Měřicí princip hmotnostních průtokoměrů 30.7.2006 Petr Komp 1
Úvod Department once on the title page Co to je hmotnostní průtokoměr? Proč měřit hmotnostní průtok? Měření hmotnostního průtoku s využitím Coriolisových sil je prudce rostoucí segment trhu měření průtoku kapalin a plynů. Měřená hodnota nezávisí na: tlaku teplotě viskozitě elektrické vodivosti tvaru rychlostního profilu 2
Jaká je alternativa? Vážení zásobníku s měřenou kapalinou. Poskytuje velmi přesné výsledky, instalace senzorů je nákladná, získáváme informace o množství nikoliv o průtoku. 3
Co měří hmotnostní průtokoměr? Jeden hmotnostní průtokoměr měří a zobrazuje tyto veličiny: Hmotnostní průtok & celkovou hmotnost Hustotu & koncentraci Objemový průtok & celkový objem Teplotu 4
Měřicí princip měření hmotnostního průtoku (1) Fc m Průtok Síla Fc je způsobena relativním pohybem hmotné částice o hmotnosti m za současného vzniku reakční síly Fr. x ω Fr Síla Fr působí v opačném směru a způsobuje deformaci pohybující se měřicí trubice. Tuto deformaci měříme. 5
Měřicí princip měření hmotnostního průtoku (2) Střed Měřicí trubice, průtok = 0 Měřicí trubice, průtok >0 F c Průtok ω A F c Budič B Senzory A & B Měřicí trubice je tlumena ve vstupní polovině: signál senzoru A je fázově zpožděn za signálem budiče Měřicí trubice je urychlována ve výstupní polovině: signál senzoru B je ve fázovém předstihu oproti signálu budiče 6
7 Měřicí princip měření hmotnostního průtoku (3) Měřicí trubice Senzory Vnější kryt Budič Vnitřní válec snímače s uchycením senzorů
Měřicí princip měření hmotnostního průtoku (4) Hmotnostní průtok = 0 Senzor A Senzor B Senzor A Senzor B Hmot. průtok > 0 Sensor A Sensor B 8
Měřicí princip měření hmotnostního průtoku (5) Vyhodnocení fázového posuvu mezi signály senzorů Senzor A Senzor B Signály obou senzorů se současně vzorkují s frekvencí 5 khz. signály jsou digitalizovány dvoukanálovým A/D převodníkem. Další zpracování signálu probíhá číslicově v mikroprocesoru předzesilovače (front end). 9
Měřicí princip měření hustoty (1) Měřicí trubice představuje pružinu s tuhostí k, naplněnou kapalinou o určité hustotě ρ. Při vhodném buzení bude kmitat s rezonanční frekvencí f, která je určena konstantou k a proměnnou ρ. k ρ f f= 1 k 2π ρ nebo : f 1/ ρ Nízká hustota kapaliny v trubici (rozpouštědlo nebo olej s ρ = 0,8 kg/l) způsobí vyšší hodnotu vlastní rezonanční frekvence než kapalina s velkou hustotou (solný roztok s ρ = 1,2 kg/l). 10
Měřicí princip měření hustoty (2) Při buzení měřicí trubice se snažíme dodat do budiče minimum energie. Budicí frekvence se automaticky mění tak, aby měřicí trubice kmitala na svém mechanickém rezonančním kmitočtu. Z dané rezonanční frekvence se určuje okamžitá hustota měřené kapaliny. 11
Měřicí princip měření objemového průtoku Hmotnostní průtokoměr využívající Coriolisových sil přímo měří hmotnostní průtok (1) a hustotu měřené kapaliny (2). Objemový průtok získáváme nepřímo výpočtem z hmotnostního průtoku a hustoty: Objemový průtok = hmotnostní průtok x hustota měřené kapaliny 12
Měřicí princip měření teploty Využíváme snímače PT 500, který je uchycen na vnější straně měřicí trubice, na vstupu měřené kapaliny do hmotnostního průtokoměru Snímač PT 500 je přilepen na měřicí trubici 13
Měřicí princip Minimální a maximální průtok Minimální průtok Typicky to je v prvním přiblížení hodnota cca 1% z jmenovitého průtoku daného snímače (v závislosti na požadované přesnosti). Maximální průtok Je omezen programově na 130% jmenovitého průtoku daného snímače. Zde e nutno uvážit také střední rychlost proudění v měřicí trubici. 14
Měřicí princip přesnost měření (1) Přesnost Jak přesně můžeme měřit hmotnostní průtok: vyjádřeno v % z daného průtoku (měřené hodnoty). Stabilita nuly Jak stabilní (spolehlivé) je měření: vyjádřeno v % z jmenovitého průtoku daného snímače 15
Měřicí princip přesnost měření (2) Chyba měření Je to skutečná chyba měření která může vzniknout při měření při libovolném průtoku v daném měřicím rozsahu. Vypočte se jako součet přesnosti + stability nuly. 16
Měřicí princip přesnost měření (3) Příklad výpočtu Optimass 7000, T25 Jmenovitý průtok: 34 500 kg/h Přesnost: ± 0,1% z hodnoty Stabilita nuly: ± 0,015% z jmenovitého průtoku Skutečný průtok: 20 000 kg/h Chyba měření : ± (20 000 x 0,001+ 34500 x 0,00015) = ± (25,175) kg/h Chyba měření v % : ±0,126% při průtoku 20 000 kg/h 17
18 Přehled dodávaných přístrojů Plováčkové průtokoměry pro kapaliny i plyny Magneticko indukční průtokoměry pro kapaliny Ultrazvukové průtokoměry pro kapaliny i plyny Hmotnostní průtokoměry pro kapaliny i plyny Vírové průtokoměry pro páru, plyny i kapaliny Mechanické proudoznaky pro kapaliny Magneticko indukční proudouznaky pro kapaliny Radarové hladinoměry pro kapaliny i sypké látky TDR hladinoměry pro kapaliny i sypké látky Ultrazvukové hladinoměry pro kapaliny i sypké látky Vibrační hladinové spínače pro kapaliny i sypké látky Obtokové plovákové stavoznaky Vztlakové hladinoměry vhodné i pro extrémní tlaky a teploty Termické hmotnostní průtokoměry a regulátory průtoku Sierra Instruments
19 Další služby a kontaktní údaje pro Českou republiku Záruční i pozáruční servis přístrojů KROHNE i Sierra Instruments Prvotní ověření průtokoměrů a kalibrace průtokoměrů i hladinoměrů Poradenská činnost v oblasti měření průtoku i výšky hladiny Kontaktní údaje KROHNE CZ spol. s r.o. sídlo společnosti: Soběšická 156 638 00 Brno tel.: 545 532 111 (ústředna) fax: 545 220 093 e-mail: brno@krohne.cz KROHNE CZ spol. s r.o. pracoviště Praha: Žateckých 22 140 00 Praha 4 tel.: 261 222 854-5 fax: 261 222 856 e-mail: praha@krohne.cz KROHNE CZ spol. s r.o. pracoviště Ostrava: Koláčkova 12 724 00 Ostrava - Stará Bělá tel.: 596 714 004 fax: 596 714 187 e-mail: ostrava@krohne.cz www.krohne.cz www.krohne.com