docPomiar natężenia przepływu
download 
Reklamacja Transkrypt
Pomiar natężenia przepływu
Metrologia przepływów – Pomiar natężenia przepływu POMIAR NATĘŻENIA PRZEPŁYWU Określenie ilości płynu (objętościowego lub masowego natężenia przepływu) – jeden z najpowszechniejszych rodzajów pomiaru w gospodarce przemysłowej produkcja światowa w 1979 • ropa naftowa – 32 mln baryłek (3.8 mln m3) • gaz naturalny – 60 bln ft3 (1.7 bln m3) niepewność pomiaru na poziomie 0.01% ⇒ ogromne straty Klasyfikacja przyrządów pomiarowych mierniki ilości: • ciężaru (płyny) • objętości (płyny) • objętości (gazy) typy mierników przepływowych (natężenia): • • • • • • różnicowe (ciśnieniowe) pomiar pędu czynnika o zmiennym przekroju poprzecznym pomiar reakcji hydrodynamicznej termiczne pomiar w oparciu o położenie powierzchni swobodnej cieczy • inne 11 Metrologia przepływów – Pomiar natężenia przepływu KRYZA • natężenie przepływu jest proporcjonalne do spadku ciśnienia pomiędzy przekrojami kontrolnymi Q ~ ∆p Q - objętościowe natężenie przepływu ∆p - spadek ciśnienia (przekroje: przepływ niezakłócony oraz maksymalnego przewężenia) • Q jest zależne od współczynnika wypływu – parametru trudnego do oszacowania (funkcja parametrów geometrycznych, kształtu gardzieli, liczby Re, położenia otworków impulsowych) ⇒ wymagana kalibracja • znaczne spadki ciśnienia ⇒ duża czułość ⇒ wysoka dokładność 12 Metrologia przepływów – Pomiar natężenia przepływu ZWĘŻKA VENTURI'EGO • miernik ciśnieniowo-różnicowy • kształt odzwierciedla układ linii prądu (brak oderwania warstwy przyściennej) ⇒ znacznie mniejsze straty ciśnienia niż w kryzie • współczynnik wypływu ≈ 1 KOLANO • miernik ciśnieniowo-różnicowy • większa niepewność pomiarowa • pomiar nieinwazyjny – nie występują dodatkowe straty ciśnienia • niski koszt – manometr podłączony do istniejącego kolana 13 Metrologia przepływów – Pomiar natężenia przepływu PRZEPŁYWOMIERZE "LAMINARNE" • wymagane ustalenie przepływu laminarnego w sekcji pomiarowej kapilary prostownice ulowe • możliwe wykorzystanie dobrze znanej zależności ∆p = 128 µL πρD 4 Q • metoda nie zalecana do przepływów płynów zanieczyszczonych • metoda 2-kierunkowa 14 Metrologia przepływów – Pomiar natężenia przepływu PRZEPŁYWOMIERZ TURBINOWY • prędkość obrotowa wirnika proporcjonalna do średniego natężenia przepływu • wysoka dokładność – błąd ≤ 0.25% • prędkość obrotowa jest określana poprzez sumowanie impulsów od łopatek wirnika 15 Metrologia przepływów – Pomiar natężenia przepływu ROTAMETR • natężenie przepływu jest proporcjonalne do położenia pływaka umieszczonego wewnątrz pionowej rury o narastającym polu przekroju; waga pływaka jest równoważona przez siły oporu • niskie i średnie ciśnienia – szklane lub plastikowe (przezroczyste) rury miernicze • wysokie ciśnienia ⇒ metalowe rury ⇒ położenie pływaka określane jest magnetycznie bądź elektrycznie • wymienne pływaki (różne masy i kształty) – szeroki zakres mierzonych natężeń przy zastosowaniu tej samej rury 16 Metrologia przepływów – Pomiar natężenia przepływu PRZEPŁYWOMIERZ TARCZOWY • natężenie przepływu jest proporcjonalne do siły oporu generowanego przez opływ płynu wokół tarczy • pomiar siły oporu – pomiar naprężeń przy użyciu tensometru • miernik 2-kierunkowy • możliwe zastosowanie do przepływu płynów zanieczyszczonych (z osadami) pod warunkiem, że cząsteczki nie zmieniają charakterystyki przyrządu 17 Metrologia przepływów – Pomiar natężenia przepływu PRZEPŁYWOMIERZE TERMICZNE • masowe natężenie przepływu m jest związane (odwrotnie proporcjonalnie) z przyrostem temperatury ∆T następującym pomiędzy 2 termometrami q m=C c p ⋅ ∆T q – strumień ciepła wydzielany przez grzejnik cp – ciepło właściwe przy stałym ciśnieniu C – współczynnik proporcjonalności • wymagana kalibracja • możliwe rozwiązania nieinwazyjne 18 Metrologia przepływów – Pomiar natężenia przepływu PRZELEWY • przeszkoda w poprzek przepływu (rzeki) • wersja zwężki dla kanałów otwartych • wysokość położenia cieczy przez przelewem ponad jego wierzchołkiem jest proporcjonalna do natężenia przepływu • pomiar położenia powierzchni swobodnej: wodowskaz pomiar ciśnienia statycznego • prawidłowość pomiaru (wierność charakterystyce) wymaga aby przestrzeń za przelewem była napowietrzona 19 Metrologia przepływów – Pomiar natężenia przepływu GENERATORY WIRÓW • zasadniczy element miernika – drut rozpięty w poprzek przepływu • dla zakresu liczb Re powyżej wartości krytycznej ślad za drutem (walcem) zdominowany jest przez gruboskalowe wiry generowane ze stałą wartością liczbą Strouhala (z częstotliwością proporcjonalną do prędkości średniej) ⇒ ścieżka wirów Karmana • pomiar częstotliwości: 20 przetworniki ciśnieniowe czujniki termiczne (wymagany podgrzew drutu) pomiar prędkości czujniki naprężeń czułych na wibracje drutu powstające na skutek spływających wirów Metrologia przepływów – Pomiar natężenia przepływu PRZEPŁYWOMIERZ AKUSTYCZNY • zasada działania - zjawisko Dopplera • 2 układy ultradźwiękowe nadajnik-odbiornik; przeciwne kierunki wysyłania wiązek • różnica w czasach przelotu jest związana z prędkością przepływu • znajomość profilu prędkości konieczna do wyznaczenia natężenia przepływu przepływomierze laserowe przepływomierze magnetyczne 21
