měření průtoku Víroé průtokoměry princip, lastnosti a použití Víroé průtokoměry patří o skupiny rychlostních průtokoměrů, které yhonocují objemoý průtok na záklaě měření rychlosti prouícího méia při znalosti průtočného průřezu. K měření rychlosti je yužíáno měření frekence írů ytářených při obtékání tělesa loženého o prouící tekutiny. Prní proozní íroé průtokoměry, které se objeily na trhu pře čtyřiceti lety, měly četná funkční omezení a jen pomalu se prosazoaly o praxe. V alších letech šak nastal ýrazný pokrok konstrukci těchto průtokoměrů a silné konkurenci renomoaných ýrobců zniklo mnoho měřiel tohoto typu, které si získaly značnou oblibu a nacházejí uplatnění zejména při měření průtoku oní páry, mnoha kapalin i plynů. Dnes jsou íroé průtokoměry častou náhraou za půoně elmi rozšířená průřezoá měřila průtoku (clony, ýzy a Venturiho ýzy). Tento článek, který oproází průzkum trhu íroých průtokoměrů, popisuje princip, záklaní lastnosti a příklay použití těchto měřiel. Princip íroého průtokoměru Princip torby írů prouícím méiu je znám louhou obu. Již Leonaro a Vinci (145 1519) sleoal tento proces a s elkou přesností zobrazil moel přechou mezi laminárním a turbulentním tokem, který ytáří íry, lnky, spirály a alší náhoně se šířící tekutina prouí ronoměrně bez turbulence poél přepážky. Jak se rychlost prouění zyšuje, má tekutina tenenci směřoat opřeu a za přepážkou zniká oblast s nižším tlakem (obr. 1b). Při nárůstu rychlosti prouění zniká oblasti nižšího tlaku turbulentní prouění (obr. 1c), a přitom se mění tlak a ytáří se ír na jené straně přepážky. Při alším zýšení rychlosti interaguje ír s hlaním prouem tekutiny a cestuje ále po prouu. Po uolnění íru se oblast nízkého tlaku posouá směrem k opačné straně přepážky, ke se ytáří noý ír (obr. 1) [1]. Tento proces se opakuje tak, že se uolňují íry z obou stran přepážky, jak je znázorněno na obr.. Víry znikají praielně a stříaě na jené a ruhé straně přepážky (s posunutím o 180 ). Víry znikající na jené straně přepážky jsou o sebe stejně záleny. V okamžiku oělení íru se místně zýší tlak a klesne rychlost na jené straně a opačně na ruhé straně přepážky, přičemž se ěj ále opakuje. Víry se ytářejí s frekencí, která je úměrná rychlosti průtoku tekutiny. Prounice s íry znikají na obou stranách přepážky, formují se ě ířié řay, zniká tz. Kármánoa stezka, kterou charakterizují parametry a, b [], [3]. Frekence írů Pro frekenci ytáření írů f platí určitém rozsahu lineární záislost na stření rychlosti prouění ***ronice 1*** f (1) ***ronice ke *** je Strouhaloo 4 Q číslo, f K Q charakteristický π D rozměr přepážky (např. průměr álce). ***ronice 3*** p Karel Kalec Obr. 1. Torba írů za přepážkou zruchy. Ašak tepre po roce 1970 byl tento je yužit ke zkonstruoání průtokoměru. U íroého průtokoměru je yužíána torba tz. Kármánoých írů (iz ložený rámeček), které znikají při obtékání tělesa neprounicoého taru umístěného kolmo na směr prouění. Při oěloání írů místně narůstá rychlost a klesá tlak na jené straně a opačně klesá rychlost, s čímž je spojen nárůst tlaku na ruhé straně. Vytáření írů Obr.. Kármánoa íroá stezka ***ronice 4*** D Re ***ronice 5*** pro DN 15 až 5 min 6 4Q π D pro DN Honota > 5 záisí na taru a rozměrech loženého min 7tělesa a na sětlosti potrubí. je konstantní poměrně široké oblasti prouění, jak je patrné z grafu na obr. 3, ke jsou ueeny záislosti pro álcoé těleso a těleso taru elta. Jestliže průtokoměr pracuje takoé oblasti Reynolsoa čísla, ke je možné po- Vytáření írů za přepážkou álcoého taru loženou o prouícího méia je znázorněno na obr. 1. Při elmi nízkých rychlostech oblasti laminárního prouění (obr. 1a) Obr. 3. Záislost Strouhaloa čísla na Re (pole [4], upraeno) 34 AUTOMA 10/014
Obr. 4. Principiální uspořáání íroého průtokoměru ažoat Strouhaloo číslo za konstantní, je frekence torby írů přímo úměrná rychlosti prouění a není záislá na lastnostech měřeného méia, jako je hustota, iskozita, teplota, tlak nebo oiost. Uspořáání íroého průtokoměru Víroý průtokoměr se skláá ze ou záklaních součástí; jsou to: íroé těleso a senzor etekující íry. Senzor může být integrální součástí íroého tělesa nebo je umístěn oěleně. Na obr. 4 je nakreslen příkla uspořáání průtokoměru s oělenou etekcí írů. Při perioické torbě írů na obou stranách íroého tělesa nastáají změny tlaku, které jsou snímány senzorem tlaku. Frekence ýstupního signálu senzoru tlaku je stejná jako frekence znikajících írů. Poznámka: K elektronické erzi časopisu je připojen ieozáznam, který emonstruje princip funkce íroého průtokoměru [A]. Různé typy íroých průtokoměrů se liší zejména tarem a rozměry íroého tělesa, místem a principem snímání frekence írů. Tar íroého tělesa má rozhoující li na stabilitu perioické torby írů. Nejlépe yhoují hranoloitá tělesa s ronou čelní stěnou a určenou roinou snímání írů. Senzory použíané k etekci írů se minulosti potýkaly s citliostí na ibrace potrubí, které byly příčinou chybných úajů zejména při nuloém průtoku. U moerních íroých průtokoměrů se tento problém poařilo o značné míry překonat. Tar íroého tělesa Víroé průtokoměry různých ýrobců se olišují tarem obtékaného íroého tělesa (bluf boy) a kažý ýrobce uáí specifické ýhoy aného řešení. Některé tary íroých těles jsou ueeny na obr. 5. Zpočátku íroé průtokoměry použíaly íroé těleso álcoého taru (obr. 5a). Bo, e kterém se uolňuje ír o álcoého tělesa, se pohybuje směrem opřeu a ozau záislosti na rychlosti prouění a frekence ytáření írů potom není přímo úměrná rychlosti. Z tohoto ůou se začala použíat íroá tělesa s ostrými hranami, u nichž Obr. 5. Tary íroého tělesa pohyblié elektroy pené elektroy záěs pálo Obr. 6. Kapacitní senzor DSC (pole [4], upraeno) je přesněji áno místo otržení íru. U starších průtokoměrů to byla íroá tělesa praoúhlých tarů (obr. 5b), současnosti přeažují hranoloitá tělesa eltoitého nebo lichoběžníkoého taru s ostře ohraničenou náběžnou hranou (obr. 5c až obr. 5e). Přepážky těchto tarů existují mnoha ariacích, mají zřetelně určeno místo torby írů a ykazují ynikající linearitu záislosti pole ztahu (1). Douílné íroé těleso znázorněné na obr. 5e kombinuje přepážku taru elta, ke se ytářejí íry, s tělesem, e kterém je umístěn senzor pro měření frekence írů. Víroá tělesa taru T (obr. 5f) yužíají ynikající lastnosti taru elta a možnost integroaného uložení senzoru. Detekce írů Pro snímání írů lze yužít opoíající změny buď tlaku, nebo rychlosti. Místem snímání může být ložené íroé těleso, stěna potrubí, popř. jiná místa e íroé oblasti. Měronosnou eličinou u íroého průtokoměru je frekence torby írů. Jako senzory tlaku se použíají senzory kapacitní, piezoelektrické a tenzometrické, méně často senzory teploty a ultrazukoé senzory. Kapacitní senzor DSC (Differential Switche Capacitor) s pohybliou elektroou je po užit u íroých průtokoměrů firmy Enress+Hauser (obr. 6). Je umístěn za íroým tělesem eltoitého taru a je opatřen pálem, které se překlápí ůsleku změn tlaku e íroé cestě. Pálo oláá střeoou elektrou ojitého konenzátoru. Frekence perioických změn kapacity obou konenzátorů opoíá frekenci ytářených írů. Celý měřicí systém snímače je mechanicky yážen tak, aby ýstupní signál byl co nejméně oliňoán ibracemi potrubí [4]. Poznámka: K elektronické erzi časopisu je připojen ieozáznam, který emonstruje funkci senzoru DSC [B]. Piezoelektrické senzory jsou úspěšně yužíány průtokoměrech různých ýrobců. Napříkla průtokoměry Rosemount 8800 (Emerson Process Management) mají íroé těleso taru T, na jehož zaní straně se otrháají íry a přitom je přepážka tlakoě namáhána. Chění přepážky je přenášeno na piezoelektrický senzor, který je hermeticky oělen o protékajícího méia. Piezoelektrický senzor přeáí mechanické kmitání na elektrický signál, jehož frekence je rona frekenci tořených írů. Na obr. 7a je schematický průřez íroým tělesem a na obr. 7b je řez celým měřicím ústrojím průtokoměru s pizoelektrickým senzorem. Průtokoměry Optiswirl (Krohne) [6] mají íroé těleso lichoběžníkoého průřezu, které je peně přiařeno k měřicí trubici, a zákrytu za ním je e íroé cestě umístěn snímač ibrací s piezoelektrickým senzorem (obr. 8). U průtokoměrů igitalyewflo (Yokogawa) jsou íry etekoány ojicí piezoelektrických senzorů umístěných horní části íroého tělesa (obr. 9). Použití ou etektorů umožňuje ofiltroat rušié ibrace porubí. Senzory teploty yužíají k etekci írů měření změn rychlosti při obtékání yhříaného senzoru teploty. Jako čilo teploty jsou použíány elektricky yhříané termistory s ysokým teplotním koeficientem a rychlou obou AUTOMA 10/014 35
měření průtoku oezy. Umísťují se buď na pření, nebo na zaní stranu íroého tělesa a reagují na stříaé změny oou tepla při změnách rychlosti okolního prouění (obr. 10). Změny oou tepla jsou yhonocoány jako změny elektrického oporu, který se mění se stejnou frekencí, s jakou se toří íry okolí přepážky. Vzhleem k tomu, že nečistoty na termistorech mohou ýznamně olinit přestup tepla, jsou tyto senzory značně citlié na přípané usazeniny a nečistoty z prouícího méia. S ohleem na ynamické lastnosti senzorů teploty je jako horní mez měřitelné frekence uáěno 500 Hz. Proto senzory teploty nejsou honé pro měření trubkách s malou sětlostí (např. 5 mm), zejména při měření průtoku plynů, ke se lze setkat s frekencí írů 3 300 Hz a íce [1]. Ultrazukoé senzory jsou tořeny ysílačem a přijímačem ultrazuku, které jsou umístěny prostoru za íroým tělesem (obr. 11). Při průchou írů prostorem spojnice mezi ysílačem a přijímačem ultrazuku je mouloán ultrazukoý signál s frekencí, která opoíá frekenci ytořených írů. Výhoou tohoto způsobu etekce je necitliost k ibracím potrubí; problémy s měřením šak mohou způsobit cizí zroje ultrazuku okolí a přípané nehomogenity méiu (bubliny či seimentující částice). Kármánoa íroá stezka Theoore on Kármán (1881 1963) byl americký fyzik maďarského půou, který působil jako profesor na Kalifornské ysoké škole technické (Caltech) Pasaeně. Zabýal se teoretickými otázkami letů raket a postatnou měrou přispěl k rozpracoání teorie pohybu letael a raket atmosféře. Věnoal se stuiu aeroynamických a hyroynamických jeů a řetězec írů, který zniká za tělesem loženým o prouící tekutiny, je označoán jako Kármánoa íroá stezka. U íroého průtokoměru je yužíána torba írů znikajících při obtékání tělesa neprounicoého taru ( bluf boy ), které je umístěno kolmo na směr prouění. V oblasti nízkého tlaku za tělesem tok není schopen sleoat obrysy překážky, a tak se z okrajoé rsty tekutiny ytářejí íry. Víry znikají stříaě z obou stran tělesa a praielně mění sůj směr. Poznámka: K elektronické erzi časopisu je připojen ieozáznam, který názorně emonstruje ytáření íroé stezky [C]. Obr. 7. Piezoelektrický senzor průtokoměrů Rosemount 800 (Emerson Process Management) Obr. 8. Piezoelektrický senzor průtokoměrů Optiswirl (Krohne) Vlastnosti íroého průtokoměru K-faktor ***ronice Objemoý 1*** průtok měřeného méia se počítá f z naměřené frekence elektronické jenotce přeoníku. Pro objemoý průtok Q V platí ***ronice *** 4 Q f K Q () π D ke K je tz. K-faktor průtokoměru, který uáá počet impulzů opoíající objemu proteklému p za jenotku času. K-faktor je ůležitá eličina, která charakterizuje íroý 4*** průtokoměr a elmi těsně souisí ***ronice se Strouhaloým D 4Qčíslem. Honota K-faktoru je konstantní π D širokém rozsahu honot Re. Re Většina yráběných íroých průtokoměrů splňuje přesnost 5*** uáanou ýrobcem interalu ***ronice pro DN 15 až 5 10 4 < Re < 10 7. Iealizoaný průběh záislosti min 6 K-faktoru na Reynolsoě čísle je na obr. 1. Ve skutečnosti není honota zcela konstantní a aném rozmezí Re se mění záislosti pro DN > 5 na taru obtékaného min 7 tělesa (iz obr. 3). Ieální ***ronice 3*** Obr. 9. Piezoelektrický senzor průtokoměrů igitalyewflo (Yokogawa) íroé těleso by mělo ykazoat neměnnost celém měřicím rozsahu. K-faktor záisí pouze na geometrii íroého tělesa. Jeho honota se získáá kalibračním měřením při ýrobě průtokoměru. Naměřená jeinečná honota je pro kažý průtokoměr uložena paměti elektroniky měřila; je ueena na ýrobním štítku přístroje a platí po celou obu jeho žiotnosti. Nezmění-li se rozměry přepážky např. ůsleku eroze či koroze, nezmění se ani K-faktor a průtokoměr není nutné perioicky kalibroat. Honota K-faktoru není záislá na typu méia a průtokoměr lze použíat pro plyny, páry a kapaliny beze změny senzoru. V rozmezí konstantnosti honoty K-faktoru není ýstupní úaj průtokoměru oliňoán změnami hustoty, teploty a tlaku. Frekence torby írů se pohybují jenotkách až tisících hertzů záislosti na rychlosti prouění a elikosti přístroje. Frekence írů při prouění plynů jsou přibližně esetkrát ětší než u kapalin, což je áno ětší rychlostí prouění plynu než kapaliny e stejném potrubí. Frekence írů u menších průtokoměrů 36 AUTOMA 10/014
Obr. 10. Senzory teploty pro etekci írů Obr. 11. Ultrazukoý senzor etekce jsou obykle ětší než u ětších měřiel [7]. Limitní honoty jsou ueeny tab. 1 [5]. Amplitua měřeného signálu Vele frekence snímaného signálu je ůležitá i elikost 1*** amplituy, která ymezuje citli- ***ronice ost měření f a oliňuje honotu poměru signálu k šumu (obr. 13). Při poklesu amplituy po rozhooací úroeň není již měření možné. ***ronice *** Vzhleem 4 Q k tomu, že ytáření írů záisí na f kinetické energii, K Q i amplitua signálu záisí na ynamickém tlaku tekutiny p, který y- π D jařuje energii ztaženou na jenotku objemu ***ronice 3*** p (3) ***ronice Ze ztahu 4*** yplýá, že amplitua ýstupního signálu D senzoru 4Q záisí na hustotě méia ρ a Re na ruhé mocnině π D rychlosti (obr. 14). Někteří ýrobci se ze znalosti frekence a amplituy kmitání 5*** pokoušeli určit jak rychlost, ***ronice pro DN 15 až 5 tak i hustotu měřeného méia pro přípané yhonocoání min 6 hmotnostního průtoku. Je o nelineární záislosti a osaaní ýsleky byly nespolehlié a neely k úspěšnému řešení [5]. min 7 pro DN > 5 Zatímco při zmenšoání elikosti ložené přepážky frekence írů pole ztahu (1) roste, amplitua signálu se zmenšuje, protože se zmenšoáním elikosti přepážky klesá siloé působení ynamického tlaku. Z toho pak yplýají určitá omezení pro konstrukci průtokoměru. Síla musí být tak elká, aby amplitua signálu byla ostatečně rozpoznatelná o šumu. Měřené méium, měřicí rozsah a nejistota měření Víroé průtokoměry lze použít k měření průtoku čistých kapalin i kapalných směsí 100 % měřicího rozsahu), přestaitelnost rozsahu je až 1 : 50. Za pomínky Re > 30 000 býá nejistota při měření kapalin obykle ±0,5 až ±0,75 % z měřené honoty, při měření plynů a páry ±1,0 % z měřené honoty. Opakoatelnost měření průtoku kapalin, plynů a páry je lepší než ±0,1 % z měřené honoty. Dlouhoobá přesnost záisí na stabilitě nitřních rozměrů měřicí trubice a íroé- Tab. 1. Limitní honoty frekencí íroého průtokoměru [5] Sětlost potrubí Měřené méium Frekence (Hz) (mm) olní rozsah horní rozsah 00 kapalina 40 00 plyn 7 400 5 kapalina 13 300 5 plyn 0 3 300 ***ronice 1*** (nezáisí na elektrické oiosti méia), plynů a oní páry. Měřené méium by nemělo měrů např. ůsleku koroze, eroze, nánoho tělesa. Pouze ýrazné f změny těchto roz- obsahoat ýznamné množstí rozptýlených sů apo. mohou olinit přesnost. Jestliže ***ronice *** pených částic ani bubliny kapalině nebo je po určité obě měřilo 4 yčištěno Q o nánosů a nezměnily fse rozměry, rekalibrace K Q kapalné částice plynu. Kapaliny by měly π D mít malou iskozitu. není nutná. Přeoní charakteristika průtokoměru je Velikost Re hraje u íroého průtokoměru ***ronice 3*** lineární širokém rozmezí průtoků ( až ýznamnou roli; měření by žy mělo probíhat p režimu turbulentního prouění. Z efinice Re ***ronice 4*** D 4Q Re π D (4) Obr. 1. Záislost K-faktoru na Re Obr. 13. Signál senzoru Obr. 14. Amplitua signálu jako funkce hustoty a rychlosti méia (pole [9], upraeno) ***ronice plyne, 5*** že honota Re pro DN 15 až 5 klesne při zmenšení rychlosti min 6 prouění nebo také při zětšení iskozity η (např. ůsleku poklesu teploty). Na tyto sku- min 7 pro DN > 5 tečnosti je třeba brát zřetel při měření malých průtoků a méií s elkou iskozitou. Při použití průtokoměru o menší sětlosti zroste Re, ale zroste i tralá tlakoá ztráta měřila. S poklesem Re po honotu 0 000 až 30 000 chyba měření poroste a při Re < 10 000 může být nejistota i 10 % z měřené honoty. Při Re < 4 000 není již funkce íroého průtokoměru spolehliá. U ětšiny průtokoměrů ***ronice 1*** 1*** při poklesu průtoku po f f prahoou honotu je za- blokoán ýstupní signál ***ronice na nuloou honotu, resp. ***ronice *** 1*** 4 4 Q na honotu 4 ma u prouoého signálu. f f K Q π π D Při měření malých prů- ***ronice 3*** 3*** *** toků plynu může být elmi ůležitá i jeho husto- pf 4 Q p K Q π D ta, která oliňuje elikost amplituy signálu, ***ronice 4*** 3*** 4*** jak ukazuje ztah (3). Pro ýpočet minimální 4 Re D 4Q Re měřitelné rychlosti p min jsou uáěny ztahy π π D [4]: ***ronice 5*** 5*** 4*** pro pro DN DN DN 15 15 15 až 5 až 5 Daž 5 4Q 6 Re 6 min π D ***ronice 5*** pro pro DN DN DN > > 15 5 5 > až 5 7 6 min 7 min (5) AUTOMA 10/014 pro DN > 5 min 7 37
měření průtoku Tab.. Přenosti a neýhoy íroých průtokoměrů Přenosti Omezení a neýhoy Měří kapaliny, plyny a páru. Spráná funkce je záislá na pomínkách toku. Lineární záislost frekence signálu na průtoku. Nelze měřit při malých rychlostech (Re < 4 000). Vysoká stabilita K-faktoru, minimální rift nuly. Rozsahy průtokoměrů jsou limitoané. Přestaitelnost (1:10 až 1:30 pro plyny a 1:40 pro kapaliny). V efinoaných mezích není úaj oliňoán změnami hustoty, teploty a tlaku. Nezáisí na elektrické oiosti méia. Široké rozmezí teplot ( 00 až +450 C). Příznié ynamické lastnosti. Malá tralá tlakoá ztráta. Kalibrace oou platná pro šechna měřená méia. Nemají žáné pohyblié části. Jenouchost a spolehliost. Minimální požaaky na úržbu. Dlouhá žiotnost i extrémních pomínkách. Průtok plynů s nízkou hustotou lze měřit, ošem minimální měřitelná honota bue opoíat yšší rychlosti a přestaitelnost měřicího rozsahu bue obykle nižší než 1 : 0. Zpracoání signálu Signál o ané frekenci naměřený senzorem je zpracoán elektronických oboech přeoníku, který je u moerních průtokoměrů esměs řízen mikroprocesorem. Inteligentní (smart) přeoníky jsou obykle napájeny z prouoé smyčky. Vyhonocení signálu zahrnuje i operace potřebné k potlačení rušiých liů a zýšení poměru užitečného signálu k šumu. K tomu jsou yužíány aaptiní elektronické filtry, jež jsou aktiní při ybraných frekencích mimo rozsah frekence írů. Výstupem přeoníku je běžně signál prouoý 4 až 0 ma, igitální a pulzní. Na záklaě informace o teplotě a popř. tlaku méia potrubí přeoník přepočítáá objemoý průtok na stanarní pomínky a proáí alší operace jako integrace pro ýpočet proteklého množstí, korekce nelinearity K-faktoru oblasti nízkých honot Re nebo korekce na změny rozměrů íroého tělesa a potrubí při elkých změnách teploty. Některé přeoníky umožňují i ýpočet hmotnostního průtoku, přičemž snímače teploty a tlaku jsou zabuoány přímo tělese průtokoměru. U jenoušších proeení li ibrací, šumů a pulzací potrubí. Nutnost louhých roných úseků potrubí pře měřilem a za ním (obr. 15a). Citliost na nespránou instalaci. Nehoné pro ysoce iskózní a nehomogenní tekutiny. Nelze měřit obou směrech. Nehoné pro měření ícefázoých směsí. Pulzace průtoku jsou příčinou chyb měření. Nehoné pro tekutiny, u kterých se mohou ytářet polaky a usazeniny potrubí a na íroém tělese. Průtočný průřez měřila musí být zcela zaplněn. Obr. 15. Zásay pro montáž íroého průtokoměru Přenosti a omezení Víroé průtokoměry mají mnoho přeností. Poskytují signál e formě frekence, což je ýhoné při číslicoém zpracoání signálu (poobně jako turbínoé průtokoměry), ašak při absenci pohyblié součásti a s po- statně ětší spolehliostí. Nelze je ale použít k měření malých průtoků (pomínkou je turbulentní charakter prouění) a nejsou honé ani k měření suspenzí, ícefázoých směsí a tekutin s elkou iskozitou. Vytáření polaků či usazenin na íroém tělese ee ke změně jeho rozměrů, a tuíž i ke změně K-faktoru. Vykazují tralou tlakoou ztrátu, která šak není elká. Pře loženým tělesem a za ním je nutné oržet přímé úseky požaoané élce. Současné íroé průtokoměry jsou oolné proti ibracím potrubí a pulzacím méiu; ýrazné přenosti tomto směru ykazuje např. průtokoměr Prowirl F 00 (Enress+Hauser), jehož senzor je ysoce oolný proti ibracím, teplotním i tlakoým šokům. Přenosti a neýhoy íroých průtokoměrů jsou shrnuty tab.. Montáž Víroé průtokoměry mohou být instaloány ertikálně, horizontálně i šikmo. Přesné měření objemoého průtoku yžauje zcela zaplněné potrubí a plně yinutý rychlostní profil. Při instalaci průtokoměru mezi příruby je nutná pečliá montáž s ystřeěním průtokoměru i těsnění, aby nebyl oliňoán průtočný profil. Průtokoměr by měl být umístěn tam, ke jsou malé ibrace potrubí a nízká úroeň elektrického rušení. Je třeba se yaroat i pulzoání toku a kaitace kapalném méiu. Tyto jey eou k neefinoaným chybám měření, popř. i k poškození konstrukce měřila. Hlaní zásay spráného umístění íroého průtokoměru ilustruje obr. 15. Porobné úaje jsou žy náou k montáži průtokoměru. Požaoáno je roné potrubí élce minimálně acetinásobku průměru pře měřilem (ašak min. 50 DN za regulační armaturou) a pětinásobku za měřilem (obr. 15a). Jestliže nelze oržet požaoané přímé úseky, je oporučeno použít usměrňoače průtoku. Existují i speciální typy íroých průtokoměrů (např. Emerson Reucer Vortex nebo E+H Prowirl F00) konstruoané tak, že neyžaují louhé přímé úseky. Ve ooroném potrubí je oporučoáno umístit průtokoměr e stoupajícím úseku (obr. 15b) nebo o sifonu (obr. 15c), aby potrubí bylo zcela yplněno měřenou kapalinou a aby se horní části potrubí neshromažďoaly bubliny plynu. Umístění o sifonu je šak zcela nehoné při měření průtoku páry (obr. 15g), ke je nebezpečí konenzace oních par. Prů- 38 AUTOMA 10/014
tokoměr by neměl být instaloán o sání čerpala, ke zniká nebezpečí potlaku s přípaným uolňoáním plynu z kapaliny (obr. 15e). Regulační a uzaírací armatury by měly být žy zařazeny až za průtokoměrem (obr. 15f). Použití íroých průtokoměrů Víroé průtokoměry nacházejí široké uplatnění zejména jako náhraa klasických průřezoých měřiel. Instalace íroých průtokoměrů je oproti průřezoým měřilům jenoušší. Býají k ispozici pro potrubí o sětlosti o 15 o 400 mm k měření průtoku o jenotek až po tisíce krychloých metrů za hoinu. Obecně jsou určeny k měření relatině čistých kapalin, plynů a par, obsahujících pouze minimální množstí pených znečisťujících látek. Vyznačují se elkým měřicím rozpětím, tj. poměrem maximální a minimální měřené honoty. Skutečnost, že íroý průtokoměr není schopen měřit o nuloého průtoku, není na překážku např. při regulaci průtoku na žáanou honotu. Může to šak být na záau při najížění nebo ostaoání procesu, kyž je třeba měřit průtoky mnohem menší než za proozních pomínek. Poobné problémy mohou nastat při ákoání určité látky, ky je třeba pochytit i méium tekoucí malou rychlostí na počátku či ke konci ákoání. Pro takoé přípay není íroý průtokoměr honý. Víroé průtokoměry jsou elmi honé k měření průtoku zuchu, technických plynů a syté i přehřáté páry. Je-li měření průtoku páry oplněno měřením teploty a tlaku, je možné yhonocoat i hmotnostní průtok. Je-li pára yužíána k ytápění, je účelné yhonotit tepelný ýkon. K ýpočtu se použíá honý software (spolu s tabulkami entalpie páry, které jsou uloženy paměti přeoníku), umožňující ýpočet množstí tepla přeaného parou nebo oou jenotkách ýkonu. Víroé průtokoměry lze použít k měření průtoku mnoha kapalin a na rozíl o inukčních průtokoměrů nezáleží na elektrické oiosti méia; lze jimi měřit i kapané uhlooíky, emineralizoanou ou, konenzát či napájecí ou pro kotle. Uplatnění nacházejí při měření průtoků během procesů CIP a SIP potrainářském a farmaceutickém průmyslu. Nejsou šak honé při měřerní s elkými požaaky na hygienu. Víroé průtokoměry mohou být proozoány při mnohem yšších teplotách a tlacích než inukční průtokoměry. Lze jimi měřit o kryogenních teplot až o 400 C, při tlaku až 0 MPa [8]. Víroých průtokoměrů existuje mnoho typů jak příruboém, tak i mezipříruboém (loženém) proeení. Součástí některých typů je i reukce průměru potrubí, která přispíá k optimalizaci praconího režimu měřila a minimalizuje elikost tlakoé ztráty. Jsou k ispozici i průtokoměry se ěma nezáislými snímači a ěma přeoníky signálu (tz. reunantní proeení). Tento systém poskytuje ojnásobnou funkční spolehliost a použitelnost měření. Kromě zajištění spolehliosti měření lze ueený přístroj použít k měření potrubích, ke se mění proozní méium. Jenotlié přeoníky je možné naprogramoat pro měření různých méií. Porobné technické úaje jsou ueeny tabulce přehleu trhu tomto čísle časopisu. Poznámka na záěr Víroé průtokoměry jsou obykle řazeny o skupiny tz. fluiikoých průtokoměrů spolu s ířiými průtokoměry. Měřicí princip ířiého průtokoměru spočíá umělém ueení prouící tekutiny o šrouboitého pohybu a násleném snímání frekence sekunární rotace ířiého jára prouu tekutiny. Šrouboitý pohyb tekutiny je yolán loženými zakřienými lopatkami na stupu průtokoměru. Snímaná frekence precesního pohybu je úměrná rychlosti prouění tekutiny. Frekence spiráloé rotace se snímá snímačem tlaku (např. tenzometr) nebo yhříaným termistorem. V běžné praxi se pro íroé průtokoměry žilo označení ortex a pro ířié průtokoměry je užíáno označení swirl. Literatura: [1] CRABTREE, M. A.: Inustrial flow measurement. The Uniersity of Huersfiel, 009. [] BENTLEY, J. P.: Principles of Measurement Systems. Pearson, Prentice Hall, 005. [3] Ďaďo, S. Bejček, L. Platil, A.: Měření průtoku a ýšky hlainy. BEN Praha, 005. [4] STAUSS, T. a spol.: Flow Hanbook. Enress+Hauser Flowtec AG, Rainach, 004. [5] STRNAD, R.: Treny měření průtoku. GAS s. r. o., Říčany u Prahy, 004. [6] KOMP, P.: Měření průtoku zemního plynu průtokoměrem Altassonic V1. Automa, 009, roč. 11, č. 10. [7] McMILLAN, G. K. CONSIDINE, D. M.: Process/Inustrial Instruments an Controls Hanbook. McGraw/Hill, New York, 1999. [8] WEBSTER, J. G.: Measurement, Instrumentation an Sensors Hanbook. CRC Press, 014. Okazy na iea: [A] http://cz.krohne.com/cs/lc/iea/ (OP- TISWIRL Measuring Principle EN) [B] https://www.youtube.com/watch?=gm- TmDM7jHzA (The Vortex Flow Measuring Principle) [C] http://www-mete.kugi.kyoto-u.ac.jp/sato/ karman/stillf/inexe.html (Karman ortices ( = 5 mm, U=.0 cm/s, Re = 100) moie (1x)) oc. Ing. Karel Kalec, CSc., Ústa fyziky a měřicí techniky, VŠCHT Praha (karel.kalec@scht.cz) Proej repasoaných ílů se zárukou 1 měsíců Testoáno po zátěží. Říicí jenotky Frekenční měniče Operátorské panely HMI Seromotory Seropohony Seroměniče AUTOMA 10/014 39 foxon_57x48mm.in 1 9.9.014 11:05:33