Teorie měření a regulace

Transkript

1 Ústav technologie, mechanizace a řízení staveb Teorie měření a regulace měření průtoku 17.SPEC-t.4 ZS 2015/ Ing. Václav Rada, CSc.

2 Další pokračování o principech měření

3 Průtok je určen střední rychlostí proudu v potrubí o známém průměru (a tedy průřezu). Bere se střední vlákno proudu. Základní veličinou při měření průtoku kapalin, plynů i par je objemové množství: V = m / ρ = m * V 0 kde: m hmotnost ρ měrná hustota, která je funkcí teploty a tlaku (!).

4 Další veličinou je průtočné množství: objemové kde: Q = V / t = S * v t čas průtoku S průřez potrubí v okamžitá průtočná rychlost tíhové kde: G = (V * ρ) / t = S * v * γ γ měrná tíha

5 hmotové M = (V * ρ) / t = S * v * ρ kde: M měrná tíha

6 Okamžitý (dynamický) průtok je dán diferenciálním vztahem vyjadřujícím jeho časovou závislost: Q = dv / dt Objem, který protekl za určitý čas v intervalu < t 1, t 2 > je dán určitým integrálem s hranicemi = hodnotám intervalu: V = t1 t2 (Q * dt) Při laminárním proudění se částice pohybují po drahách, které se navzájem nekříží a je tudíž nejrychlejší. Naopak při turbulentním proudění se dráhy kříží a proud se zpomaluje.

7 Reynoldsovo číslo určuje druh proudění, udává se pro potrubí daného průměru a kapalinu či plyn o dané kinematické viskozitě ν. Tzv. kritické Reynoldsovo číslo Re = 2300 udává bod zvratu mezi laminárním a turbulentním. Hodnotu Reynoldsova čísla lze vypočíst ze vztahu: kde: kde Re = (D * c) / v c... je střední rychlost proudění D... je průměr potrubí [m] ν je kinematická viskozita daná vztahem ν = / ρ je dynamická viskozita.

8 Při určování druhu a typu proudění a odpovídající použité měřicí metody s cílem zajistit, že výsledek nebude zatížen (zbytečnou) chybou, je potřeba znát a určit: druh a vlastnosti měřeného média (plynu či kapaliny) jaký vliv bude nebo může mít médium na materiál snímače zda je měření nutno provádět jen v určitém časovém okamžiku, opakovaně nebo sledovat hodnotu průběžně (opět zda krátkodobě nebo dlouhodobě).

9 jaké potrubí má zpětný vliv na mechaniku a proudění média zda nejsou speciální požadavky na polohu měřicího místa (měřicího potrubí) jaké jsou požadavky na přesnost a opakovatelnost měření a získaného údaje zda nejsou nějaká omezení předem vylučující použití určitých měřicích principů a metod

10 Snímače - rychlostní lopatkové jedno nebo více vtokové počet otáček je přímo úměrný střední rychlosti proudění média (obvykle kapaliny) nehodí se pro media s vyšší viskozitou nebývají moc přesné (nad 2 %) šroubové (turbinové) jeden nebo dva rotory u dvourotorového provedení jsou rotory pružně spojeny (protože jeden z nich je brzděn) a jsou nezávisle uloženy jsou vhodné pro potrubí až do průměru 1 m, tlaky až do 250 MPa a teploty média až 700 o C jsou přesné (pod 1 %), ale cena je vysoká s rotující kuličkou používají se hlavně v hydraulických systémech a jako spotřeboměry vhodné pro průtoky od 1 do přesnost ± 2%

11 Snímače s deformačním členem Provedení deformačního členu: membrána jednostranně vetknutý nosník (trámek) pevné šroubové kolo jiný deformační člen

12 Snímače průřezové Se změnou průřezu potrubí vložením dýzy, clony apod. Mnohé mají jen malý měřicí rozsah. Výstupem většinou bývá informace o tlakové diferenci (čili o rozdílu dvou měřených tlaků). Uspořádání snímačů (čidel): se clonou s dvojitou clonou se segmentovou clonou..

13 Měření Průřezový fyzikálních snímač veličin průtok Snímače průřezové p 1 p 2 Jsou založeny na změně proudu média změnou průřezu v potrubí. Změna průřezu může být jednoduchá nebo vícenásobná. p 1 v p d D p 2 p 2

14 Snímače rychlostní s dýzou obecného tvaru Venturiho dýza Pitot Venturiho snímač (nejlepší a nejznámější) laminární vícevrstvý válcový kolenový smyčkový s pomocnou cirkulací měřeného média gyroskopický

15 Snímače tepelné Nejznámější provedení: kalorimetrické anemometrické (vhodné zejména pro plyny a vyšší rychlosti proudění) se škrticím členem rozdílem rychlostí na něm vzniká mě-řitelný tepelný spád

16 Snímače ultrazvukové Nejznámější provedení zejména pro potrubí větších průměrů neobsahují žádnou pohyblivou část, takže mají minimální nároky na údržbu: kontaktní bezkontaktní

17 Snímače ultrazvukové Nejznámější provedení zejména pro potrubí větších průměrů neobsahují žádnou pohyblivou část, takže mají minimální nároky na údržbu: přijímač 1 přijímač 2 přijímač 1 přijímač 2 vysilač přijímač v vysilač vysilač 1 vysilač 2

18 Snímače indukční Jednoduchý princip i realizace vhodné pouze pro elektricky vodivé kapaliny (hl. tekuté kovy): s elektrodami bez elektrod

19 Snímače indukční Jednoduchý princip i realizace vhodné pouze pro elektricky vodivé kapaliny (hl. tekuté kovy): fiktivní vlákna proudící kapaliny S potrubí S Ф Ф proudící kapalina rychl. w σ 1 [μs/cm] J J snímací elektrody napětí U W - úměrné rychlosti proudění

20 Snímače fluidikové Velmi jednoduché jsou malé a mají vysokou přesnost. Založeny na sledování změny frekvence proudem média. Vzhledem k malým rozměrům jsou vhodné pro robotické systémy. Nejmladší a dnes velice propracované. Provedení: využívající precese osového víru využívající vírové stezky za přepážkou oscilační

21 a to by bylo k informacím o měření průtoku (obvyklé skoro) vše VR - ZS 2015/2016

22 Témata. VR - ZS 2015/2016