Mernie rietoku, retečeného množstv () Definíi jednotky Kvliny, ry lyny oznčujeme soločným názvom tekutiny. Pojmom rietok rozumieme množstvo tekutiny, retekjúe z určitú čsovú jednotku ez otruie leo otvorený knál. Prietok s môže vyjdrovť v ojemovýh leo v hmotnostnýh jednotkáh. Hovoríme otom o ojemovom, res. o hmotnostnom rietoku. Ojemový rietok q v s odľ normy STN ISO - (ktorú neskôr nhrdil norm ISO 80000-: 006) definuje ko odiel ojemu látky, ktorá rehádz dným rierezom, čsu: V dv qv lim t 0 t dt () kde DV je elementárny ojem retekjúej tekutiny, Dt čsový intervl. Jednotkou ojemového rietoku je m s - (m /s). Hmotnostný rietok q m s odľ tej istej normy definuje ko odiel hmotnosti látky, ktorá rehádz dným rierezom, čsu: m dm dv qm lim t 0 t dt dt () kde Dm je elementárn hmotnosť retekjúej tekutiny, Dt čsový intervl, r hustot retekjúej tekutiny. Jednotkou hmotnostného rietoku je kg s - (kg/s). V rxi rúdi merná tekutin zvyčjne v uzvretýh otruih leo otvorenýh knáloh. Pri známej hodnote lošného oshu rierezu otrui (res. knál) strednej rýhlosti rúdeni tekutiny s ojemový rietok q v vyočít zo vzťhu: dv ds q v S S w dt dt () kde S je lošný osh rierezu otrui, w stredná rýhlosť rúdu tekutiny v dnom riereze. Odone s dá vyočítť hmotnostný rietok q m : m V ds q m S S w t t dt () Pre retečené množstvo tekutiny, ktoré rejde dným rierezom S z konečný čsový intervl t - t je dné rimym merním ojemu, res. hmotnosti, ltí: t V q vd t (5) t t m q md t (6) t Veličiny rietok tekutiny retečené množstvo tekutiny s v ežnej rxi čsto zmieňjú, tkisto ko merdlá, ktoré s oužívjú n ih mernie. Prístroje n mernie rietoku tekutiny s nzývjú rietokomery, rístroje n mernie retečeného množstv s nzývjú merdlá retečeného množstv, niekedy s oznčujú odľ konkrétnej mernej tekutiny (nr. lynomery). Prístroje n mernie rýhlosti rúdeni tekutiny s oznčujú ko rýhlostné sondy, v šeiálnom ríde merni rýhlosti rúdeni lynov s nzývjú nemometre. Okmžitá rýhlosť vrstvy rúdu tekutiny n dnom mieste kruhového otrui s dá určiť odľ vzťhu: N získnie strednej rýhlosti rúdeni reto tre stnoviť rýhlostný rofil otrui (or. ), res. knál (or. ). Ide o grfiké znázornenie nmernýh hodnôt rýhlosti rúdeni tekutiny vo vierýh odoh jedného rierezu (vo vodorovnom leo v zvislom smere). Rýhlosť () rúdiej tekutiny v dnom ode s zisťuje rýhlostnými sondmi. 8 /0 Priníy utomtizáie / n r w wmx R (7) kde w je okmžitá rýhlosť vrstvy rúdu tekutiny, w mx mximáln rýhlosť rúdu tekutiny v dnom riereze otrui, r vzdilenosť vrstvy rúdu tekutiny od osi kruhového otrui, R olomer otrui, n exonent závisii od tyu rúdeni. Vo vzťhoh () () s n výočet oužív stredná rýhlosť rúdeni w. Nedá s totiž redokldť konštntná rýhlosť rúdeni tekutiny w v elom riereze otrui. Tkýto stv nstáv i v ideálnom ríde tzv. jednorozmerného rúdeni (or. ). V skutočnosti s rýhlosť rúdu tekutiny w v elom riereze otrui (res. knál) neustále mení. Rozloženie rýhlosti závisí ritom od vierýh fktorov. Ptri medzi ne tvr rofilu otrui (knál), vlstnosti jeho ovrhu, lízkosť zdroj tekutiny, rítomnosť regulčnýh rvkov odone. Or. Prúdenie tekutiny v uzvretom otruí ) lminárne rúdenie, ) rehodové rúdenie, ) turulentné rúdenie os otrui r x w x R dr x w d( r / R) x rx w x R Or. Prieeh rýhlosti rúdeni ) v otruí, ) v závislosti od odľhlosti os otrui rx w x R w s / w x,0 0,8 0,6 0, 0, 0 0, 0, 0,6 0,8,0 rx / R rx / R Čstie tekutiny môžu v ustálenom stve v zásde rúdiť dvom sôsomi (or. ). V ríde lminárneho rúdeni s čstie tekutiny ohyujú o rovnoežnýh dráhh, v ríde turulentného rúdeni dohádz ku kríženiu dráh jednotlivýh čstí tekutiny. Medzi týmito dvom stvmi s nhádz tekutin v ríde tkzvného rehodového rúdeni. Ty rúdeni re dný tvr otrui, res. knál, s dá osúdiť odľ hodnoty Reynoldsovho čísl. Toto číslo vyjdruje omer medzi zotrvčnými treími silmi vnútri tekutiny: w
hádz tekutin v ríde tkzvného rehodového rúdeni. Ty rúdeni re dný tvr otrui, res. knál s dá osúdiť odľ hodnoty Reynoldsovho čísl. Toto číslo vyjdruje omer medzi zotrvčnými treími silmi vo vnútri tekutiny Re Dw (8) n montáž uvádzjú určitú minimálnu vzdilenosť merdl od (8) tkýhto zvírenýh úsekov otrui. Ak s z nejkého dôvodu nedá v revádzke dodržť výroom oždovná dĺžk rimeho otrui, oužívjú s rôzne usmerňovče rúdu (or. 5). kde D je hrkteristiký rozmer, nríkld vnútorný riemer otrui, hĺk knál odone, w jestredná rýhlosť rúdiej v dnom riereze, D hrkteristiký rozmer, tekutiny nríkld vnútorný riemer otrui, hĺk knál odone, vw je kinemtiká viskozit. stredná rýhlosť rúdiej tekutiny v dnom riereze, kde kinemtiká viskozit. Prejerietok kruhovým otruím je kritiké Reynoldsovo číslo = 00. V ríde kruhového otrui s dá rúdenie tekutiny Pre Re rietok kruhovým otruím je kritiké Reynoldsovo číslo Re = 00. V ríde kruhového otruod hodnoty čísl rozdeliťreynoldsovho do troh skuín: i vszávislosti dá rúdenie tekutinyreynoldsovho v závislosti od hodnoty čísl rozdeliť do troh skuín: - lminárne rúdenie, kde Re < 00, - lminárne rúdenie, kde Re < 00, - rehodové rúdenie, kde 00 < Re < 0, - rehodové rúdenie, kdekde 00 0,. - turulentné rúdenie, Re < >Re 0< - turulentné rúdenie, kde Re > 0. w w wf wd we w wg d g d e f Or. Prúdenie v otvorenom knále Or. 5 Príkldy usmerňovčov rúdu ) Etoile, ) AGA/ASME, ) Znker (ISO), d) AMCA Rýhlostný rofil rúdiej tekutiny výrzne ovlyvňuje metrologiké hrkteristiky rietokomerov. Prejvuje s njmä vtedy, keď je symetriký, rídne s v rúde tekutiny nhádzjú víry (or. ). Podľ okynov výrou s okrem usmerňovč rúdu odorúč j oužitie filtr znižujúeho riziko uhti leo oškodeni merdl udzími čstimi (or. 6). 7 6 wr wm wt w Or. Poruhy symetrikého rýhlostného rofilu rúdiej tekutiny ) symetriký rofil v rovnom otruí, ) jednoduhý ohy, ) dvojitý ohy wr rdiáln zložk rýhlosti, wt tngeniáln zložk rýhlosti, w xiáln zložk rýhlosti, wm výsledná rýhlosť hmotného odu K čstým ríčinám orúh rýhlostnýh rofilov trí rítomnosť sájíh kusov otruí, redukií, rozšírení, umiestnenie sít n zhytávnie nečistôt ohnuté otrui. Výroovi reto v okynoh Priníy utomtizáie 5 Or. 6 Tyiká inštlái merdl rietoku leo retečeného množstv, 5 uztvárí ventil, filter, usmerňovč rúdu, merdlo, 6 otoková vetv otrui, 7 otokový ventil do. Ing. Mrtin Hlj, PhD. Slovenský metrologiký ústv Krloveská 6 8 55 Brtislv hlj@smu.gov.sk do. Ing. Ev Kureková, PhD. Strojník fkult STU nám. Sloody 7 8 Brtislv ev.kurekov@stu.sk /0 9
Mernie rietoku, retečeného množstv () Prietokomery využívjúe tlkovú strtu tekutiny Prietokomery využívjúe tlkovú strtu tekutiny tri re svoju jednoduhú konštrukiu osluhu medzi njoužívnejšie. Ih nevýhodou je generovnie tlkovej strty v otrunom systéme. Používjú s n mernie rietoku kvlín j lynov. Ptri sem dve veľké skuiny rietokomerov rierezové kolenové. Prierezové rietokomery V rierezovýh rietokomeroh s meri rýhlosť rúdiej tekutiny w zo známej geometrie otrui s stnovuje ojemový (res. hmotnostný) rietok. Rýhlosť rúdiej tekutiny (res. jej retečené množstvo) s stnovuje n záklde zmeny tlkovej energie tekutiny n kinetikú energiu. K zmene dohádz n škrtiom orgáne evne zudovnom v otruí, kde ri náhlom zúžení rietokového rierezu nstne miestne zvýšenie kinetikej energie. Niektoré škrtie orgány sú normlizovné, ted norm definuje ih rozmery j vzťh n výočet rietoku z nmernej tlkovej strty. Ptrí medzi ne lon, dýz Venturiho dýz. Medzi nenormlizovné škrtie orgány trí dvojitá lon, štvrťkruhová dýz, segmentová lon, meri kilár od. Používjú s njmä n šeiálne účely, nr. v sťženýh odmienkh či ri zvýšenýh nárokoh n rostredie. Nutnou odmienkou oužiti rierezovýh rietokomerov je stály (res. omly s menii) rietok v úlne zlnenom otruí. Nehodi s reto n mernie ulzujúeho rietoku. Tkisto výroovi uvádzjú určité ožidvky n miesto zudovni škrtieho orgánu, njmä n minimálnu dĺžku rimeho otrui red škrtiim orgánom z ním. Pri odvodzovní rietokovej rovnie škrtieho orgánu s vyhádz z oužiti dvoh rovní hydrodynmiky: ) z Bernoulliho rovnie, ) z rovnie kontinuity. Ak je rýhlosť rúdiej tekutiny red škrtiim orgánom w jej tlk, z ním oklesne tlk n rýhlosť s zvýši n w (or. 6). Pre hmotnostný rietok ltí: q m (0) d Normlizovná lon Normlizovná lon trí medzi njjednoduhšie njčstejšie oužívné škrtie orgány re kruhové otrui (or. 7). Je to dosk so stredovým kruhovým otvorom ostrou vstunou náehovou hrnou, zudovná kolmo n os otrui. <0,0D <0,0D <0,D Or. 7 Normlizovná lon 5 5 >0 d D D w D dw Or. 8 Príruový oder tlku Or. 6 Pomery n škrtiom orgáne Teoretiký ojemový rietok s dá vyjdriť vzťhom: q v d kde je rietokový koefiient škrtieho orgánu, = f (Re D,, D), e exnzný koefiient, re kvlinu e=, e= f (, D/, ), omer riemerov, = d/d, tlk tekutiny red škrtiim orgánom, tlk tekutiny z škrtiim orgánom, r hustot mernej tekutiny, d vnútorný riemer škrtieho orgánu, izoentroiký koefiient, D vnútorný riemer otrui. Priníy utomtizáie (9) Rozmery lony s odvodzujú odľ riemeru otrui D. Normlizovná lon s oužív re otrui s riemerom od 50 mm ž do m, ri omere riemerov od 0, ž do 0,75 ri rôznyh Reynoldsovýh číslh. Miest n oder tlku sú zudovné red lonou z ňou. Norm ovoľuje tri tyy oderu tlku: ríruový oder (or. 8), kútový oder (or. 9), s oderovými otvormi vo vzdilenosti D D/ oužívjú s njmä re otrui, ktorýh vnútorný riemer D reshuje 600 mm (or. 0). Rôzne tyy vyhotoveni ríojok n oder tlku znázorňuje or.. Nevýhodou normlizovnej lony je sôsoenie omerne veľkej trvlej tlkovej strty D t. D t = ( ) ( ) () /0 5
Or. 9 Kútové odery tlku v ríde normlizovnej lony ) komorový oder s rstenovou štrinou, ) odový oder rozmery dýzy s tkisto odvádzjú od riemeru otrui musi s resne dodrživť. Norm uvádz dv tyy normlizovnýh dýz: ) normlizovná dýz ISA 9 (or. ), ) dýz s dlhým olomerom má redĺženú vlovú lohu. Trvlá tlková strt D t s dá riližne vyjdriť vzťhom: D t = (, ) ( ) () Normlizovná dýz s oužív n mernie rietoku tekutín v otruih, ktorýh vnútorný riemer s ohyuje v rozmedzí od 50 do 500 mm ri omere riemerov od 0, do 0,8 0 Re 0 7. Oroti lone mjú merni menšiu neistotu. Použív s v energetike ri merní rietoku ry s vysokou telotou tlkom ( > 0 MP). D 0,5D ÆD /D 0,D Or. 0 Vzdilené odery tlku re normlizovnú lonu Prieeh tlkov v lízkom okolí lony znázorňuje or.. Čím je väčší omer riemerov, tým je trvlá tlková strt menši. Or. Vyhotovenie oderov tlkov ) re teloty do 700 C, ) s úlným revrením, ) re teloty nd 700 C oderová rúrk, ndstve, vložk, tesnenie W W d D s t >0,0D <0,0D d D 0,60D Or. Normlizovná dýz ISA 9 Normlizovná Venturiho trui Existujú dv tyy normlizovnýh Venturiho truí: )klsiká Venturiho trui (or. ), )Venturiho dýz (or. 5). Or. Normlizovná Venturiho trui; vstuný vle, kužeľový konfúzor, vlové hrdlo, kužeľový difúzor Klsiká Venturiho trui s oužív v otruih s vnútorným riemerom 50 ž 00 mm ri omere riemerov od 0, do 0,75 Reynoldsovom čísle x0 5 Re x0 6. Normlizovná Venturiho dýz s skldá z normlizovnej dýzy z difúzor. Difúzor môže yť čistočne (or. 5) leo úlne rozvinutý (or. 5), s uhlom sklonu od 7 do 0. Venturiho dýz s oužív n mernie rietoku tekutín v otruih, ktorýh vnútorný riemer doshuje hodnoty od 65 do 500 mm ri omere riemerov od 0,6 do 0,775,5x0 5 Re x0 6. Or. Prieeh tlkov v okolí lony Normlizovná dýz Vstuná čsť dýzy má tvr rotčnej lohy, ktorá rehádz do vlovej lohy je zkončená ostrou výstunou hrnou. Geometriké 5 /0 Priníy utomtizáie Or. 5 Normlizovná Venturiho dýz; ) neskrátený difúzor, ) skrátený difúzor
r Dvojitá lon Dvojitá lon s oužív ri hodnote Reynoldsovho čísl x0 ž x0. Tvori ju dve lony zrdené z seou v stnovenej vzdilenosti (or. 6). Prvá (omoná) lon má väčší riemer otvoru ko druhá (meri) lon, d > d. Postuné zužovnie rúdu mernej tekutiny slúži n jednoznčné určenie hodnoty rietokového koefiient C. Nezávislosť koefiient C od Reynoldsovho čísl Re s doshuje urýhlením rietoku n rvej lone tk, že rúdenie n druhej lone s dá orovnť s rúdením tekutiny ri veľkýh hodnotáh Re. Segmentová lon Segmentová lon s oužív n mernie rietoku znečistenýh tekutín, res. klov (or. 8). Jej rierez tvorí kruhový výsek, ričom v dolnej čsti je voľný rofil lonu ted neznášjú nečistoty. Meri kilár Meri kilár s oužív n mernie veľmi mlýh rietokov. Skldá s z rovnej kiláry (rúrky) zudovnej v otruí (or. 9). Dĺžk kiláry l s volí tk, y s v nej vytvorilo lminárne rúdenie. Kilár kldie odor ri rúdení, čím dohádz k tlkovej strte D. Merný ojemový rietok q v je rimo úmerný tlkovému rozdielu n kiláre. l d d d Or. 9 Meri kilár Or. 6 Dvojitá lon Štvrťkruhová dýz Štvrťkruhová dýz redstvuje komináiu lony dýzy ISA 9. Prierez vstuného otvoru má tvr štvrťkružnie. Vstuná čsť s odoá dýze výstuná čsť lone (or. 7). Použív s ri hodnote Reynoldsovho čísl od 5x0 ž x0 5 ri omere riemerov od 0,05 do 0,5. Pri väčšej hodnote s štvrťkruhová dýz redlžuje vlovitou čsťou. Štvrťkruhová dýz s oužív n mernie rietoku viskóznyh kvlín, nríkld vykurovíh olejov ri mlýh rýhlostih rúdeni. Kolenový (odstredivý) rietokomer Kolenový rietokomer s oužív n mernie rietoku kvlín, lynov j ár. Priní činnosti s zkldá n zmene tlku v dôsledku zmeny smeru rúdu tekutiny v zkrivenom knáli. Knál je njčstejšie zkrivený do rvého uhl (or. 0). Ak má yť slnená rovni kontinuity, rýhlosť rúdeni tekutiny n vonkjšom olomere zkriveni musí yť väčši ko n vnútornom olomere. Rozdieln rýhlosť tekutiny s rejví zmenou sttikýh tlkov n vnútornom vonkjšom olomere zkriveni. Njväčší tlkový rozdiel D je v osi súmernosti zkriveni, kde s reto umiestňujú snímče tlku. Z nmernej tlkovej diferenie s dá určiť ojemový rietok tekutiny. Bežne s oužívjú re otrui s vnútorným riemerom od 5 do 500 mm, ričom ojemový rietok kvlín ndoúd hodnoty v rozshu od 0,05 ž do 000 m /h re lyny od 0 do 0 000 m /h. Telotný rozsh môže kolísť od 00 C do 600 C. Tlková strt je mlá, dovolená hy merni s ohyuje v rozshu od ž do 5 % merieho rozshu. Pri merní rietoku lynov má výsledný tlkový rozdiel omerne mlú hodnotu, reto s výhodne oužív kruhová slučk (or. 0). Tá zisťuje dokonlé rúdenie n mieste oderu tlkov odstrňuje skreslenie tlkového rozdielu. d D r ÆD Or. 7 Štvrťkruhová dýz Or. 0 Kolenový rietokomer; ) konštrukčná shém, ) kruhová slučk do. Ing. Mrtin Hlj, PhD. Slovenský metrologiký ústv Krloveská 6 8 55 Brtislv hlj@smu.gov.sk do. Ing. Ev Kureková, PhD. Or. 8 Segmentová lon Priníy utomtizáie Strojník fkult STU nám. Sloody 7 8 Brtislv ev.kurekov@stu.sk /0 5
Mernie rietoku, retečeného množstv (5) Prietokomery využívjúe dynmiké ôsoenie tekutiny V týhto rietokomeroh s určuje hodnot ojemového rietoku tekutiny odľ veľkosti jej dynmikého ôsoeni n merdlo. Využív s tu rimo dynmik rúdu tekutiny (fluidikový rietokomer zložený n ôsoení Condovho efektu), res. rúdiej tekutine s kldie do esty rekážk (vírivé rietokomery rietokomery s remenlivým rietokovým rierezom). Ani jeden z týhto rietokomerov neoshuje ohylivé čsti, čo je znčná výhod. Fluidikový rietokomer Priní merni omoou fluidikového rietokomer využív Condov efekt. To znmená, že keď tekutin rúdi dosttočnou rýhlosťou medzi dvom stenmi, ktoré sú lízko ri see, má tendeniu rimknúť s k jednej zo stien. Hlvný rúd tekutiny reteká omedzi dv usmerňovče rietoku (ozri or. ). Pôsoením Condovho efektu s rúd tekutiny rimkne k stene usmerňovč rietoku (or. ). Zároveň mlá čsť kvliny rehádz sätnoväzovým knálom ôsoí n hlvný rúd kvliny. Nruší ritom silovú rovnováhu, tkže hlvný rúd s rekloí n rotiľhlú stenu (or. ). Tento yklus s neustále okuje. Frekveni rekloení (osiláií) je rimo úmerná rýhlosti retekjúej tekutiny. Prítomnosť tekutiny v sätnoväzovom knáli s zisťuje omoou snímč. Využív s nríkld termistor. Fluidikový rietokomer nie je itlivý n zmeny hustoty mernej tekutiny. V lnom rozshu merného rietoku s linerit ohyuje v olsti ± % Pretože neoshuje ohylivé čsti, má dlhú životnosť. Or. Rdiálny fluidikový rietokomer. ) shém merdl, ) funki snímč smeru rúdeni. teleso, osilátor, termistor Vírový rietokomer s rirodzenou osiláiou Vírový rietokomer s rirodzenou osiláiou znázorňuje or.. Zvírenie rúdu sôsouje kužeľovité (rizmtiké) teleso vložené širšou čsťou kolmo roti rúdiemu médiu. Z ním vznikjú Krmánové víry, ktoré mjú rovnomerné geometriké usoridnie. Sním s ih frekveni závisi od strednej rýhlosti rúdeni tekutiny red telesom od šírky teles. Z nmernej frekvenie s dá vyočítť ojemový rietok. Podmienkou vzniku Krmánovýh vírov je Reynoldsovo číslo Re > 0 000. Frekveni vírov nezávisí od hustoty leo viskozity mernej tekutiny. Dovolená hy merni s ohyuje okolo % merieho rozshu. G G Or. Lineárny fluidikový rietokomer. tekutin, čsť tekutiny, usmerňovče, snímč N or. je rdiálny fluidikový rietokomer, v ktorom merná kvlin vhádz ez vstuný otvor v hlvnom telese do rdiálneho osilátor. Pri komkoľvek ohye kvliny s v osilátore vymení riližne 0 % kvliny, ktorá s v ňom nhádz. Tento ohy s zisťuje omoou itlivého termistor. Podľ smeru rúdeni kvliny v osilátore (nr. v smere šíky, or. ) s riľhlá strn termistor vi ohldzuje. Po zmene smeru rúdeni kvliny s nok vi ohldzuje druhá strn, tkže s dá zistiť očet osiláií kvliny. Vírové rietokomery Vírové rietokomery nemjú ohylivé čsti nesôsoujú veľké trvlé tlkové strty. Do otrui s vkldjú rôzne telesá (ojekty), ktoré ráni rúdeniu tekutiny. Po strnáh teles z ním s vytvárjú víry. Mierou rýhlosti rúdeni tekutiny je frekveni očet vírov. Počet vírov s sním n záklde zmien rýhlosti leo tlku rúdiej tekutiny z telesom. Zmen rýhlosti s môže zisťovť nríkld teelným nemometrom, termistorom, ultrzvukovým leo otikým snímčom. Zmen tlku s zisťuje tenzometrmi, kitným leo iezoelektrikým snímčom. N mernie rietoku s využív nútená j rirodzená osilái tekutiny. /0 Priníy utomtizáie Or. Ultrzvukové snímnie frekvenie vírov. ) neodrzený signál, ) odrzený signál D Frekveni vírov s sním rôzne, v rxi s njčstejšie využív ultrzvukový, iezoelektriký, otiký, teelný tlkový snímč. Snímč frekvenie s vkldá rimo do vloženého teles leo do steny otrui. Ultrzvukový snímč frekvenie vírov s skldá z vysielč G z rijímč D. Vyslný ultrzvukový signál rehádz ez otruie k nenrzí n vír, v rijímči s nezmení modulái signálu (or. ). Signál, ktorý nrzí n vír, s od neho odrzí zznmená ho rijímč (or. ). Piezoelektriký snímč je zudovný v rihytení klinovitého teles, ktoré sôsouje zvírenie rúdiej tekutiny (or. ). Vzniknuté víry ndľhčujú toto teleso nmáhjú jeho rihyteni. Smer nmáhni s mení v závislosti od frekvenie vírov. Piezoelektriký rvok revádz nmáhnie teles n elektriké signály. Otiké vlákno s vkldá do otrui kolmo n os rúdiej tekutiny. Prúdi tekutin vytvorí o strnáh vlákn z ním víry, ktoré vlákno rozkmitjú. Frekveni vírov je rimo úmerná rýhlosti rúdiej tekutiny. Priemer otrui môže yť menší ko mm. D
zdvihu iest závisí od rietoku kvliny. N ieste uevnený rstenový mgnet ohyuje indikčným rotikusom 5. N ňom je vyznčená rysk ukzujú hodnotu rietoku n stunii vyznčenej n riehľdnom kryte 6. Niekedy s n zisťovnie olohy iest oužív j elektroniký snímč. 6 5 Or. Vírový rietokomer s iezoelektrikým snímčom. klinové teleso, iezoelektriký rvok Vírový rietokomer s nútenou osiláiou Vírový rietokomer s nútenou osiláiou využív udelenie tngeniálnej rýhlosti rúdu tekutiny (or. 5). Tekutin riteká rýhlosťou w vlovým otruím vhádz medzi zkrivené evné lotky. Lotky dodávjú tekutine tngeniálny imulz, tkže s v osi otrui vytvár vír. Osový vír s v kužeľovitom difúzore zčín stáčť smerom k stenám otrui. Pritom vykonáv reesný ohy, to znmená, že tekutin s doredne ohyuje o širále (nznčená šíkou). Frekveni reesného ohyu osového víru s sním tlkovým leo teelným snímčom 5. Táto frekveni je rimo úmerná ôvodnej rýhlosti rúdu w, ted j ojemovému rietoku tekutiny. Prietokomery s remenlivým rietokovým rierezom Využív s zmen lošného oshu riestoru, ez ktorý reteká tekutin. Zhová s riližne konštntná hodnot tlkového sádu. Hodnot ojemového rietoku s určuje v závislosti od olohy ohylivej čsti rietokomer. Medzi njoužívnejšie tyy tkýhto rietokomerov trí rietokomer s kužeľovitým tŕňom, rietokomer s otočnou lotkou lvákový rietokomer. Or. 6 Prietokomer s kužeľovitým tŕňom. ) v zákldnej olohe, ) ez rietokomer reteká kvlin. dutý iest, kužeľovitý tŕň, ružin, rstenový mgnet, 5 rotikus, 6 kryt Prietokomer s otočnou lotkou Kvlin ootáč lotku rietokomer (or. 7). Tá je uevnená n hrideli oháňjúom mehniké leo elektroniké zridenie n snímnie uhl ootočeni lotky. Proti ohyu lotky ôsoí klirovná torzná ružin rievnená k hrideľu. 5 Or. 7 Prietokomer s otočnou lotkou. lotk, hrideľ, torzná ružin Plvákový rietokomer Or. 5 Vírový rietokomer s nútenou osiláiou. otruie, evné lotky, osový vír, difúzor, 5 snímč Prietokomer s kužeľovitým tŕňom Použív s n mernie rietoku kvlín. Jeho zákldom je dutý iest, ktorý s ohyuje o kužeľovitom tŕni (or. 6). V zákldnej olohe (nereteká kvlin) ridrživ iest v dolnej úvrti klirovná ružin (or. 6). Po rivedení kvliny s iest ndvihne okolo tŕň zčne rúdiť kvlin (or. 6). Výšk Priníy utomtizáie Plvákovým rietokomerom s meri ojemový rietok kvlín j lynov. Je známy od názvom rotmeter. Teleso rotčného tvru (lvák) s voľne ohyuje vo zvislej kužeľovej truii, ktorej rierez s rozširuje smerom nhor (or. 8). Ak rietokomerom nereteká tekutin, lvák zostáv v okoji v njnižšej možnej olohe. Prúdi tekutin ndnesie lvák, ričom s vytvorí štrin medzi lvákom truiou rietokokmer, ez ktorú môže tekutin retekť. Tým klesá tlkový sád n lváku. Prietok je kvdrtikou funkiou olohy lvák, reto je stuni lvákového rietokomer nelineárn. /0 5
Trui rietokomer ýv vyhotovená zo skl, ri vyššíh telotáh tlkoh s vyrá z kovu. Plváky rietokomerov s líši mteriálom tvrom. Vo všeoenosti existujú dv tyy lvákov: ) nestilné lvák v truii vedie tyč leo strun (or. 9), ) stilné lvák má o ovode šikmé zárezy leo rieežné šikmé otvory v telese lvák, ktoré rúdom tekutiny uvedú lvák do rotáie (or. 9). N mernie rietoku s využívjú j mnohotruiové rotmetre (or. 50). V jednom rístroji s nhádz ž šesť truí s lvákmi. Truie mjú stunie s rôznymi rozshmi. Pomoou systému ventilov s dá usmerňovť rietok tekutiny ez jednotlivé truie rietokomer. Plvákové rietokomery s vo všeoenosti oužívjú n mernie mlýh strednýh rietokov. Chy merni s ohyuje v rozmedzí ž % z merieho rozshu. N trhu sú dostuné j rotmetre s merím rozshom do 7 000 m /h lynu. do. Ing. Mrtin Hlj, PhD. Slovenský metrologiký ústv Krloveská 6 8 55 Brtislv hlj@smu.gov.sk do. Ing. Ev Kureková, PhD. Strojník fkult STU nám. Sloody 7 8 Brtislv ev.kurekov@stu.sk Or. 8 Plvákový rietokomer. ) so stilným lvákom, ) s nestilným lvákom Poloh lvák s sním dotykovým leo ezdotykovým sôsoom (nríkld omoou indukčnostnýh, kitnýh leo fotoelektrikýh snímčov). Ak s n lváku nhádz mgnet, môže s rotmeter využívť j ko rietokový sínč. Or. 9 Tyy lvákov. ) stilné, ) nestilné KELLER AG n veletrhu AMPER 0, Výstviště Brno 0. Mezinárodní veletrh elektrotehniky, elektroniky, utomtize komunike. 0... 0 Tké tento rok se n veletrhu AMPER v Brně ředství švýrská firm KELLER AG, která tří mezi řední evroské výroe izolovnýh tlkovýh snímčů řevodníků tlku n iezorezistivní ázi. Stánek solečnosti KELLER AG (hl V, číslo 058) ředství nejen klsiký sortiment digitálníh mnometrů, klirátorů tlku, reizníh řevodníků tlku, které jsou komenzovány omoi mikroroesoru, le tké rodukty z olsti měření výšek hldiny klin, sěrčů dt ředevším Vás seznámí s utonomním měříím řistrojem s dálkovým řenosem dt rostřednitvím sítě GSM-. Zároveň se zde můžete získt informe o nové řdě roduktů LINIE-Y série C. Přednostmi roduktů firmy KELLER jsou jk velká vriilit rovedení (dle řání oždvků zákzník), le hlvně ověstná vysoká švýrská kvlit řesnost roduktů, která nikdy nezklme. Or. 50 Mnohotruiové rotmetre www.keller-druk.z 6 /0 Podujti
Mernie rietoku, retečeného množstv (8) Mernie rýhlosti rúdeni tekutín Mnohé z doterz oisovnýh rietokomerov, rí. merdiel retečeného množstv, sú zložené n rýhlostnom riníe merni, ted rietok, res. retečené množstvo s vyočít dodtočne z nmernej rýhlosti rúdeni tekutiny. Merdlá, ktoré s oužívjú njmä n mernie okmžitej, res. strednej rýhlosti rúdeni tekutín s deli n rýhlostné sondy, nemometre krídl. Njčstejšie využívjú zmenu kinetikej energie rúdiej tekutiny n tlkovú (Pitotov Prndtlov trui rýhlostné sondy), dynmiký účinok rúdiej tekutiny (Woltmnnovo krídlo, lotkový, res. miskový nemometer), rídne s využív ohldzovnie žervého drôtu leo fólie rúdom tekutiny (žervený nemometer). Presné ezdotykové mernie rýhlosti tekutín umožňuje lserový Dolerov nemometer. oderové otvory n snímnie sttikého tlku s. Otvory s umiestňujú do odu, kde hodnot dynmikého tlku doshuje nulu. Rýhlostné sondy Rýhlostné sondy sú určené n mernie okmžitej leo strednej rýhlosti rúdiej tekutiny (njmä kvliny), ko j n stnovovnie rýhlostného rofilu v otruih, knáloh v riečnyh korytáh. Používjú s njmä n lortórne účely leo n resné mernie. Využívjú ritom zmenu kinetikej energie n tlkovú. Medzi rýhlostné sondy s zrďuje Pitotov Prndtlov trui, vlová, guľová viotvorová vlová sond. Presnosť merni truimi sondmi je ovlyvnená njmä srávnou olohou ih nsmerovni. Čelo truie, res. sondy, s musí resne nsmerovť do smeru rúdeni tekutiny. Odhýlenie truie od smeru rúdu vi ko o 5 sôsouje hyu merni, ktorá s už nedá znedť. Pitotov trui Mernie rýhlosti rúdiej tekutiny omoou Pitotovej truie olo známe už v 8. storočí. Vyhotovenie s líši odľ toho, či s oužív n mernie rýhlosti lynu (or. 7) leo kvliny (or. 7). V druhom ríde s skldá z dvoh smosttnýh truí, rovnej n mernie sttikého tlku ohnutej n mernie dynmikého tlku. Pri srávnom merní má yť os ohnutej truie totožná s osou otrui má smerovť roti rúdiemu toku. Vlyvom elkového tlku v nej vystúi hldin tekutiny do výšky h. V druhej (rovnej) truii s meri výšk hldiny tekutiny h s (vlyv sttikého tlku s ). Pitotov trui s oužív v širokom sektre likáií, nr. n mernie rýhlosti rúdiej kvliny v otvorenýh knáloh leo v riečnyh korytáh. Or. 7 Mernie rýhlosti rúdiej tekutiny omoou Prndtlovej truie Vlová sond Vlová sond s oužív n zisťovnie rýhlosti smeru tekutiny ri stionárnom dvojrozmernom rúdení. Tvorí ju vlové teleso so štyrmi otvormi O ž O, ktoré leži v jednej rovine (or. 7). Otvorom O nstveným roti smeru rúdeni s sním elkový tlk, zdným otvorom O úlvový (sttiký) tlk u. Bočné otvory O O sú umiestnené symetriky vzhľdom n ozdĺžnu os zisťuje s nimi smer rúdeni. Snímné tlky s vyvádzjú smosttnými vývrtmi k diferenčným mnometrom. Otáčním sondy v jednej rovine s zistí srávn hodnot smeru rúdeni tekutiny vtedy, keď udú tlky v otvoroh O O rovnké, ted =. Sond ýv uevnená n držiku, omoou ktorého s osúv v jednej osi rierezu o elej dĺžke. J J u O O J-J O u O Or. 7 Vlová sond Or. 7 Pitotov trui ) re lyn, ) re kvlinu Prndtlov trui Prndtlov trui s hodí njmä n mernie väčšíh rýhlostí rúdiej tekutiny. Okmžitá rýhlosť rúdiej tekutiny s zisťuje v mieste onoru truie, ričom s ožduje, y rúdenie olo lminárne rovnomerné. Truiu tvorí vlová sond so zoleným čelom nosnou rúrkou, ktorá s vysúv o elom mernom riereze (or. 7). V čele vlovej sondy s riemerom d s nhádz vstuný otvor. Tekutin rúdi týmto otvorom je vyvedená k diferenčnému mnometru, omoou ktorého s zisťuje elkový tlk rúdiej tekutiny. Po ovode vl vo vzdilenosti d s nhádzjú Priníy utomtizáie Guľová sond N riestorové mernie smeru rýhlosti stionárneho rúdeni je výhodné oužitie guľovej sondy (or. 7). Sondu tvorí guľ s riemerom 5 mm ž 0 mm s itimi otvormi O ž O 5, ktoré s nhádzjú v dvoh n se kolmýh rovináh. Tlky ž 5, ktoré s snímjú týmito otvormi, sú vyvedené smosttne vývrtmi k ríslušným diferenčným mnometrom. Otvorom O v riesečníku rovín s sním elkový tlk. Otvory O O sú vytvorené symetriky v horizontálnej rovine od uhlom ±5 vzhľdom n stredový otvor. V kolmej rovine s nhádzjú symetriky uložené otvory O O 5 umiestnené od uhlom ±50 vzhľdom n stredový otvor. Priní merni sočív v ntáční sondy tk dlho, kým s 6/0
nerovnjú tlky (otvory O O ) tlky 5 (otvory O O 5 ). 5 Lotkový nemometer Hlvnou čsťou lotkového nemometr je hrideľ, n ktorom sú rievnené rdiálne hliníkové lotky so skrutkovým zkrivením (or. 76). Použív s njmä n mernie rýhlosti lynov, ktoré rúdi otruím leo knálom, ko j n mernie rýhlosti vetr od 0, ž do 0 m/s. Nehodí s n mernie ulzujúeho rúdu ri rýhlosti nd 0 m/s je nesoľhlivý. O O O O O5 0 5 6 m/s 7 8 9 0 Or. 7 Guľová sond Viotvorová vlová sond Viotvorová vlová sond s niekedy oznčuje ko integrčná Prndtlov trui. Konštrukčne je risôsoená n snímnie strednej rýhlosti toku tekutín j v ríde menieho s rýhlostného rofilu (or. 75). Skldá s z vlovej sondy, ktorá má štyri ž desť otvorov n náehovej strne jeden otvor n očnej strne sondy. Otvory n náehovej strne sú rozmiestnené tk, y s sníml stredná hodnot elkového tlku, nríkld odľ logritmikolineárneho rozdeleni. Sú vyvedené jedným soločným vývrtom k diferenčnému tlkomeru. Otvor n snímnie úlvového tlku u je izolovný od otvorov n náehovej strne. Merí rozsh ýv,7 ž 8 m/s. Sond s výhodne oužív v ríde otruí so štvorovým leo odĺžnikovým rierezom, retože s v nih ťžko djú likovť iné sôsoy merni rýhlosti. Or. 76 Lotkový nemometer Miskový nemometer Anemometer Miskový nemometer, známy ko Roinsonov miskový kríž (or. 77), s oužív n mernie strednej rýhlosti rúdieho lynu. V meteorologikýh stniih slúži n orientčné určovnie rýhlosti vetr. Jeho merí rozsh okrýv ž do 75 m/s. s Or. 77 Miskový nemometer J J J-J s s Žervie nemometre Žervie nemometre sú v odstte elektriké rýhlostné sondy, ktoré slúži n odové mernie miestnyh rýhlostí rúdiih tekutín, njčstejšie lynov. Tvr i konštruki žerviih nemometrov ýv rôzn, mjú všk soločný riní merni: ohrite teleso, ktoré s vloží do rúdiej tekutiny, s ohldzuje tým intenzívnejšie, čím je vyšši rýhlosť rúdeni tekutiny. Snímiu čsť žervieho nemometr môže tvoriť uď tenké vlákno leo tenký film. Tento drôt, res. film, s môže žerviť konštntným rúdom, tkže ho rúdi tekutin ohldzuje tým mení jeho odor, ktorý s meri. Inou možnosťou je udrživnie Or. 75 Viotvorová vlová sond Anemometre Anemometre využívjú silový účinok rúdu mernej tekutiny leo ohldzovnie itlivej čsti nemometr rúdiou tekutinou, njčstejšie lynom. Podľ konštrukie s nemometre deli n mehniké, žervie (elektriké) lserové. Mehniké nemometre Mehniké nemometre využívjú silový účinok rúdiej tekutiny. Tá roztáč lotky leo misky uevnené n rotore, ktorého os s umiestňuje do osi rúdeni tekutiny. Rýhlosť rúdieho lynu (njčstejšie vzduhu) s zisťuje odľ frekvenie otáčni rotor retečené množstvo odľ očtu otáčok rotor. 5 6 Or. 78 Žervii nemometer s kovovým vláknom, nájný konštntným rúdom vlákno, držik zdroj, odor, 5 zosilňovč, 6 vyhodnoovi jednotk 6/0 Priníy utomtizáie
konštntného odoru, ted j teloty snímieho rvku remenlivým nájím rúdom. V skuine žerviih nemometrov s tenkým vláknom (or. 78) tvorí snímiu čsť volfrámové, ltinové, res. ltino-irídiové vlákno. N telotu 00 C ž 500 C ho zohriev konštntný rúd zo zdroj. Zmen teloty vlákn s rejví v zmene jeho ohmikého odoru. Mernie je jednoduhé oužív s ri omlýh rýhlostnýh zmenáh, njmä v ríde omly rúdiih tekutín. V ríde merni žervieho rúdu ri konštntnej telote vlákn (ted ri konštntnom odore) je snímč zudovný rimo vo Whetstonovom mostíku ko jeden z odorov. Regulčným odorom s udržuje konštntný odor snímč. Tkéto usoridnie s oužív n mernie ri dynmikýh zmenáh rýhlosti rúdeni do 00 m/s. Čsová konštnt môže yť veľmi mlá, ž 0,00 s. Výhodou žervieho nemometr s tenkým drôtikom sú mlé rozmery, nevýhodou je náhylnosť n mehniké oškodenie. Závislosť sklonu snímč od smeru rúdeni s určuje klirovním v rôznom stionárnom rúdení. Tyiká sttiká hrkteristik kovového nemometr re rúdii vzduh je n or. 79. Žervie nemometre s kovovou fóliou s osvedčili njmä ri merní rýhlosti rúdeni kvlín ri merní rýhlo rúdiih lynov. Použív s fóli s hrúkou riližne mm. Tyiká sttiká hrkteristik fóliového nemometr re rúdiu vodu je n or. 79. Niektoré vyhotoveni snímíh rvkov s tenkou fóliou redstvuje or. 80. V jednom ríde ritom ide o fóliu olenú okolo drôtik, tkže riomín redhádzjúi ty žervieho nemometr s tenkým drôtikom. Fóliové nemometre s hodi njmä n dynmiké merni. U (V) 5 0 5 0 5 0 0 0 00 v (m/s) U (V) 0,0 9,5 9,0 8,5 8,0 7,5 0,5 5 7 v (m/s) Or. 79 Klirčné krivky žerviih nemometrov ) kovový nemometer re vzduh, ) fóliový re vodu rúdu tekutiny má nižšiu frekveniu. Svetlo z oidvoh lúčov s odlišnými frekvenimi nvzájom interferuje ritom vytvár tretiu frekveniu. Tá je rimo úmerná zložke rýhlosti, ktorá je v rovine lúčov kolmá n os uhl oidvoh lúčov. Pritom s tvorí interferenčná mriežk, kde s striedjú svetlejšie tmvšie ruhy (or. 8). Pruhy sním fotočlen generuje elektriký signál úmerný rýhlosti rúdeni tekutiny. Vzdilenosť medzi ruhmi závisí i od vlnovej dĺžky svetl lser od uhl medzi oidvom lúčmi. Po vynásoení vzdilenosti medzi ruhmi frekveniou výstuného elektrikého signálu dostneme rýhlosť rúdeni. Tkýmto sôsoom s meri jedn zložk rýhlosti rúdiej tekutiny. N mernie všetkýh troh zložiek rýhlosti s oužívjú virozmerné LDA. V kždom ríde tre ri merní dť n oužitie vhodného olohovieho zrideni umožňujúeho resnú identifikáiu odu, v ktorom s meri rýhlosť rúdiej tekutiny. Výhodou lserového Dolerovho nemometr je veľký merí rozsh. V riemyselnej rxi s dá LDA oužiť n určenie rietoku lynov vo veľkýh rozvodnýh otruih. Zisťuje s rýhlostný rofil, z ktorého s odvádz ojemový rietok lynu. Tkéto riešenie dovoľuje zníženie hyy merni n % ri riemere otrui ž 500 mm. Or. 8 Lserový Dolerov nemometer ) shemtiké znázornenie činnosti, ) interferenčná mriežk lser, otik, rúdi tekutin, fotočlen Hydrometriké krídlo Hydrometriké (tzv. Woltmnnovo) krídlo nhádz široké ultnenie ri merní rýhlosti kvlín (njmä vody) v otvorenýh knáloh riečnyh tokoh. Njčstejšie s skldá z dvoh ž štyroh lotkovýh lôh v tvre lodnej skrutky (or. 8). Tvr lotiek je nvrhnutý tk, y ol rístroj čo njitlivejší y ol zčitočná rýhlosť kvliny otrená n roztočenie krídl čo njmenši. Otáčky rotor s revádzjú ez revod n očítdlo. Krídlo meri rýhlosť i v jednom mieste rietoku, reto tre n určenie strednej rýhlosti rúdu vyjdriť rýhlostný rofil. Použív s v rôznyh vyhotovenih. Nehránené ýv uevnené n evnej nosnej tyči leo zvesené n lnku. Konštnty merdl s určujú exerimentálne v lortórnyh knáloh s dným tyom rúdeni. Or. 80 Rôzne vyhotoveni snímíh rvkov s tenkou fóliou Lserový Dolerov nemometer (LDA) Prostrednítvom lserového Dolerovho nemometr s ezdotykovo meri odová rýhlosť rúdiej tekutiny v otiky riehľdnom rostredí. Použív s v lortórnej j v riemyselnej rxi. Pri svojej činnosti využív Dolerov jv (or. 8). Zákldnou čsťou nemometr je lser, ktorého lúč s omoou otiky rozdeľuje n dve čsti. Tie s ziehjú v ode, v ktorom s má merť rýhlosť rúdiej tekutiny. Oidv lúče mjú rovnkú frekveniu. Molekuly mernej tekutiny, ko j čistočky ňou unášné rehádzjú ez od, v ktorom s lúče križujú čistočne odrážjú, res. roztyľujú, svetlo oidvoh lúčov. Rýhlosť rúdiih čistočiek sôsouje, že odrzené svetlo má ri oidvoh lúčoh inú frekveniu. Svetlo roztýlené z lúč, ktorý mieri o rúde tekutiny, má vyššiu frekveniu, svetlo roztýlené z lúč mierieho roti Priníy utomtizáie Or. 8 Hydrometriké krídlo do. Ing. Mrtin Hlj, PhD. Slovenský metrologiký ústv Krloveská 6, 8 55 Brtislv hlj@smu.gov.sk do. Ing. Ev Kureková, PhD. Slovenská tehniká univerzit v Brtislve Strojník fkult Nám. Sloody 7, 8 Brtislv ev.kurekov@stu.sk 6/0 5