C. hmotnostních růtokoměrů: otravinářský, etrochemický a chemický růmysl, lnění nádob a odobně. Dodávají se s elektronickou vyhodnocovací částí ro rozsahy růtoků 0, kg.min Otické vláknové růtokoměry - vznikly na základě oznatků o šíření světla světlovodem. Předností je rezistivita vůči elektromagnetickému rušení a vysoká řenosová kaacita, ro měření fyzikálních veličin se naoak využívá jejich citlivosti na změnu veličin. Měřená fyzikální veličina moduluje otický signál, který je do otického vlákna vysílán zdrojem záření a detekován detektorem záření. - racují na rinciu modulace intenzity záření rostřednictvím změny koeficientu útlumu vlákna ( obr.6.35), ten se mění mikrodeformacemi vlákna roudící kaalinou. - Kmitání otického vlákna, zravidla volně vloženého do středu roudnic tekutiny, které je zůsobeno vířením měřené tekutiny ři jeho obtékání, mění světelný odor vlákna. Frekvence tohoto kmitání se vyočte dle vztahu: kde S r Strouhalovo odobnostní číslo h. světelný odor vlákna f. frekvence kmitání vlákna d růměr otrubí.h Sr = w f.d

13 Použití: jako řesné laboratorní řístroje (řesnost okolo 0, % z měřené hodnoty), ro měření velmi malých rychlostí v malých růtočných růřezech) Zvláštní tyy rychlostních růtokoměrů Fluidíkové růtokoměry (obr.6.37) - měřícím rinciem je vytváření ulsujícího roudu tekutiny ve zětnovazebném kanále. Výstuní signál V (V) se zavede do řídícího kanálu R (R) a tím se roudící tekutina řekláí z jednoho výstuu do druhého. Frekvence vzniklých ulsací je závislá na růřezu a délce zětnovazebního kanálku, snímá se termistory, tenzometry a iezoelektrickými snímači. Výhoda: frekvence ulsací není závislá na druhu měřené tekutiny Použití: v laboratorních odmínkách ro malá roteklá množství tekutin, ředností je vysoká citlivost a řesnost Kolenové růtokoměry (obr.6.38) - využívají změny směru roudění měřené tekutiny v kolenu a tím vyvolání rozložení statických tlaků na vnějším obvodu a na vnitřním obvodu, největší tlakový rozdíl je v ose kolena a roto se ři měření růtoku snímá tlakový rozdíl v ose kolena. Výhoda: malá tlaková ztráta, nevyžaduje dlouhé vyrovnávací úseky řed a za kolenem Nevýhoda: malý tlakový rozdíl ři měření růtoku lynů 3

14 3... Průřezová měřidla růtoku - k měření růtoku tekutin v uzavřených otrubích se využívá tzv. škrtících orgánů Škrtící orgány normalizované: clona, dýza, Venturiho dýza, čtvrtkruhová dýza. - ři jejich oužití musíme měřit tlakový rozdíl Δ řed růchodem tekutiny škrtícím orgánem a o jejím růchodu (obr.6.39). Škrtící orgán zůsobuje trvalou tlakovou ztrátu, která je tím větší, čím je růřez škrtícího členu menší. - Průtok Q V tekutiny se určí z rovnice: π. Q α. ε. d =.. v 4 ρ kde α růtokový součinitel škrtícího orgánu (velikost z tabulek) ε. exanzní součinitel (z tabulek, grafů). tlakový rozdíl měřený na škrtícím orgánu ρ. hustota měřené tekutiny Normalizovaná clona (obr.6.40) - deska s kruhovým otvorem urostřed, která je zabudována do otrubí. Odběry statistických tlaků jsou rovedeny těsně řed a za škrtícím místem. Náběhová strana otvoru clony musí být vždy ostrá. Clony mají oměrně velkou tlakovou ztrátu: β = (d/d) oměrné zúžení škrtícího členu u náběhové strany. z = z β =,4. Normalizovaná dýza (obr.6.4) - tvar dýzy musí být velmi řesný náročná výroba Použití: tam, kde jsou vysoké ožadavky na řesnost měření. Tlaková ztráta je řibližně rovna: β. Čtvrtkruhová dýza (obr.6.43) - určena k měření růtoku velmi viskózních kaalin ři malých rychlostech roudění. Tvar vstuního otvoru je čtvrtkruhový. 4

15 Mimo normalizovaných škrtících orgánů se oužívají: měřící kailáry segmentové clony Měřící kailára (obr.6.44) - měření velmi nízkých růtoků, kde není jiná metoda k disozici. Měřící rinci je založen na odoru kailáry roti roudění. - řed oužitím se musí zkalibrovat - její délka musí být taková, aby v kailáře bylo jen laminární roudění Q v = k. k konstanta závislá na délce kailáry, šíři otvorů, očtu otvorů η Segmentová clona (obr.6.45) - měření růtoku velmi znečistěných kaalin a lynů. Průtočný růřez není dole seškrcen a tak vlhkost a nečistoty mohou volně rocházet a nemění tak statické vlastnosti škrtícího orgánu. Zabudování škrtících orgánů (obr.6.46) - abychom měřili s co nejmenší chybou, je třeba slnit řadu ožadavků: urovnané roudění (laminární s vyrovnaným rouděním )řed vstuem tekutiny do škrtícího orgánu(otřebná délka otrubí (x násobek světlosti otrubí) na odběrech musí být uzavírací ventily odběry musí být nahoře ři měření lynů odběry musí být dole ři měření kaalin ři měření áry musí být u škrtícího orgánu zabudovány kondenzační nádoby imulsní otrubí nesmí místa, kde se hromadí nečistoty odkalovací a odvzdušňovací ventily Návrh a výočet škrtícího orgánu - ředběžný a konečný - navrhuje se ro dané arametry. Hlavní rozměr, který se očítá je růměr škrtícího otvoru. Je nutné znát: růměr otrubí D nebo jeho jmenovitou světlost DN tlak měřené tekutiny telotu měřené tekutiny t dynamickou viskozitu měřené tekutiny η očekávaný objemový růtok Q v nebo hmotnostní růtok Q M ty řiojeného diferenčního tlakoměru a zůsob záznamu 5

16 Vliv změn arametrů měřeného rostředí na řesnost měření - ro srávné určení růtoku musíme sledovat a brát v úvahu také změny hustoty ρ měřené tekutiny. - Průtoková rovnice má tvar: Q v = α. β D π.. ε. 4 kde ρ je hustota měřeného rostředí zadaná ro výočet U kaalin je růtoková rovnice ve tvaru: Q v = α. β D π = A. ρ Kde ρ je okamžitá hustota ρ 0 je hustota kaaliny ři telotě t 0 γ je telotní součinitel hustoty t je okamžitá telota kaaliny ρ 0 ( + γ. t )... ρ = A. ρ U lynů je růtoková rovnice ve tvaru: Q v = α. β. D π. ε ρ T T 0 = B T T 0.

17 Měření hustoty tekutin - k řesnému určení objemového růtoku škrtícím orgánem je ři ředokládaných změnách tlaku a teloty nutno rovádět korekci. Hustotou označujeme hmotnost látky jednotkového objemu: m ρ = V Kde ρ je hustota, m je celková hmotnost, V je celkový objem. Jedním z rinciů je měření změny tlumení kmitající trubky (obr.6.48) trubičkou rotéká měřená tekutina, trubička je uchycena letmo v tělese snímače, na jehož vnějším lášti jsou umístěny budící a snímací cívky. Vztah mezi hustotou rotékající tekutiny ρ a dobou kmitu T kmitající trubky je: T ρ = ρ T T 0 + T0.. k T Kde ρ 0 a k jsou kalibrační konstanty T 0 je doba kmitu ve vakuu T Plováčkové růtokoměry - těleso lováčkového růtokoměru (rotametru) tvoří svislá kuželovitá trubice, jejíž kruhový růřez se směrem nahoru zvětšuje, uvnitř trubice je lovák, který tekutina nadnáší směrem vzhůru (obr.6.5). Existuje celá řada konstrukcí a tvarů lováčků (obr.6.53), jež se řídí druhem měřené tekutiny a růtokem. Některé tvary a materiály lováků jsou vhodné ro oužití ři snímání olohy lováku bezdotykově nebo ro měření viskózních tekutin. Poloha lováku se zjišťuje buď římým čtením na stunici řístroje, elektricky, neumaticky, nebo mechanicky. Výhoda: měření velmi malých a středních růtoků a malá náběhová délka. Použití: ve všech oblastech růmyslu, některé růtokoměry jsou vybaveny systémem vytáění a oužívají se ro měření v nízkých telotách. Rozsah: od 0, l.h - vody,, l.h - vzduchu. 7

18 3..3.Průtokoměry ro měření v otevřených kanálech - čističky odadních vod, vodárny, úravny vody Ke starším zůsobům měření atří: Venturiho kanál nebo využití řeadu a měření objemového množství z rozdílu výšek hran řeadu a rozdílu energií. Nové zůsoby: Vodní křídla (obr.6.54) - tvar miniaturních lodních šroubů. Křídlo se vkládá do roudící kaaliny, jeho otáčky se měří elektricky na základě očtu senutí kontaktů, ovládaných otáčejícím se křídlem, nebo indukčně. Ultrazvukový růtokoměr ro otevřené kanály - sonda obsahující vysílač a řijímač ultrazvukových vln. Otevřený kanál má v místě měření konstantní tvar. Sonda ak vysílá vysokofrekvenční ulsy do určitého místa rofilu a ty se odražené vracejí s určitým zožděním zět. Toto zoždění je dáno objemovým množstvím kaaliny v redukované části kanálu. Výhoda: kaalina neřichází do styku se snímačem. Indukční růtokoměr ro otevřené kanály - magnetické ole B rochází kanálem úhloříčně a indukuje mezi elektrodami naětí U úměrné rychlosti roudění kaaliny. Při zabudování růtokoměru je nutno uvažovat s určitou náběhovou délkou a tím, že v okolí se nesmí vyskytovat žádný magnetický materiál. 4. Volba tyu růtokoměru Volba tyu růtokoměru závisí na: konkrétním druhu měření. Pro laboratorní účely musí být zajištěna řesnost a oakovatelnost měření. Provozní měřidlo musí být vysoce solehlivé. Zůsobu indikace signálu o růtoku, záisu údaje, tisku, analogovém nebo digitálním ukazování Výstuních informacích, informacích o okamžité hodnotě růtoku nebo informacích, využitelných ro další zracování. Možné korekci na změnu hustoty a tlaku z důvodu ekonomického vyhodnocení. Vlastnostech měřené tekutiny (u viskózních kaalin volíme jiný druh snímačů než u lynů aod., neagresivní, agresivní rostředí) Přístunosti měřícího místa Na arametrech měřícího místa 8

19 5. Ověřování měřidel růtoku - stejně jako ostatní měřidla fyzikálních veličin měří s určitou řesností. Cejchování, neboli ověřovací měření s oužitím etalonových měřidel, robíhá odle ČSN Certifikace musí být vždy rováděna třetí nezávislou stranou, která je akreditována státním akreditačním orgánem. Po atestu nebo certifikátu je nejdůležitější ro schválení měřidla ro bilanční měření ravidelně rováděné kontrolní vyrovnávací měření, které má ředejít vzniku dolňujících chyb. Kontrolní roměřování růtokoměrných zařízení se rovádí na tzv. tratích. Tyto tratě jsou stavěny ro referenční odmínky ráce dané skuiny růtokoměrů, které se budou ověřovat. Průtokoměr se musí roměřit a zkalibrovat v celém rozsahu. Výsledkem takového měření je ověřovací rotokol, který musí obsahovat: identifikaci zákazníka ty rotokolovaného růtokoměru kalibrační odmínky maximální růtok, médium, délka řívodního otrubí konkrétní kalibrovaný nebo kontrolovaný signál výsledky rovedených měření tabulku a graf odchylek datum měření, dobu latnosti, seznam rovedených oatření 6. Možnosti alikace snímačů růtoku tekutin v růmyslu Posané tyy růtokoměrů slouží k určení hmotnostního, objemového množství tekutin v určitém časovém intervalu v růřezu o známé velikosti. Průtokoměry se ulatňují ve všech odvětvích růmyslu strojírenského, chemického, textilního a dalších. Obecně se dají využít ři měření : - růtoku zkondenzované áry v elektrárnách, výtonách (bubnové měřidlo) - odměru lynu (lynoměry) - odběru telé a studené vody v odnicích i domácnostech (loatkové vodoměry) - růtoku vody v otevřených kanálech (vodní křídla, induční růtokoměr) - růtoku vod v čističkách odadních vod, úravnách vody (Venturiho kanál) - rychlosti vzduchu v meteorologických stanovištích (miskový anemometr) - roteklého množství mazutu, olejů, benzínu, chladiv, -tzv. bilanční měřidla.(oválové měřidlo) - objemového růtoku silně znečištěných kaalin, agresivních i roztavených kovů(nař. ultrazvukové růtokoměry) - řesně odměřeného množství kaalin do nádob (Coriolisovy hmotnostní růtokoměry) - růtoků tekutin v oblasti výzkumu (laboratorní měření) 9

20 V laboratořích textilního růmyslu a jiných výzkumných racovišť je možné růtokoměry mimo jiné využít ro měření objemu růtoku vzduchu ři zjišťování rodyšnosti lošných textilií. Současná metoda hodnocení rodyšnosti odle ČSN je založena na rinciu nasávání vzduchu řes vzorek, unutý v kruhových čelistech kanálu. Po dosažení normou stanoveného tlakového sádu (omocí řiojeného mikromanometru) je odečítána hodnota růtoku vzduchu (v ml/s) na lováčkovém růtokoměru. Plováčkové růtokoměry jsou instalovány 4, se stanoveným rozsahem měření: Průtokoměr : rozsah 0,,0 ml/s Průtokoměr : rozsah 0,4 5,8 ml/s Průtokoměr 3: rozsah 4,0 40 ml/s Průtokoměr 4: rozsah ml/s Nevýhody současného měření: - lze nastavit ouze malý rozsah růtoku vzduchu v rozmezí od 0, do400 ml/s. - není možné řesně nastavit tlakový sád (subjektivní nastavení) - řístroj neregistruje hodnoty objemu růtoku vzduchu ři ostuně narůstajícím tlaku na lochu materiálu(není možné současně registrovat tlak) - odečítání hodnot se rovádí římo na stunici rotametru. Návrh snímání velikosti růtoku vzduchu řes lochu textilního materiálu, měřený v laboratorních odmínkách: - vhodné jsou rychlostní snímače růtoku a roteklého množství vzduchu s vyšším rozsahem měření od velmi nízkých růtoků (od 0, ml/s) o vyšší růtoky (nad 400 ml/s). - vhodné jsou snímače, současně zjišťující růběžné tlakové údaje na obou stranách měřené textilie - snímače musí zajišťovat řesnost a oakovatelnost měření, s minimálními tlakovými ztrátami a chybou - snímač musí oskytovat okamžité údaje o růtoku (oř. tlaku) - výstuní informace snímače(rychlost růtoku, objem roteklého množství, tlakové oměry) musí být dále zracovatelné omocí PC. - musí být známy další informace nař. o telotě a vlhkosti měřeného vzduchu. Z výše uvedeného řehledu je atrné, že k měření rodyšnosti v laboratorních odmínkách jsou vhodné ředevším rychlostní růtokoměry, objem roteklého vzduchu se vyočítá dodatečně ze střední rychlosti roudění: Anemometr elektrický (ka. 3...) Jeho rinci je založen na ochlazování drátku, žhaveného na určitou telotu. Odvod tela z drátku je funkcí rychlosti roudění. Teelný růtokoměr (ka ) Měří na rinciu ohřevu měřené tekutiny konstantním teelným tokem a měření jejího otelení t(telotní rozdíl) za ohřívaným tělesem t a řed ním t, určujeme hmotnostní růtok. 0

21 Otický vláknový růtokoměr (ka ) Měří frekvenci kmitů otického vlákna, volně vloženého do středu roudnic tekutiny. Kmity zůsobí víření měřené tekutiny ři jeho obtékání a tím změní světelný odor vlákna. Frekvence kmitů je úměrná střední rychlosti roudění. Fluidíkový růtokoměr (ka ) Měří frekvenci ulsací řekláění roudící tekutiny z jednoho výstuu zětnovazebního kanálku do druhého. 7. Použitá literatura. Zehnula, K.: Automatizace a regulace. Svazek. snímače neelektrických veličin.. vyd.praha, SNTL Nakladatelství technické literatury,983. Zehnula, K.: Automatizace a regulace. Svazek 3. Čidla robotů,. vydání. Praha, SNTL- Nakladatelství technické literatury, OMEGA Engineering, Stamford: The Flow and Level Handbook Ďaďo, S., Kreidl,M.: Senzory a měřící obvody, ČVUT, Praha Bráza,A., Jenčík,J.: Technická měření, ČVUT, Praha 996

22