Senzory průtoku tekutin Průtok
- hmotnostní - objemový - rychlostní
Druhy proudění
- laminární … parabolický rychlostní profil - turbulentní … víry
Způsoby měření
- přímé: dávkovací senzory, čerpadla - nepřímé: měření rychlosti nebo kinetické energie
Senzory průtoku tekutin Rozdělení senzorů podle vztahů: a) objemové b) hmotnostní c) rychlostní
Qv =
V , t
Qm =
V ρ t
m Qm = t
Qv = v S ,
Qm = v Sρ
Senzory průtoku tekutin Objemové průtokoměry: - plováčkové (rotametry) - dávkovací - rychlostní: - turbínkové, lopatkové - vírové - indukční - ultrazvukové - značkovací - se škrticími orgány Hmotnostní průtokoměry: - tepelné - Coriolisovy
Plováčkové senzory průtoku Rotametr (plováčkový průtokoměr) Využití plováku jako indikátor rovnováhy sil.
citlivost na viskozitu => tvarem plováčku lze potlačit až o dva řády
Rychlostní senzory průtoku Turbínkový průtokoměr
linearita 0 – 1% threshold 2 – 3% rozsahu
Rychlostní senzory průtoku Turbínkové senzory Měří se frekvence impulsů f:
f = KQv
K…konstanta senzoru
Spodní mez správnosti: 3 – 5% linearita: 0,1%
Posouzení nelinearity:
ωr D2 Qv = f 3 ωr D η
D…světlost potrubí turbínky η …viskozita tekutiny
☺ lin.závislost úhl. rychlosti rotoru ωr na rychlosti proudění v pokles amplitudy impulsů při malém v
Rychlostní senzory průtoku Senzor s lopatkovými koly
Rychlostní senzory průtoku
Rychlostní senzory průtoku Vírový senzor průtoku
Sr f = v a f…frekvence vírů A …charakt. rozměr překážky Sr …Strouhalovo číslo (char. Pro určité překážky)
Detekce vírů: tepelné anemometry ultrazvukové detektory tlakové detektory
Přesnost ~ 1%
Tepelné senzory hmotnostního průtoku Výměna tepla mezi zdrojem a okolím (proudící tekutina) - měření ochlazení zdroje (termoanemometry) - měření oteplení tekutiny (Thomasův princip, kalorimetrické) Měřicí obvod termoanemometru s konstantní teplotou drátku
Re = kρ v
Tepelné senzory hmotnostního průtoku Režimy činnosti termoanemometrů -konst. proud (změna rychlosti proudění => změna teploty => => změna odporu) -konst. teplota drátku (pokles v => menší ochlazení => => zmenšení napájecího proudu) Pro výstupní proud i platí:
i 2 = a + b Qm a <= odvody tepla do okolí b <= fyzik. vlastn. tekutiny
Tepelné senzory hmotnostního průtoku Diferenční termoanemometr
Při v=0 platí R1=R2 Při v>0 dochází k ochlazení R1 a ohřátí R2 (<= teplo z RH) ☺ zvýšená citlivost, vyloučení vlivu teploty tekutiny, vhodné pro malé průtoky (10-4 mm3.s-1)
Tepelné senzory hmotnostního průtoku Diferenční termoanemometr
Odezva na skok rychlosti pro režim:
1…s konstantním proudem 2…s konstantní teplotou
Tepelné senzory hmotnostního průtoku Diferenční termoanemometr můstek vyhodnocuje rozdíl teplot θ1-θ2 měřený senzory R1 a R2 (ϑ 2 − ϑ1 ) Qm = A Pq A…konstanta Cp…měrná tep. Kap. Tekutiny PQ…tepelný tok z topného vinutí
senzor malých hmotnostních průtoků
Indukční průtokoměry
Obvyklá přesnost: průtočný typ 0,2%, ponorný typ 2%
Indukční průtokoměry Konstrukce průchozího indukčního průtokoměru se sedlovými cívkami.
Ponorný indukční senzor průtoku
Senzory průtoku se škrticími orgány Měření tlakového spádu v místě škrticího orgánu
Qv = αε
πd 2 4
2
p1 − p 2
ρ
Qv…objem.průtok α…expanzní součinitel ε…průměr škrt.orgánu
Přesnost 2% (0,5%)
Senzory s převodem průtoku na deformaci V cestě proudící kapaliny je destička, na kterou působí síla:
Cd S ρ v 2 Fd = 2 Cd…konstanta terčíku S…plocha průřezu ρ…hustota v…rychlost
Přesnost…několik %
☺ dobré dynamické vlastnosti - rezonanční frekvence až 200Hz
Dávkovací senzory
Dávkovací - senzor - čerpadlo
1 dm3/h – 103 dm3/h
Značkovací senzory průtoku
Značka
- vodivostní (vstřik elektrolytu do tekutiny) - optická (vstřik barviva) - tepelná - ionizační (příměsi radioizotopu)
Princip měření čas. intervalu mezi průchodem značky dvěma body ve směru proudění tekutiny
Korelační metoda
Ultrazvukové průtokoměry Pulsní ultrazvukový průtokoměr je založen na skládání rychlosti kapaliny w a rychlosti šíření ultrazvuku. Měří se doba šíření pulsu od vysílače k příjmači. Přesnost závisí na délce dráhy.
L ∆t 2 − ∆t1 v= 2 cos α ∆t1 ∆t 2 ∆t1…doba šíření od (V2,P2) k (V1,P1 ) ∆t2…doba šíření od (V1,P1) k (V2,P2 )
Ultrazvukové průtokoměry
Dopplerovský ultrazvukový průtokoměr (tento je příložného typu) Pracuje v kontinuálním režimu (stojatá vlna). Podobně jako silniční radarový rychloměr měří dopplerovský posuv frekvence. Tento typ využívá odrazu od bublin nebo rozptýlených pevných částic
Coriolisův průtokoměr
Coriolisova síla Fc je kolmá na osu otáčení a směr pohybu
FC závisí na - rychlosti otáčení f (ot/s) - hmotnosti tělesa m (kg) - rychlosti pohybu tělesa w (m/s) FC = 2 m (w × ω) … = 4π m w f
Coriolisův průtokoměr
∆l ∆FC = 2vω∆m = 2 ω∆m = 2Qmω∆l ∆t Trubice s kapalinou tekoucí rychlostí w: jestliže se otáčí kolem osy z, působí na kapalinu Coriolisova síla Fc Fc je kolmá na osu otáčení a směr proudění a má tendenci ohýbat trubici
Coriolisův průtokoměr Coriolisův senzor průtoku = typ s U trubicí
Trubice je rozkmitávána magnetickou silou Fm kolem osy ω. Fc vyvolá její zkroucení.
M = 2dFC = 4dbωQm ∆t ≈ Qm
