Měření průtoku a výšky hladiny

Transkript

Č Í S L O
4
MĚŘENÍ PRŮTOKU & MĚŘENÍ VÝŠKY HLADINY
www.omegaeng.cz • e-mail: [email protected]
'@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@6K?f@@@@@@@@@@@@@@@@@(
?
V'@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@6K?e3@@@@@@@@@@@@@@@(Y
?
?V'@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@6X?V'@@@@@@@@@@@@@(Y?
?
V'@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@1??N@@@@@@@@@@@@@H
?
?V'@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@Le3@@@@@@@@@@@5?
?
N@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@1eV'@@@@@@@@@@H?
?
?3@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@L??N@@@@@@@@@5
?
?V'@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@1?e3@@@@@@@@H
?
N@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@LeN@@@@@@@@?
?
?3@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@1e?3@@@@@@@?
?
?V'@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@L??V'@@@@@@?
?@@@@@@@@@@@@@@@@6X?g@@@@@@@@@@@?e?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@??@@@@@@@@@6Xh?W2@@@@@@@@@@?h?@@@@@@@@@@?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@6K?hfO2@@@@@@@@@@@@@@@@6Kh?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@6K?f?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?f@@@@@@@@@@@?
?
N@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@1?eN@@@@@@?
?@@@@@@@@@@@@@@@@@1?g3@@@@@@@@@@?e?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@??@@@@@@@@@@1h?7@@@@@@@@@@@?hJ@@@@@@@@@@?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@6Xg?W2@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@6X?f?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@6Xe?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?f3@@@@@@@@@@?
?
?3@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@Le?3@@@@@?
?@@@@@@@@@@@@@@@@@@LgN@@@@@@@@@@?e?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@??3@@@@@@@@@@h?@@@@@@@@@@@@?h7@@@@@@@@@5?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@)X?fW&@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@)Kf?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@)X??@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?fN@@@?@@@@@@?
?
?N@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@1e?N@@@@5?
?@@@@@@@@@@@@@@@@@@1g?@@@@@@@@@@?e?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@??N@@@@@@@@@@hJ@@@@@@@@@@@@Lh@@@@@@@@@@H?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@1?e?W&@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?e?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@1??@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?f?@@@?@@@@@@?
?
3@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@L?e3@@@H?
?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@L?f?@@@@@@@@@@?e?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?e@@@@@@@@@@L?g7@@@@@@@@@@@@1h@@@@@@@@@@e@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@LeW&@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@Le?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@L?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?f?@@@?@@@@@@?
?
N@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@)XeN@@@
?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@1?f?@@@@@@@@@@?e?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?e3@@@@@@@@@1?g@@@@@@@@@@@@@@g?J@@@@@@@@@@e@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@1e7@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@1e?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@1?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?f?@@@?@@@@@@?
?
?3@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@1e?3@@
?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@Lf?@@@@@@@@@@?e?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?eN@@@@@@@@@@?f?J@@@@@@@@@@@@@@L?f?7@@@@@@@@@5e@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@e@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@e?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?
?
?V'@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@L??N@@
?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@1f?@@@@@@@@@@?e?@@@@@@@@@@?
?@@@@@@@@@@?f?7@@@@@@@@@@@@@@1?f?@@@@@@@@@@He@@@@@@@@@@@?gI'@@@@@@@@@@e@@@@@@@@@@@?hI'@@@@@@@@@@e?@@@@@@@@@@@h?@@@@@@@@@@@he@@@@@@@@@@
?
)XeN@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@1?e3@
?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@L?e?@@@@@@@@@@?e?@@@@@@@@@@?
?@@@@@@@@@@Lf?@@@@@@@@@@@@@@@@?fJ@@@@@@@@@@?e@@@@@@@@@@@?g?N@@@@@@@@@@e@@@@@@@@@@5?h?N@@@@@@@@@@e?@@@@@@@@@@@h?@@@@@@@@@@@he@@@@@@@@@@
?
@1e?3@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@LeV'
?@@@@@@@@@@?@@@@@@@@@@1?e?@@@@@@@@@@?e?@@@@@@@@@@?
?3@@@@@@@@@1fJ@@@@@@@@@@@@@@@@Lf7@@@@@@@@@5?e@@@@@@@@@@@?h@@@@@@@@@@e@@@@@@@@@@H?he@@@@@@@@@@e?@@@@@@@@@@@h?@@@@@@@@@@@he@@@@@@@@@@
?
O2@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@he?J@@L??N@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@1
?@@@@@@@@@@?3@@@@@@@@@@Le?@@@@@@@@@@?e?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@f?N@@@@@@@@@@f7@@@@@@@@@@@@@@@@1f@@@@@@@@@@H?e@@@@@@@@@@@?h@@@@@@@@@@e@@@@@@@@@@hf@@@@@@@@@@e?@@@@@@@@@@@h?@@@@@@@@@@@he@@@@@@@@@@
@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@6K?
?
?O2@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@he?7@@1?e3@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@L?
?@@@@@@@@@@?N@@@@@@@@@@1e?@@@@@@@@@@?e?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@g@@@@@@@@@@f@@@@@@@@@@@@@@@@@@f@@@@@@@@@@f@@@@@@@@@@@?g?J@@@@@@@@@@e@@@@@@@@@@hf@@@@@@@@@@e?@@@@@@@@@@@hJ@@@@@@@@@@@he@@@@@@@@@@
@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@6K
?
W2@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@he?@@@@LeN@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@)X
?@@@@@@@@@@??3@@@@@@@@@@L??@@@@@@@@@@?e?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@g3@@@@@@@@@L??J@@@@@@@@@@@@@@@@@@L??J@@@@@@@@@5f@@@@@@@@@@@?gO&@@@@@@@@@@e@@@@@@@@@@hf@@@@@@@@@@e?@@@@@@@@@@@g?O&@@@@@@@@@@5he@@@@@@@@@@
@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@6Khg?
?O&@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@he?@@@@1e?3@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@1
?@@@@@@@@@@??N@@@@@@@@@@1??@@@@@@@@@@?e?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@gN@@@@@@@@@1??7@@@@@@@@e@@@@@@@@1??7@@@@@@@@@Hf@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@e@@@@@@@@@@hf@@@@@@@@@@e?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@Hhe@@@@@@@@@@
@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@6Khf?
?W2@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@he?@@@@@L??N@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@L?
?@@@@@@@@@@?e3@@@@@@@@@@L?@@@@@@@@@@?e?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@g?@@@@@@@@@@??@@@@@@@@@e@@@@@@@@@??@@@@@@@@@@?f@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@e@@@@@@@@@@hf@@@@@@@@@@e?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?he@@@@@@@@@@
@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@6Xhe?
O&@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@he?@@@@@)Xe3@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@)X
?@@@@@@@@@@?eN@@@@@@@@@@1?@@@@@@@@@@?e?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@g?@@@@@@@@@@?J@@@@@@@@5e@@@@@@@@@??@@@@@@@@@@?f@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@5e@@@@@@@@@@hf@@@@@@@@@@e?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?hf@@@@@@@@@@
@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@)X?h?
W2@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@he?@@@@@@1eV'@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@1
?@@@@@@@@@@?e?3@@@@@@@@@@?@@@@@@@@@@?e?@@@@@@@@@@?
?3@@@@@@@@@W&@@@@@@@@He3@@@@@@@@??@@@@@@@@@5?f@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@(Ye@@@@@@@@@@hf@@@@@@@@@@e?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@Lhf@@@@@@@@@@
@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@)Xh?
?W&@@@@@@@@@@@@@@@@@0M
?@@@@@@@L??N@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@L?
?@@@@@@@@@@?e?N@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?e?@@@@@@@@@@?
?N@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?eN@@@@@@@@@@@@@@@@@@@H?f@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@(Y?e@@@@@@@@@@L?h?J@@@@@@@@@@e?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@)X?he@@@@@@@@@@
?I4@@@@@@@@@@@@@@@@)X?g?
W&@@@@@@@@@@@@@0M?
J@@@@@@@1?e3@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@)X
?@@@@@@@@@@?f3@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?e?@@@@@@@@@@?
@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?e?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@g@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@0Yf@@@@@@@@@@)KhO&@@@@@@@@@@e?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@1?he@@@@@@@@@@
I4@@@@@@@@@@@@)Xg?
7@@@@@@@@@@@@0M?
7@@@@@@@@LeV'@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@1
?@@@@@@@@@@?fN@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?e?@@@@@@@@@@?
3@@@@@@@@@@@@@@@@@5?e?3@@@@@@@@@@@@@@@@@5g@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@0M?g@@@@@@@@@@@@6KfO2@@@@@@@@@@@@e?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@Lhe@@@@@@@@@@
I4@@@@@@@@@@@)X?f?
?J@@@@@@@@@@@0M?
@@@@@@@@@)X??N@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@L?
?@@@@@@@@@@?f?3@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?e?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?gN@@@@@@@@@@@@@@@@@H?e?N@@@@@@@@@@@@@@@@@Hg@@@@@@@@@@@?
3@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@e?@@@@@@@@@@@g?I'@@@@@@@@@@1he@@@@@@@@@@
I'@@@@@@@@@@)Xf?
W&@@@@@@@@@(M?
?J@@@@@@@@@@1?e3@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@)X
?@@@@@@@@@@?f?N@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?e?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?g?@@@@@@@@@@@@@@@@@g@@@@@@@@@@@@@@@@@?g@@@@@@@@@@@?
N@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@5e?@@@@@@@@@@@hN@@@@@@@@@@@he@@@@@@@@@@
?V4@@@@@@@@@@)X?e?
7@@@@@@@@@(Y
W&@@@@@@@@@@@LeV'@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@)X?hf?@@@@@@@@@@?g3@@@@@@@@@@@@@@@@@@?e?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?g?@@@@@@@@@@@@@@@@5g@@@@@@@@@@@@@@@@5?g@@@@@@@@@@@?
?3@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@(Ye?@@@@@@@@@@@h?@@@@@@@@@@@he@@@@@@@@@@
?I'@@@@@@@@@1?e?
?J@@@@@@@@@(Y?
?W&@@@@@@@@@@@@)X??V'@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@)Xhf?@@@@@@@@@@LgN@@@@@@@@@@@@@@@@@@?e?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?g?3@@@@@@@@@@@@@@@Hg3@@@@@@@@@@@@@@@H?g@@@@@@@@@@@?
?V'@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@(Y?e?@@@@@@@@@@@h?@@@@@@@@@@@he@@@@@@@@@@
V'@@@@@@@@@Le?
W&@@@@@@@@(Y
W&@@@@@@@@@@@@@@)XeV'@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@1hf?@@@@@@@@@@1g?3@@@@@@@@@@@@@@@@@?e?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?g?N@@@@@@@@@@@@@@@?gN@@@@@@@@@@@@@@@h@@@@@@@@@@@?
V4@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@0Yf?@@@@@@@@@@@h?@@@@@@@@@@@he@@@@@@@@@@
?V'@@@@@@@@1e?
7@@@@@@@@(Y?
7@@@@@@@@@@@@@@@@1e?V'@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@L?he?@@@@@@@@@@@g?V4@@@@@@@@@@@@@@@@?e?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?h@@@@@@@@@@@@@@@?g?@@@@@@@@@@@@@@@h@@@@@@@@@@@?
?I4@@@@@@@@@@@@@@@@@@@0Mg?@@@@@@@@@@@h?@@@@@@@@@@@he@@@@@@@@@@
N@@@@@@@@@L??
@@@@@@@@@H
@@@@@@@@@@@@@@@@@@fV4@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?
I4@@@@@@@@0M
?3@@@@@@@@1??
?J@@@@@@@@5?
?V'@@@@@@@@L?
?7@@@@@@@@H?
N@@@@@@@@1?
?@@@@@@@@5
?3@@@@@@@@?
J@@@@@@@@H
?N@@@@@@@@?
7@@@@@@@5?
@@@@@@@@?
@@@@@@@@H?
3@@@@@@@@
@@@@@@@@
N@@@@@@@@
@@@@@@@@
?@@@@@@@@
@@@@@@@5
?@@@@@@@@
@@@@@@@H
?@@@@@@@@
@@@@@@@?
?@@@@@@@@
@@@@@@@?
?@@@@@@@@
@@@@@@@?
?@@@@@@@@
@@@@@@@?
?@@@@@@@@
@@@@@@@?
?@@@@@@@@
@@@@@@@?
?O2@@@@@@@@@@@@@6K
?@@@@@@@@
@@@@@@@?
O2@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@6K
?@@@@@@@@
@@@@@@@?
O2@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@6K?
?@@@@@@@@
@@@@@@@?
O2@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@6K
?@@@@@@@@
@@@@@@@?
O2@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@6Kf?'@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?
?@@@@@@@@
@@@@@@@?
O2@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@6Xe?V'@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?
?@@@@@@@@
@@@@@@@?
W2@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@)K?eV'@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?
?O2@@@@@@@@@@@@@@@@@6K
?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@
@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?e?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?
?O2@@@@@@@@@@@@@@@@@@@6K
W2@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?g@@@@@@@@@@@@?@@@@@f@@@@@?hf?@@@@@@@@
@@@@@@@?
?O&@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@6X??V'@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?
?O2@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@6Khf?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@
?J@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?e?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?he?O2@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@6K
7@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?g@@@@@@@@@@@@?@@@@@e?J@@@@@?hf?@@@@@@@@
@@@@@@@?
?W2@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@)XeV'@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?
W2@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@6X?h?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@L?
?7@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?e?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?hO2@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@6X
@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@Lg@@@@@@@@@@@@?@@@@@L??7@@@@@?hf?@@@@@@@@
@@@@@@@?
W&@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@)X??V'@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?
?O&@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@)Kh?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@1?
?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?e?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?gW2@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@)X?
@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@1g@@@@@@@@@@@@?@@@@@1??@@@@@@?hf?@@@@@@@@
@@@@@@@?
?W&@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@)XeV'@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?
?W2@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@6Xg?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?
?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?e?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?f?W&@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@)X
?J@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@he@@@@f?@@@@@@??@@@@@@?hf?@@@@@@@@
@@@@@@@?
?7@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@)X??V'@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?
W&@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@)X?f?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@L
J@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?e?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?fW&@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@)X?hf?7@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@L?h@@@@f?@@@@@@??@@@@@@?hf?@@@@@@@@
@@@@@@@?
J@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@)XeN@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?
7@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@1?f?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@1
7@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?e?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?f7@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@1?hf?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@1?h@@@@f?@@@@@@??@@@@@@?hf?@@@@@@@@
@@@@@@@?
?W&@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@1e?3@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?hf?J@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@Lf?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@
@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?e?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?e?J@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@LhfJ@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?h@@@@f?@@@@@@@@@@@@@@?hf?@@@@@@@@
@@@@@@@?
W&@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@L??V'@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?hf?7@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@1f?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@hf?J@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?e?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?e?7@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@1hf7@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@Lh@@@@f?@@@?@@@@@@@@@@?hf?@@@@@@@@
@@@@@@@?
7@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@0M??I4@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@)XeN@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?hfJ@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@L?e?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@L?he?7@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?e?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?eJ@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@hf@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@1h@@@@f?@@@?@@@@@@@@@@?hf?@@@@@@@@
@@@@@@@?
?J@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@0M?h?I4@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@1e?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?hf7@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@1?e?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@1?he?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?e?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?e7@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@he?J@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@h@@@@f?@@@?@@@@@@@@@@?hf?@@@@@@@@
@@@@@@@?
?7@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@0M?hf?I'@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@L??@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?hf@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?e?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?heJ@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?e?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?e@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@L?h?7@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@h@@@@f?@@@?@@@@@@@@@@?hf?@@@@@@@@
@@@@@@@?
J@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@0M?
V'@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@1?
@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@Le?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@Lhe7@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?e?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?e@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@1?h?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@L?g@@@@f?@@@?3@@@@?@@@@?
?@@@@@@@@
@@@@@@@?
@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@0M?
?V4@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?
@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@e?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@he@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?e?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?e@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?h?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?g@@@@f?@@@?V4@@@?@@@@?
?@@@@@@@@
@@@@@@@?
@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@(?
?'@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@
?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?f@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@e?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@he@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?e?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@??@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@h@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?hW2@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?g@@@@f?@@@e@@@@?@@@@?hf?@@@@@@@@
@@@@@@@?
?J@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@(Y?
?V'@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@
?@@@@@@@@@@@@@@@@@@(M?hI'@@@@@@@@@@@@@@@@@@e?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@h?J@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?e?@@@@@@@@@@@@@@@@?
?@@@@@@@@@@@@@@@@@(Mhe?I'@@@@@@@@@@@@@@@@?h7@@@@@@@@@@@@@@(Y@@@@@@@@@@@@@@L
?@@@@@@@@
@@@@@@@?
?7@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@H
V'@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@L?
?@@@@@@@@@@@@@@@@@(Yhe?V'@@@@@@@@@@@@@@@@@e?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@L?g?7@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?e?@@@@@@@@@@@@@@@@?
?@@@@@@@@@@@@@@@@@H?hfN@@@@@@@@@@@@@@@@?h@@@@@@@@@@@@@@@H?@@@@@@@@@@@@@@1
?@@@@@@@@
@@@@@@@?
?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@5?
?V'@@@@@@@@@@@@@@@@@@@1?
?@@@@@@@@@@@@@@@@@H?hfN@@@@@@@@@@@@@@@@@e?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@1?g?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?e?@@@@@@@@@@@@@@@@?
?@@@@@@@@@@@@@@@@@
?@@@@@@@@@@@@@@@@?g?J@@@@@@@@@@@@@@@??3@@@@@@@@@@@@@@
?@@@@@@@@
@@@@@@@?
?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@(Y?
N@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?e@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?he?@@@@@@@@@@@@@@@@@
?@@@@@@@@@@@@@@@@@e?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?gJ@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?e?@@@@@@@@@@@@@@@@?
?@@@@@@@@@@@@@@@@5
?@@@@@@@@@@@@@@@@?g?7@@@@@@@@@@@@@@5??N@@@@@@@@@@@@@@L?
?@@@@@@@@
@@@@@@@?
?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@H
?3@@@@@@@@@@@@@@@@@@@Le@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?he?@@@@@@@@@@@@@@@@@
?@@@@@@@@@@@@@@@@@e?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@Lg7@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?e?@@@@@@@@@@@@@@@@?
?@@@@@@@@@@@@@@@@H
?@@@@@@@@@@@@@@@H?e@@@@@@@@@@@@@@1?
?@@@@@@@@
@@@@@@@?
J@@@@@@@@@@@@@@@@@@@5?
?N@@@@@@@@@@@@@@@@@@@1e@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?he?@@@@@@@@@@@@@@@@@
?@@@@@@@@@@@@@@@@@e?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@1g@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?e?@@@@@@@@@@@@@@@@?
?@@@@@@@@@@@@@@@@?
?@@@@@@@@@@@@@@@f@@@@@@@@@@@@@@@?
?@@@@@@@@
@@@@@@@?
7@@@@@@@@@@@@@@@@@@@H?
3@@@@@@@@@@@@@@@@@@@e3@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?he?@@@@@@@@@@@@@@@@@
?3@@@@@@@@@@@@@@@@e?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@g@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?e?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@e?@@@@@@@@@@@@@@@@?
J@@@@@@@@@@@@@@@f3@@@@@@@@@@@@@@?
?@@@@@@@@
@@@@@@@?
@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@
N@@@@@@@@@@@@@@@@@@@eN@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?he?@@@@@@@@@@@@@@@@@
?N@@@@@@@@@@@@@@@@e?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@L?e?J@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?e?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@e?@@@@@@@@@@@@@@@@?
7@@@@@@@@@@@@@@5fN@@@@@@@@@@@@@@L
?@@@@@@@@
@@@@@@@?
@@@@@@@@@@@@@@@@@@@5
?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@e?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?he?@@@@@@@@@@@@@@@@@
@@@@@@@@@@@@@@@@e?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@1?e?7@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?e?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@e?@@@@@@@@@@@@@@@@?g@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?g@@@@@@@@@@@@@@@Hf?@@@@@@@@@@@@@@1
?@@@@@@@@
@@@@@@@?
@@@@@@@@@@@@@@@@@@@H
?3@@@@@@@@@@@@@@@@@@e?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?he?@@@@@@@@@@@@@@@@@
@@@@@@@@@@@@@@@@e?@@@@@@@@@@@@@@@@?@@@@@@@@@@@@@?e?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?e?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@e?@@@@@@@@@@@@@@@@?g@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?f?J@@@@@@@@@@@@@@@?f?@@@@@@@@@@@@@@@
?@@@@@@@@
@@@@@@@?
@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?
?N@@@@@@@@@@@@@@@@@@e?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?he?@@@@@@@@@@@@@@@@@
@@@@@@@@@@@@@@@@e?@@@@@@@@@@@@@@@@?@@@@@@@@@@@@@?eJ@@@@@@@@@@@@@?@@@@@@@@@@@@@@@@?e?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@e?@@@@@@@@@@@@@@@@?g@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?f?7@@@@@@@@@@@@@@5?f?3@@@@@@@@@@@@@@L?
?@@@@@@@@
@@@@@@@?
@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?
@@@@@@@@@@@@@@@@@@e?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?he?@@@@@@@@@@@@@@@@@
@@@@@@@@@@@@@@@@e?@@@@@@@@@@@@@@@@?3@@@@@@@@@@@@Le7@@@@@@@@@@@@@?@@@@@@@@@@@@@@@@?e?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@e?@@@@@@@@@@@@@@@@?g@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?f?@@@@@@@@@@@@@@@H?f?N@@@@@@@@@@@@@@1?
?@@@@@@@@
@@@@@@@?
@@@@@@@@@@@@@@@@@@5?
@@@@@@@@@@@@@@@@@@e?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?he?@@@@@@@@@@@@@@@@@
@@@@@@@@@@@@@@@@e?@@@@@@@@@@@@@@@@?N@@@@@@@@@@@@1e@@@@@@@@@@@@@5?@@@@@@@@@@@@@@@@?e?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@e?@@@@@@@@@@@@@@@@?g@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?fJ@@@@@@@@@@@@@@@h@@@@@@@@@@@@@@@?
?@@@@@@@@
@@@@@@@?
@@@@@@@@@@@@@@@@@@H?
@@@@@@@@@@@@@@@@@@e?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?he?@@@@@@@@@@@@@@@@@
@@@@@@@@@@@@@@@@e?@@@@@@@@@@@@@@@@??@@@@@@@@@@@@@?J@@@@@@@@@@@@@H?@@@@@@@@@@@@@@@@?e?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@e?@@@@@@@@@@@@@@@@?g@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?f7@@@@@@@@@@@@@@@h3@@@@@@@@@@@@@@L
?@@@@@@@@
@@@@@@@?
@@@@@@@@@@@@@@@@@@
@@@@@@@@@@@@@@@@@@eJ@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?he?@@@@@@@@@@@@@@@@@
@@@@@@@@@@@@@@@@e?@@@@@@@@@@@@@@@@??3@@@@@@@@@@@@W&@@@@@@@@@@@@@??@@@@@@@@@@@@@@@@?e?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@e?@@@@@@@@@@@@@@@@?g@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?f@@@@@@@@@@@@@@@5hN@@@@@@@@@@@@@@1
?@@@@@@@@
@@@@@@@?
3@@@@@@@@@@@@@@@@@
@@@@@@@@@@@@@@@@@@e7@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?he?@@@@@@@@@@@@@@@@@
@@@@@@@@@@@@@@@@e?@@@@@@@@@@@@@@@@??N@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@5??@@@@@@@@@@@@@@@@?e?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@e?@@@@@@@@@@@@@@@@?g@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?f@@@@@@@@@@@@@@@Hh?@@@@@@@@@@@@@@@
?@@@@@@@@
@@@@@@@?
N@@@@@@@@@@@@@@@@@
@@@@@@@@@@@@@@@@@@e@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?he?@@@@@@@@@@@@@@@@@
?J@@@@@@@@@@@@@@@@e?@@@@@@@@@@@@@@@@?e@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@H??@@@@@@@@@@@@@@@@?e?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@e?@@@@@@@@@@@@@@@@?g@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?e?J@@@@@@@@@@@@@@@?h?@@@@@@@@@@@@@@@
?@@@@@@@@
@@@@@@@?
?@@@@@@@@@@@@@@@@@
@@@@@@@@@@@@@@@@@@e@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?he?@@@@@@@@@@@@@@@@@
?7@@@@@@@@@@@@@@@@e?@@@@@@@@@@@@@@@@?e3@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@e?@@@@@@@@@@@@@@@@?e?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@e?@@@@@@@@@@@@@@@@?g@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?e?7@@@@@@@@@@@@@@@?h?@@@@@@@@@@@@@@@L?
?@@@@@@@@
@@@@@@@?
?@@@@@@@@@@@@@@@@@L?
@@@@@@@@@@@@@@@@@5
?@@@@@@@@@@@@@@@@@
?@@@@@@@@@@@@@@@@@e?@@@@@@@@@@@@@@@@?eN@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@5e?@@@@@@@@@@@@@@@@?e?@@@@@@@@@@@@@@@@?
?@@@@@@@@@@@@@@@@?g@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?e?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@1?
?@@@@@@@@
@@@@@@@?
?3@@@@@@@@@@@@@@@@1?
@@@@@@@@@@@@@@@@@H
?@@@@@@@@@@@@@@@@@
?@@@@@@@@@@@@@@@@@e?@@@@@@@@@@@@@@@@?e?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@He?@@@@@@@@@@@@@@@@?e?@@@@@@@@@@@@@@@@?
?@@@@@@@@@@@@@@@@?g@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?eJ@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?
?@@@@@@@@
@@@@@@@?
?N@@@@@@@@@@@@@@@@@?
@@@@@@@@@@@@@@@@@?
?@@@@@@@@@@@@@@@@@
?@@@@@@@@@@@@@@@@@e?@@@@@@@@@@@@@@@@?e?3@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?e?@@@@@@@@@@@@@@@@?e?@@@@@@@@@@@@@@@@?
?@@@@@@@@@@@@@@@@?
?@@@@@@@@@@@@@@@@?e7@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@L
?@@@@@@@@
@@@@@@@?
3@@@@@@@@@@@@@@@@?
?J@@@@@@@@@@@@@@@@5?
?@@@@@@@@@@@@@@@@@L?hf?@@@@@@@@@@@@@@@@@e?@@@@@@@@@@@@@@@@?e?N@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?e?@@@@@@@@@@@@@@@@?e?@@@@@@@@@@@@@@@@?
?@@@@@@@@@@@@@@@@L
?@@@@@@@@@@@@@@@@?e@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@1
?@@@@@@@@
@@@@@@@?
N@@@@@@@@@@@@@@@@?
?7@@@@@@@@@@@@@@@@H?
?@@@@@@@@@@@@@@@@@1?hfJ@@@@@@@@@@@@@@@@@e?@@@@@@@@@@@@@@@@?f@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@5?e?@@@@@@@@@@@@@@@@?e?@@@@@@@@@@@@@@@@?
?@@@@@@@@@@@@@@@@1
?@@@@@@@@@@@@@@@@?e@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@
?@@@@@@@@
@@@@@@@?
?@@@@@@@@@@@@@@@@L
?@@@@@@@@@@@@@@@@@
?@@@@@@@@@@@@@@@@@@?he?O&@@@@@@@@@@@@@@@@@e?@@@@@@@@@@@@@@@@?f@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@H?e?@@@@@@@@@@@@@@@@?e?@@@@@@@@@@@@@@@@?
?@@@@@@@@@@@@@@@@@L?hfJ@@@@@@@@@@@@@@@@??J@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@L?
?@@@@@@@@
@@@@@@@?
@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@1
J@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?he?3@@@@@@@@@@@@@@@@@@6Kg?O2@@@@@@@@@@@@@@@@@@5e?@@@@@@@@@@@@@@@@?f3@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@f?@@@@@@@@@@@@@@@@?e?@@@@@@@@@@@@@@@@?
?3@@@@@@@@@@@@@@@@)Khe?W&@@@@@@@@@@@@@@@@??7@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@1?
?@@@@@@@@
@@@@@@@?
@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@L?
7@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?he?N@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@He?@@@@@@@@@@@@@@@@?fN@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@5f?@@@@@@@@@@@@@@@@?e?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?N@@@@@@@@@@@@@@@@@@6KhO&@@@@@@@@@@@@@@@@@??@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?
?@@@@@@@@
@@@@@@@?
@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@1?
?J@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?hf@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?e?@@@@@@@@@@@@@@@@?f?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@Hf?@@@@@@@@@@@@@@@@?e?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@e@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?J@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?
?@@@@@@@@
@@@@@@@?
@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@L
W&@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?hf@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?e?@@@@@@@@@@@@@@@@?f?3@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?f?@@@@@@@@@@@@@@@@?e?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@e@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@5?7@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@L
?@@@@@@@@
@@@@@@@?
@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@)X?
7@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?hf3@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@5?e?@@@@@@@@@@@@@@@@?f?N@@@@@@@@@@@@@@@@@@5?f?@@@@@@@@@@@@@@@@?e?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@e3@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@H?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@1
?@@@@@@@@
@@@@@@@?
@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@1?
?J@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?hfN@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@H?e?@@@@@@@@@@@@@@@@?g@@@@@@@@@@@@@@@@@@H?f?@@@@@@@@@@@@@@@@?e?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@eN@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?J@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@
?@@@@@@@@
@@@@@@@?
@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?
W&@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?hf?3@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@5f?@@@@@@@@@@@@@@@@?g3@@@@@@@@@@@@@@@@@g?@@@@@@@@@@@@@@@@?e?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@e?3@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?7@@@@@@@@@@@@@@@?
?@@@@@@@@@@@@@@@L?
?@@@@@@@@
@@@@@@@?
@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@6X
?W&@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?hf?V'@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@Hf?@@@@@@@@@@@@@@@@?gN@@@@@@@@@@@@@@@@5g?@@@@@@@@@@@@@@@@?e?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@e?N@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@5?@@@@@@@@@@@@@@@5?
?3@@@@@@@@@@@@@@1?
?@@@@@@@@
@@@@@@@?
@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@)X?
W&@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?
N@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@5?f?@@@@@@@@@@@@@@@@?g?@@@@@@@@@@@@@@@@Hg?@@@@@@@@@@@@@@@@?e?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@f3@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@H?@@@@@@@@@@@@@@@H?
?N@@@@@@@@@@@@@@@?
?@@@@@@@@
@@@@@@@?
@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@)X
?W&@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?
?3@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@(Y?f?@@@@@@@@@@@@@@@@?g?3@@@@@@@@@@@@@@@?g?@@@@@@@@@@@@@@@@?e?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@fV'@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@5?J@@@@@@@@@@@@@@@
@@@@@@@@@@@@@@@L
?@@@@@@@@
@@@@@@@?
@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@)K?
O&@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?
?V4@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@0Yg?@@@@@@@@@@@@@@@@?g?N@@@@@@@@@@@@@@@?g?@@@@@@@@@@@@@@@@?e?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@f?V'@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@(Y?7@@@@@@@@@@@@@@@
3@@@@@@@@@@@@@@1
?@@@@@@@@
@@@@@@@?
@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@6K?hfW2@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?
?I'@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@(Mh?@@@@@@@@@@@@@@@@?h@@@@@@@@@@@@@@5?g?@@@@@@@@@@@@@@@@?e?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@gV4@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@(Ye@@@@@@@@@@@@@@@5
N@@@@@@@@@@@@@@@
?@@@@@@@@
@@@@@@@?
@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@6X?h?O&@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?
V4@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@0Y?h?@@@@@@@@@@@@@@@@?h@@@@@@@@@@@@@@H?g?@@@@@@@@@@@@@@@@?e?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@hI4@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@0Y??J@@@@@@@@@@@@@@@H
?@@@@@@@@@@@@@@@
?@@@@@@@@
@@@@@@@?
@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@)Xh@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?
?I4@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@0Mhf?@@@@@@@@@@@@@@@@?h3@@@@@@@@@@@@@h?@@@@@@@@@@@@@@@@?e?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@heI4@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@0M?e?7@@@@@@@@@@@@@@@?
?@@@@@@@@@@@@@@@L?
?@@@@@@@@
@@@@@@@?
@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@)h@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?
?I4@@@@@@@@@@@@@@@@@0M
?@@@@@@@@@@@@@@@@?hV4@@@@@@@@@@@@h?@@@@@@@@@@@@@@@@?e?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@
?I4@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@0M?g?@@@@@@@@@@@@@@@@?
?@@@@@@@@@@@@@@@@?
?@@@@@@@@
@@@@@@@?
?@@@@@@@@
@@@@@@@?
?@@@@@@@@
@@@@@@@?
?@@@@@@@@
@@@@@@@?
?@@@@@@@@
@@@@@@@?
?@@@@@@@@
@@@@@@@L
?@@@@@@@@
@@@@@@@1
?@@@@@@@@
@@@@@@@@
?@@@@@@@@
@@@@@@@@
?@@@@@@@@
@@@@@@@@L?
J@@@@@@@@
@@@@@@@@1?
7@@@@@@@5
3@@@@@@@@?
?J@@@@@@@@H
N@@@@@@@@L
?7@@@@@@@@?
?@@@@@@@@1
J@@@@@@@@5?
?3@@@@@@@@L?
7@@@@@@@@H?
?N@@@@@@@@)X
?J@@@@@@@@5??
3@@@@@@@@)X?
W&@@@@@@@@H??
N@@@@@@@@@)X
?W&@@@@@@@@5e?
?3@@@@@@@@@)X?
W&@@@@@@@@@He?
?V'@@@@@@@@@)X
?W&@@@@@@@@@5?e?
N@@@@@@@@@@)X?
O&@@@@@@@@@(Y?e?
?3@@@@@@@@@@)K
?O2@@@6K
?O2@@6K?e?O2@@@6KheO2@@@6K?heO2@@6K
O2@@@@@6K?heO2@@@@6K
?O2@@@6XhO2@@6K
?O2@@@6K
W2@@@@@@@@@@@Hf?
?V'@@@@@@@@@@@6K
O2@@@@@@@@6Kf?@@@@@@@@@@@@@@6KO2@@@@@@@@?f?O2@@@@@@@@6X?gO2@@@@@@@@@@@@@@e?W2@@@@@@@@@@@6XgO2@@@@@@@@6Xf?@@@@@6?2@@@@@@)X?fW2@@@@@@@@@@@@@@
W2@@@@@@@@@6X?e?@@@@@@@@@@@@@@@
?O&@@@@@@@@@@@5?f?
V'@@@@@@@@@@@@6K
W2@@@@@@@@@@@@@?eJ@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@Le?W2@@@@@@@@@@@)XfW2@@@@@@@@@@@@@@@HeW&@@@@@@@@@@@@@1fW2@@@@@@@@@@@)X?eJ@@@@@@@@@@@@@@@1?e?W&@@@@@@@@@@@@@@@hf?W&@@@@@@@@@@@)Xe?@@@@@@@@@@@@@@@
O2@@@@@@@@@@@@@(Y?f?
?V'@@@@@@@@@@@@@@@6K
7@@@@@@@@@@@@@@Le7@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@1e?7@@@@@@@@@@@@@)X?e7@@@@@@@@@@@@@@@@?e7@@@@@@@@@@@@@@@e?W&@@@@@@@@@@@@@1?e7@@@@@@@@@@@@@@@@LeW&@@@@@@@@@@@@@@@@hfW&@@@@@@@@@@@@@1e?@@@@@@@@@@@@@@@
?O2@@@@@@@@@@@@@@@(Yg?
V'@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@g?J@@@@@@@@@@@@@@@1e@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@eJ@@@@@@@@@@@@@@@1??J@@@@@@@@@@@@@@@@@??J@@@@@@@@@@@@@@@@e?7@@@@@@@@@@@@@@@Le@@@@@@@@@@@@@@@@@1e7@@@@@@@@@@@@@@@@5he?W&@@@@@@@@@@@@@@@L??@@@@@@@@@@@@@@@f?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@(Y?g?
?V4@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@g?7@@@@@@@@@@@@@@@@e@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?W&@@@@@@@@@@@@@@@@??7@@@@@@@@@@@@@@@@@??7@@@@@@@@@@@@@@@@eJ@@@@@@@@@@@@@@@@1e@@@@@@@@@@@@@@@@@@?J@@@@@@@@@@@@@@@@@Hhe?7@@@@@@@@@@@@@@@@1??@@@@@@@@@@@@@@@f?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@0Yh?
?I'@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@gJ@@@@@@@(?'@@@@@@@e@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?7@@@@@@(M?I'@@@@@@??@@@@@@@(?'@@@@@@@@??@@@@@@@X??@@@@@@@e7@@@@@@(M??@@@@@@@e@@@@@@@@@@@@@@@@@@?7@@@@@@@(?'@@@@@@@?he?@@@@@@@(M?@@@@@@@@??@@@@@@@@@@@@@@5f?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@(Mhe?
V4@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@g7@@@@@@(Y?N@@@@@@@e@@@@@@@(M?@@@@@@@@e@@@@@@@@?@@@@@@@Y?eV@@@@@@?J@@@@@@@H?V'@@@@@@5?g?V@@@@@@@@@@e@@@@@@@Ye?@@@@@@@e@@@@@@@(M?@@@@@@@@?@@@@@@@(Y?N@@@@@@@?heJ@@@@@@@H??@@@@@@@@?fW@@@@@@@@@(Yf?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@0Y?he?
I4@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@g@@@@@@@He?@@@@@@@e@@@@@@@He@@@@@@@5e@@@@@@@5?@@@@@@@@@@@@@@@@@@?7@@@@@@@f@@@@@@H?eO2@@@@@@@@@@@@@@?J@@@@@@@@@@@@@@@@@@?J@@@@@@@He@@@@@@@5?@@@@@@@H?e@@@@@@@?he7@@@@@@5
?W&@@@@@@@@(Y?f?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@0M?hf?
I4@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@g@@@@@@@?e?@@@@@@@?J@@@@@@@?e@@@@@@@He@@@@@@@HJ@@@@@@@@@@@@@@@@@@?@@@@@@@5e?7@@@@@@eW2@@@@@@@@@@@@@@@@?7@@@@@@@@@@@@@@@@@@?7@@@@@@@?e@@@@@@@H?@@@@@@@e?J@@@@@@@?he@@@@@@@H
W&@@@@@@@@(Yg?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@0M?hg?
?I4@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@g@@@@@@@?e?@@@@@@@?@@@@@@@@?e@@@@@@@?e@@@@@@@?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?@@@@@@0Ye?@@@@@@@e&@@@@@@@@@@@@@@@@@?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?@@@@@@@@?e@@@@@@@??@@@@@@@e?@@@@@@@@?he@@@@@@@?
&@@@@@@@@0Y?g?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@0M
?
@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@f?@@@@@@@@?eW2@@@@@@?@@@@@@@@??W2@@@@@@?e@@@@@@@?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?@@@@@@@6K?O2@@@@@@?W2@@@@@@@@@@@@@@@@@?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?@@@@@@@f@@@@@@@??@@@@@@6X?W2@@@@@@ ?@@@@@@@e@@@@@@@?hfW2@@@@@@@@he?@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@?
?
?3@@@@@@@??W&@@@@@@5?@@@@@@@H??7@@@@@@@?e@@@@@@@?@@@@@@@Xhf@@@@@@@@@@@@@@@@@@?7@@@@@@@(M?@@@@@@@H?@@@@@@@X?he?@@@@@@@f@@@@@@@??@@@@@@@)?&@@@@@@@eJ@@@@@@@e@@@@@@@LeW2@@@@@@?W&@@@@@@@@Y
?
?N@@@@@@@?O&@@@@@@@H?@@@@@@@e?@@@@@@@5??J@@@@@@@?3@@@@@@)K?O2@@@@@@e3@@@@@@@@@@@@@@@@@?@@@@@@@@He@@@@@@@??@@@@@@@)K?O2@@@@@@??@@@@@@@e?J@@@@@@@??@@@@@@@@@@@@@@@@@e7@@@@@@@e@@@@@@@)KO&@@@@@@5?7@@@@@@@@@@@@@@@?
?
@@@@@@@@@@@@@@@@5??@@@@@@@e?@@@@@@@H??7@@@@@@@?N@@@@@@@@@@@@@@@@@eN@@@@@@@@@@@@@@@@5?@@@@@@@@W2@@@@@@@@??3@@@@@@@@@@@@@@@@5??@@@@@@@e?7@@@@@@5??@@@@@@@@@@@@@@@@@e@@@@@@@@e@@@@@@@@@@@@@@@@@H?@@@@@@@@@@@@@@@@?
?
@@@@@@@@@@@@@@@@H?J@@@@@@@e?@@@@@@@e?@@@@@@@5??@@@@@@@@@@@@@@@@5e?@@@@@@@@@@@@@@@@H?@@@@@@@@@@@@@@@@@@??N@@@@@@@@@@@@@@@@H?J@@@@@@@e?@@@@@@@H??3@@@@@@@@@@@@@@@@e@@@@@@@5e3@@@@@@@@@@@@@@@5?J@@@@@@@@@@@@@@@5?
?
3@@@@@@@@@@@@@@5e7@@@@@@@e?@@@@@@@e?@@@@@@@H??3@@@@@@@@@@@@@@(Ye?@@@@@@@@@@@@@@@@??@@@@@@@@@@@@@@@@@@?e3@@@@@@@@@@@@@@5e7@@@@@@@e?@@@@@@@e?V'@@@@@@@@@@@@@@@e@@@@@@@HeN@@@@@@@@@@@@@@(Y?7@@@@@@@@@@@@@@@H?
?
V'@@@@@@@@@@@@0Ye@@@@@@@5e?@@@@@@@e?@@@@@@@e?V'@@@@@@@@@@@@0Y?fI4@@@@@@@@@@@@@??3@@@@@@@@@@@@@@@@@?eV'@@@@@@@@@@@@0Ye@@@@@@@5e?@@@@@@@fV4@@@@@@@@@@@@@5e@@@@@@@?e?@@@@@@@@@@@@@(Ye@@@@@@@@@@@@@@@@
?
?V4@@@@@@@@@0Mf@@@@@@0Ye?@@@@@@@e?@@@@@@@fV4@@@@@@@@@0M?hf?W@@@@@@@??V4@@@@@@@0?4@@@@@@?e?V4@@@@@@@@@0Mf@@@@@@0Ye?@@@@@@@hf@@@@@@@He@@@@@@@?fI4@@@@@@@@@0Y?e@@@@@@@@@@@@@@@@
?
?I4@@@@@0M
I4@@@@@0M?g@@@@@@6KO&@@@@@@5?e?I4@@@0M
?I4@@@@0M?
@@@@@@6Ke@@@@@@@?
I4@@@@0M
?
@@@@@@@@@@@@@@@@H?
@@@@@@@@@@@@@@@@5?
?
@@@@@@@@@@@@@@@5
3@@@@@@@@@@@@@@@H?
?
3@@@@@@@@@@@@@(Y
N@@@@@@@@@@@@@@5
?
V'@@@@@@@@@@@0Y?
?@@@@@@@@@@@@@0Y
?
?V4@@@@@@@@0M?
I4@@@@@@@@0M
?
Mûfiení prÛtoku & mûfiení v˘‰ky hladiny
Soubor technick˘ch informací poskytovan˘ch firmou OMEGA
âÍSLO
4
OBSAH
âÍSLO 4 - Mù¤ENÍ PRÒTOKU & Mù¤ENÍ V¯·KY HLADINY
Kapitola
Téma
Str.
Rychlostní
Rychlostní
profil pfii
profil pfii
nebo
turbulentním
laminárním
proudûní
proudûní
●
Průkopníci v oblasti proudění
●
Výběr snímače pro měření průtoku
E
●
08
D
w
E
Přesnost a opakovatelnost měření
Budící cívka
magnetického pole
Obrázek 1-3: Základem magnetického prÛtokomûru je FaradayÛv zákon
●
●
●
Alternativy primárního
snímacího elementu
Pitotovy trubice
Průtokoměry s proměnlivým
průtočným průřezem
Odbûr
nízkého
tlaku
Odbûr
vysokého
tlaku
Klínov˘ element
D
16
H
A) Segmentov˘ klínov˘ snímaã
B) Venturiho kuÏelovit˘ prÛtokomûr
Obrázek 2-8: Znaãkové elementy pro mûfiení prÛtoku obtíÏn˘ch tekutin
Odměrné objemové průtokoměry
●
Turbínové průtokoměry
●
Ostatní rotační průtokoměry
Kalibrovaná komora (trubka)
1. snímaã
2. snímaã
34
Oddûlovací píst
●
Kalibrovan˘
objem
Obrázek 3-7: Provozní zku‰ební zafiízení s montáÏí do potrubí
1.00
●
Magnetické průtokoměry
K = 1 asymptota pro ploch˘
rychlostní profil
0.95
0.90
●
K
Průtokoměry vortex
46
0.85
0.80
●
Ultrazvukové průtokoměry
0.75
K = 0.75 asymptota pro laminární proudûní
0.70
1
10
100
4
1,000
10
10
5
10
6
10
7
Re
Obrázek 4-11: Závislost koeficientu K na hodnotû Reynoldsova ãísla
●
●
●
Hmotnostní průtokoměry na
principu Coriolisova zrychlení
Tepelné hmotnostní průtokoměry
Tepelné anemometry
Podpûra (obvyklá
montáÏ)
SkfiíÀ hmotnostního
prÛtokomûru
Podpûra
SkfiíÀ hmotnostního
prÛtokomûru
Pfiíruby
Spoj potrubí s prÛtoãnou trubicí
POZNÁMKA:
Vzdálenost mezi
napojením potrubí
na prÛtoãnou
trubicí a podpûrou
nesmí b˘t vût‰í
neÏ 15 palcÛ
·ipka
ukazující smûr toku
A) Horizontální, vodorovná, instalace
'U' - podpûra
C) Podepfiení a uchycení mûfiiãe
'V' - podpûra
·ipka
ukazující
smûr toku
58
POZNÁMKA: Vzdálenost
mezi napojením potrubí
na prÛtoãnou trubicí
a podpûrou nesmí b˘t
vût‰í neÏ 15 palcÛ
B) Vertikální, svislá, instalace
'V' - svorka se ‰rouby a maticemi
Obrácená závûsná
potrubní svorka
'V' - podloÏka
se svorkou (lze obrátit)
Obrázek 5-6: Varianty instalace Coriolisova mûfiiãe
04
âíslo 4
ZPRAVODAJ
INFORMAâNÍ KAPITOLY
Ediční poznámka
O firmě OMEGA
06 106 Informační zdroje, literatura
07 110 Slovník
âÍSLO 4 - Mù¤ENÍ PRÒTOKU & Mù¤ENÍ V¯·KY HLADINY
Kapitola
Téma
●
Výběr snímače pro měření výšky
hladiny
Str.
V˘‰ka hladiny %
100
Vertikální válcová
nádoba
Kulová nádoba
72
50
●
Vařící & kryogenní tekutiny
●
Kaly, pěny & roztavené kovy
Horizontální
válcová nádoba
s kruhov˘m prÛfiezem
50
0
100 Objem %
Obrázek 6-1: Vztah mezi v˘‰kou hladiny a objemem materiálu pro rÛzné nádoby
●
●
●
●
Přímá a izolovaná montáž
Trubkové systémy pro
měření výšky hladiny
Plováky a ponorné měrky
Bimetalick˘
kompensátor
vlivu teploty
Konstrukce sondy
●
Instalační hlediska
Mûchy
ve zpûtné vazbû
V˘stup
Opûrn˘ ãep
a tûsnûní
Vysok˘ tlak
Nízkotlaká
strana
Vysokotlaká
strana
Napájecí
stlaãen˘
vzduch
76
Vysokotlaká strana
Membrána,
kapsle
vyplnûná kapalinou
Nízkotlaká
strana
A) VyvaÏování zmûnou polohy
B) VyvaÏování zmûnou síly
Obrázek 7-3: Konstrukce diferenãních tlakomûrÛ
Teoretický základ práce přístrojů
●
Pneumatické
relé
Tryska & klapka
Kalibraãní
pero
Kapalná
náplÀ
- ---- ---
A
+ ++
++
++
+
+ ++
++
+
- -- --A
hladina
1. deska
D
Kv
2. deska
Kl
+ ++
++
++
++
+
+ ++
+
voltmetr
VF
ampérmetr
A) Capacitor
C= KA
D
C = kapacitance
K = dielektrická konstanta
A = plocha povrchu desky
D = vzdálenost mezi
deskami
87
proud
elektronÛ
B) Capacitance Circuit
Obrázek 8-1: Princip funkce kapacitanãních snímaãÛ
●
●
●
●
Radar & mikrovlny
detektor mûfiící
odraz
mikrovlnného
záfiení
Ultrazvukové měřiče
výšky hladiny
Nukleární měřiče
výšky hladiny
Tepelné spínače
●
Vibrační spínače
●
Optické spínače
vysílaã
mikrovlnného
záfiení
okénko pro
mikrovlnné
záfiení
okénko pro
mikrovlnné
záfiení
A)
odraÏen˘
paprsek
pfienesen˘
paprsek
absorbovan˘
paprsek
mikrovlnn˘
pfiijímaã
93
okénko pro
mikrovlnné
záfiení
B)
Obrázek 9-3: Uspofiádání mikrovlnného mûfiiãe
LED
pfiijímaã
hranol
svûtlo
generované
luminiscenãní diodou
LED
pfiijímaã
102
hranol
svûtlo
ztracené
v kapalinû
kapalina se nachází
pod hranolem snímaãe
hranol snímaãe je
zanofien˘ do kapaliny
Obrázek 10-3: Optick˘ snímaã na principu lomu svûtla
ZPRAVODAJ
âíslo 4
05
Ediãní poznámka
Dvě strany téže mince
Ž
ádné tfiídy mûfiení, provádûné v technologickém procesu, nejsou spolu tûsnûji spojeny, Ïádné se
tak vzájemnû nedoplÀují, jako mûfiení prÛtoku a mûfiení v˘‰ky hladiny. PrÛtokomûry a mûfiiãe v˘‰ky hladiny dávají, spoleãnû, v prÛmyslov˘ch a laboratorních procesech odpovûì na základní,
univerzální, otázku: "Kolik ?". Spoleãnû urãují, kolik hrubého nezpracovaného materiálu (nebo dokonãen˘ch produktÛ) máte k disposici - a jak rychle je spotfiebováváte (nebo produkujete). Pfiedstavují pravou ruku a levou ruku, potfiebnou pro zodpovûdné provádûní provozních a technologick˘ch rozvah, zkou‰ek, kontrol a bilancí, potfiebn˘ch pro ovûfiení a sladûní v˘konn˘ch v˘robních procesÛ a úãinn˘ch v˘zkumn˘ch postupÛ.
Má-li se mûfiit pfiesnû, pak se mûfiení prÛtoku a mûfiení v˘‰ky hladiny také spolu dûlí o poctu, patfiit mezi nejobtíÏnûj‰í základní provozní mûfiení. Z tohoto dÛvodu byla postupem rokÛ vyvinuta úÏasnû ‰iroká
‰kála specifick˘ch pfiístrojov˘ch technik a technologií, zaloÏen˘ch na rÛzn˘ch fyzikálních zákonech popisujících chování tekutin, a urãen˘ch pro splnûní urãit˘ch specifick˘ch aplikaãních poÏadavkÛ.
PfiedloÏené ãtvrté ãíslo Zpravodaje pro oblast mûfiení a regulace firmy OMEGA je vûnováno
principÛm a pouÏití zhruba 30 rÛzn˘ch typÛ technologie mûfiení prÛtoku a zhruba
20 rÛzn˘ch typÛ technologie mûfiení v˘‰ky hladiny. V tomto ãísle bychom Vás
rádi seznámili s velk˘m mnoÏstvím moÏností mûfiení tûchto veliãin a s tím,
jak mohou b˘t nejlépe ve Va‰em provoze spoleãnû pouÏity.
Vûfiíme, Ïe v tomto ãísle, poãínaje rozborem pracovních principÛ
systémÛ, pfies kritéria pro v˘bûr zafiízení, a návody na jejich instalaci konãe, najdete uÏiteãn˘ úvod do problematiky, a to bez
ohledu na to, zda jste specialista se zku‰enostmi z tisícÛ takov˘chto systémÛ, nebo zda pracujete na svém prvním
systému. Jako vÏdycky, neváhejte a klidnû firmû OMEGA
zavolejte vÏdy, kdyÏ myslíte, Ïe bychom Vám mohli pomoci. Na‰i zku‰ení zamûstnanci, aplikaãní inÏen˘fii, jsou pfiipraveni a ãekají.
Vûfiíme, Ïe shledáte, Ïe je toto ãíslo Zpravodaje pro Vás
uÏiteãné a Ïe najde trval˘ domov ve va‰í odborné knihovnû. A v pfiípadû, Ïe jste se z nûjakého dÛvodu dosud nesetkali se tfiemi prvními ãísly, tj. ãísly "Bezdotykové mûfiení teploty", "Sbûr dat" a "Mûfiení síly a odvozen˘ch veliãin", doplÀte si
je prosím bezplatnû tak, Ïe nav‰tívíte na‰e webovské stránky
www.omega.com.
Mrs. Betty Ruth Hollander
Chairman-CEO
OMEGA Technologies
P.S. Máte-li zájem pfiedloÏit, k publikování v budoucích vydáních Zpravodaje, nûjak˘ ãlánek nebo relevantní zprávu, pfiedloÏte mi
je prosím po‰tou (P.O. box 4047, Stamford, CT 06907, USA), FAX (203-359-7700) nebo e-mailem na adresu ([email protected]).
06
âíslo 4
ZPRAVODAJ
O firmû OMEGA
Více neÏ oãekáváte
Z
pravodaje pro oblast mûfiení a regulace firmy OMEGA, stejnû jako na‰e dnes jiÏ legendární pfiíruãky a encyklopedie, jsou pfiipraveny tak, Ïe Vám, pfiímo do rukou, pfiiná‰ejí technické informace, které Vám pomohou fie‰it Va‰e úlohy v oblastech mûfiení, regulace a samoãinného fiízení. Pokud v‰ak Va‰e potfieby pfiesáhnou moÏnosti ti‰tûného slova - pokud budete potfiebovat pfii v˘bûru z mnoha moÏn˘ch v˘robkÛ technickou pomoc, nebo pokud se Vám bude zdát, Ïe potfiebn˘ v˘robek není právû k disposici - potom vûfiíme, Ïe se obrátíte na firmu OMEGA. V souboru ZpravodajÛ nejsou nikde uvádûny inzeráty nebo reklamní materiály. Inzeráty a reklamní materiály se ve Zpravodajích nebudou vyskytovat.
Na‰i lidé, na‰e vybavení, a ná‰ závazn˘ pfiístup k uÏivatelskému servisu vytvofiil v oboru fiízení a pfiístrojového vybavení pfiímo normu. Podívejme se na jeden vzorek na‰ich obsáhl˘ch moÏností a schopností:
• OMEGA je zapojena do ‰piãkového v˘zkumu a v˘voje, je angaÏována v nejmodernûj‰ích v˘robních kapacitách. To v‰e nás pevnû drÏí v oblasti techniky a technologie na ãelním místû.
• Na‰e V˘vojové a projekãní stfiedisko, Development and Engineering Center, je umístûno v na‰í poboãce ve Stamfordu, campus, Connecticut, CT. Je to domovské místo projekãních a konstrukãních laboratofií firmy OMEGA. V‰echny novû konstruované v˘robky
jsou zde pfied zahájením jejich v˘roby a uvedením na trh testovány a dále vylep‰ovány. Je
zde umístûna metrologická laboratofi firmy OMEGA a dal‰í zafiízení, urãená pro fiízení kvality v˘roby. Testy
a zkou‰ky, které se zde provádûjí, zaruãují, Ïe pro svoje aplikace získáte ty nejlep‰í v˘robky.
• Pokud se t˘ká v˘roby, je na‰e vertikálnû integrované v˘robní zafiízení umístûno v Bridgeport, New York, NY,
v blízkosti mûsta Philadelphia. Je zde moderní zafiízení pro v˘robu drátÛ termoãlánkÛ, jsou zde poãítaãem fiízené (CNC) válcovací stolice, zafiízení pro vstfiikové formování, svinovací stroje, oplétací stroje, protlaãovací stroje, prostfiihovací a dûrovací lisy a velmi mnoho dal‰ích strojÛ.
• OMEGA je hrdá na to, Ïe Vám mÛÏe v oblasti mûfiící a fiídící techniky nabídnout, pokud nelze Va‰e poÏadavky zcela uspokojit z na‰eho ‰irokého sortimentu standardních v˘robkÛ, své rozsáhlé, kvalitní a sofistikované,
kapacity zákaznick˘ch inÏen˘rsk˘ch sluÏeb. NezáleÏí na tom, zda potfiebujete provést pouze nûjakou jednoduchou modifikaci standardního v˘robku, nebo zda poÏadujete zhotovit na zakázku cel˘ systém. OMEGA vá‰ poÏadavek vÏdy pfiijme a splní. Se systémem zhotoven˘m na zakázku Vám rovnûÏ bezplatnû dodáme v˘kresovou
dokumentaci systému zhotovenou v CAD, nebo zaãleníme, bez dal‰ích závazkÛ, tuto novou konstrukci do Va‰í
dokumentace.
• Vûfiíme na aktivní a vstfiícné servisní sluÏby. Souãástí na‰ich v˘robních a obchodních aktivit je trvalá snaha
o dosaÏení nov˘ch vy‰‰ích úrovní kvality. Pracujeme podle norem ISO 9000. Tento ná‰ systematick˘ pfiístup
k otázkám kvality dále zvy‰uje na‰e v˘hodné postavení v konkurenãní soutûÏi. Na‰e stfiediska, kde provádíme
kalibraãní sluÏby a a zkou‰ky kvality jsou spolehlivé a zodpovûdné základny, které nám vÏdy a neustále pomáhají splnit poÏadavky na‰ich zákazníkÛ.
• Technické stfiedisko na‰í spoleãnosti hostí mnoho skupin spolupracujících inÏen˘rÛ a vûdcÛ, ktefií se obracejí na firmu OMEGA s poÏadavky na ‰kolení. Na‰e pfiedná‰ková síÀ má 140 míst a je vybavena nejmodernûj‰í
multimediální technikou. Poskytuje ideální v˘ukové prostfiedí pro ‰kolení, která pfiizpÛsobíme potfiebám Va‰í spoleãnosti - od základních kurzÛ slouÏících pro osvûÏení znalostí aÏ po nároãné, podstatou problému se zab˘vající kurzy.
Struãnû fieãeno, povaÏujeme za svoji povinnost, aby základem na‰eho úspûchu byla kvalitní pfiístrojová technika a poskytování v˘jimeãnû dobr˘ch sluÏeb na‰im zákazníkÛm. Priority firmy OMEGA jsou jasné: jsme zde
proto, abychom Vám ulehãili fie‰ení Va‰ich problémÛ.
Více informací o Zpravodaji nebo o technice a technologiích firmy OMEGA získáte na na‰í internetové adrese www.omega.gov.
ZPRAVODAJ
âíslo 4
07
1
Mù¤ENÍ PRÒTOKU & Mù¤ENÍ V¯·KY HLADINY
Mûfiení prÛtoku
PrÛkopníci v oblasti proudûní
Měření průtoku
V˘bûr snímaãe pro mûfiení prÛtoku
Pfiesnost a opakovatelnost mûfiení
N
á‰ zájem o mûfiení toku vody
a vûtru je vûãn˘. Znalost smûru
a rychlosti vûtru patfiila mezi
základní informace v‰ech starovûk˘ch
kormidelníkÛ, a schopnost mûfiit prÛtok,
tj. prÛtoãnou hmotu za jednotku ãasu
nebo prÛtoãn˘ objem za jednotku ãasu,
vody byla nezbytná pro správné rozdûlování vody dopravované akvadukty
u tak ran˘ch spoleãenství, jako byla,
pfiibliÏnû v letech 5000 pfied Kristem
Podle Aristotela je pohyb vyvolávan˘
proudícím médiem, které pohybuje
tûlesem tak, aby zabránilo vzniku
vzduchoprázdna. V ‰estém století po
Kristu pfiedpokládal John Philoponos,
Ïe tûleso, které je v pohybu, získává
vlastnost naz˘vanou impetus, impuls,
a Ïe tûleso pfiechází do klidu poté co
impetus vyprchá.
V r. 1687 objevil anglick˘ matematik
Sir Isac Newton obecn˘ gravitaãní
90
80
70
trvalá tlaková ztráta v procentech diferenãního tlaku
20
clona
30
d˘za ASME
60
40
50
50
40
60
30
70
standardní
Venturiho trubice
20
80
dlouhá
Venturiho trubice
10
90
krátká
Venturiho trubice
0.1
0.2
0.3
znaãková kalibrovaná trubice pro mûfiení prÛtoku
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
pomûrov˘ koeficient beta
rozdíl mezi diferenãním tlakem a trvalou tlakovou ztrátou v procentech diferenãního tlaku
10
0.9
Obrázek 1-1: Tlaková ztráta - porovnání Venturiho trubice s clonou
sumérská mûsta Ur, Kish a Mari u fiek
Tigris a Eufrat. Dokonce i nyní je rozdûlování vody mezi r˘Ïová políãka na Bali
posvátná povinnost pfiedstavitelÛ, oznaãovan˘ch "Water Priest", "Knûz vody".
Na‰e pochopení a poznání chování
kapalin a plynÛ (vãetnû hydrodynamiky, pneumatiky, aerodynamiky) je zaloÏeno na pracech starovûk˘ch fieck˘ch
pfiírodovûdcÛ Aristotela a Archimeda.
08
âíslo 4
zákon. Funkce hmotnostních prÛtokomûrÛ pracujících na principu mûfiení
zmûny úhlové hybnosti vychází zcela
ze druhého Newtonova zákona, aplikovaného na popis pohybu po kruÏnici. Francouzsk˘ matematik Ronald d’Alembert v r. 1742 ovûfiil, Ïe NewtonÛv
tfietí pohybov˘ zákon neplatí pouze pro
nehybná tûlesa, ale i pro tûlesa, která
se pohybují.
Průkopníci v oblasti proudění
V roce 1783 byl dosaÏen velk˘ milník
v pochopení vlastností proudûní, kdyÏ
‰v˘carsk˘ fyzik Daniel Bernoulli publikoval svou knihu Hydrodynamika. Uvedl zde princip zachování energie pro
proudící tekutiny. Bernoulli urãil, Ïe se
vzrÛstem rychlosti proudící tekutiny
vzrÛstá její kinetická energie a klesá její
potenciální energie. Z tohoto dÛvodu
zúÏení prÛtoãného prÛfiezu v proudu
tekutiny zpÛsobuje vzrÛst rychlosti jejího proudûní a zároveÀ zpÛsobuje
pokles jejího statického tlaku.
Trvalá tlaková ztráta na prÛtokomûru se vyjadfiuje buì v procentech z celkového poklesu tlaku, nebo v jednotkách rychlostní v˘‰ky urãené jako
w2/2g, kde w je rychlost proudûní
a g je gravitaãní zrychlení (32.2 stopa/sekunda2 nebo 9.8 metr/sekunda2,
hodnoty platí pro 60° zemûpisné ‰ífiky).
Je-li, napfiíklad, rychlost proudící tekutiny 10 stop za sekundu, je její rychlostní v˘‰ka 100/64.2 = 1.55 stopy.
Je-li proudící tekutinou voda, odpovídá
rychlostní v˘‰ka 1.55 stopy v˘‰ce 1.55
vodního sloupce (nebo tlaku 0.67 psi,
pounds per square inch, liber na ãtvereãní palec). Je-li proudící tekutinou
vzduch, odpovídá tato rychlost v˘‰ce
1.55 stopy vzduchového sloupce.
Trvalá tlaková ztráta na rÛzn˘ch prÛtoãn˘ch elementech mÛÏe b˘t vyjádfiena buì v procentech z celkového
poklesu tlaku (Obrázek 1-1), nebo
mÛÏe b˘t vyjádfiena pomocí rychlostní
v˘‰ky. Trvalá tlaková ztráta na clonû
nechÈ je rovna ãtyfinásobku urãité hodnoty rychlostní v˘‰ky. Na pulzaãních
vírov˘ch snímaãích vortex je pak rovna
dvojnásobku této hodnoty rychlostní
v˘‰ky, na odmûrn˘ch objemov˘ch mûfiících pfiístrojích a na turbínov˘ch mûfiících pfiístrojích je pfiibliÏnû rovna jedné
této hodnotû rychlostní v˘‰ky a na Venturiho trubicích je men‰í neÏ 0.5 této
hodnoty rychlostní v˘‰ky. Vzniká-li tedy
ZPRAVODAJ
1
na clonû (Obrázek 1-2) která má po
pomûrov˘ koeficient beta roven 0.3
(prÛmûr clony dûlen˘ prÛmûrem potrubí, beta = m1/2, kde m je pomûr zúÏení)
trvalá tlaková ztráta pfii vodû
tokomûrÛ v˘znamnû zlep‰ila. Mezi její
zlep‰ení patfií fie‰ení sondy, keramické
vkládané segmenty a aplikace impulzních magnetick˘ch polí (Obrázek 1-4).
Základní pracovní princip sondy, zalo-
statick˘ tlak
∆PPT
∆PRT=∆PVC
∆PFT
∆PCT
(0.35-0.85)D
nestabilní oblast,
odbûry tlaku zde nelze umístit
tlak v místû nejvût‰ího zúÏení toku (PVC, Vena Contracta)
prÛmûr nejuÏ‰ího svûtlého prÛfiezu clony
smûr toku
2.5D
D
D/2
8D
koutové odbûry (CT, Corner Taps), D ‹ 2"
pfiírubové odbûry (FT, Flange Taps), D › 2"
rádiusové odbûry (RT, Radius Taps), , D › 6"
koncové, potrubní, odbûry (PT, Pipe Taps)
D
smûr
toku
clona
Obrázek 1-2: Pfiemûna statického tlaku na kinetickou energii
H2O o velikosti 100, mÛÏe Venturiho
trubice tuto tlakovou ztrátu redukovat
pfii vodû H2O a pro stejné mûfiení zhruba na velikost 12.
V roce 1831 vynalezl anglick˘ vûdec
Michael Faraday dynamo. V‰iml si
totiÏ, Ïe pfii otáãení kruhového mûdûného kotouãe mezi póly permanentího
magnetu vzniká elektrick˘ proud. FaradayÛv zákon popisující elektromagnetickou indukci tvofií základ pro práci
magnetick˘ch prÛtokomûrÛ. Obrázek
1-3 ukazuje, Ïe nachází-li se kapaln˘
vodiã v trubce o vnitfiním prÛmûru (D),
a pohybuje-li se v ní s prÛmûrnou rychlostí (w) magnetick˘m polem o intenzitû (H), dochází k indukci elektrického
napûtí (E) o velikosti dané vztahem
Ïen˘ na Faradayovû zákonu, popisujícím elektrickou indukci, se ale nezmûnil.
V roce 1883 britsk˘ strojní inÏen˘r
Osborne Reynolds pfiedloÏil návrh
popisovat rychlostní profil proudících
tekutin pomocí jediného bezrozmûrného ãísla
Mûfiení prÛtoku
Re = D w / kde D je vnitfiní prÛmûr trubice, w je
rychlost tekutiny, je hustota tekutiny
a je viskosita tekutiny.
V‰iml si, Ïe pfii nízk˘ch hodnotách
Reynoldsova ãísla (men‰ích neÏ 2000)
(Obrázek 1-5) je proudûní ovlivÀováno
zejména viskozními silami a Ïe je rychlostní profil popsán (protaÏenou) parabolou. Pfii vy‰‰ích hodnotách Reynoldsova ãísla (vys‰ích neÏ 20 000) je proudûní ovlivÀováno zejména setrvaãn˘mi
silami, coÏ má za následek, Ïe má axiální, osová, rychlost v prÛtoãném profilu
rovnomûrnûj‰í rozdûlení a Ïe je rychlostní profil takovéhoto proudûní ploch˘.
AÏ zhruba do roku 1970 se myslelo,
Ïe pfiechod mezi laminárním proudûním
a turbulentním proudûním probíhá
postupnû, ale se vzrÛstem poznání turbulence, získaného modelováním dûje na
superpoãítaãích se ukázalo, Ïe pfiechod
do turbulence probíhá prudce, skokem.
Je-li proudûní turbulentní, je pokles
tlaku v dÛsledku zúÏení prÛtoãného
prÛfiezu pfiímo úmûrn˘ druhé mocninû
z prÛtoku. PrÛtok lze tedy mûfiit urãením
druhé odmocniny z diferenãního tlaku,
kter˘ je v˘stupním signálem mûrné sondy. Pokud je proudûní laminární, je
vztah mezi poklesem tlaku a prÛtokem
lineární. prÛtokomûry pro laminární
proudûní se pouÏívají buì pro velmi
malé prÛtoky (kapilární prÛtokomûry),
rychlostní
rychlostní
profil
profil pfii
nebo
pfii turbulentním
laminárním
proudûní
proudûní
E
D
V
E
E=HwDC
kde C je pfievodní konstanta pro sjednocení jednotek.
Bûhem nûkolika posledních let se
kvalita a provedení magnetick˘ch prÛZPRAVODAJ
budící cívka
magnetického pole
Obrázek 1-3: Základem magnetického prÛtokomûru je FaradayÛv zákon
âíslo 4
09
Mûfiení prÛtoku
1
nebo tehdy, má-li technologická tekutina vysokou viskozitu.
U nûkter˘ch prÛtokomûrÛ je skuteãností, Ïe od objevu odpovídajícího fyzikálního zákona do jeho vyuÏití pro konstrukci prÛtokomûru.uplynulo více neÏ
jedno století. Platí to napfiíklad pro ultra-
bûÏné magnetické prÛtokomûry
pfiesnost (%)
stejnosmûrné impulsní
magnetické prÛtokomûry
4.0
3.0
2.0
1.0
0.5
0
-0.5
-1.0
-2.0
-3.0
-4.0
10
50
100
velikost prÛtoku (% rozsahu stupnice)
Obrázek 1-4: Pfiesnost magnetického prÛtokomûru
zvukové prÛtokomûry vyuÏívající Dopplerova jevu, nebo pro prÛtokomûry pracující na principu Coriolisova zrychlení.
V roce 1842 rakousk˘ fysik Christian
Doppler objevil, Ïe kdyÏ se zdroj zvuku
blíÏí k pfiíjemci zvuku (napfiíklad kdyÏ
se vlak pfiibliÏuje ke stojícímu posluchaãi), zdá se kmitoãet zvuku vy‰‰í. KdyÏ se
zdroj a pfiíjemce od sebe vzájemnû
vzdalují, v˘‰ka tónu se sníÏí (délka vlny
zvuku se zdá vût‰í). Trvalo v‰ak je‰tû
více neÏ jedno století, neÏ na trh pfii‰ly
prÛtokomûry, které DopplerÛv jev vyuÏívají. Ultrazvukové prÛtokomûry vyuÏívající Dooplerova jevu vysílají do proudícího média ultrazvukov˘ paprsek
o kmitoãtu 0.5 MHz. Proudící tekutina
obsahuje odraÏeãe, napfiíklad bublinky
nebo pevné ãásteãky. Zmûna kmitoãtu
odraÏeného signálu je závislá na prÛmûrné postupné rychlosti tûchto odraÏeãÛ. Takto urãenou rychlost lze potom
zase pouÏít pro v˘poãet prÛtoku.
Historie prÛtokomûru pracujícího na
principu Coriolisova zrychlení je
podobná. V roce 1843 francouzsk˘
stavební inÏen˘r Gaspard Coriolis
10
âíslo 4
objevil, Ïe se vítr, proudy v oceánu,
a dokonce i vzduchem letící dûlostfielecké náboje, jako dÛsledek rotace Zemû,
stáãejí stranou. Na severní polokouli se
odchylují od smûru pÛvodního pohybu
doprava, na jiÏní polokouli se odchylují od smûru pÛvodního pohybu doleva.
Obdobnû se tûleso, pohybující se ve
smûru nûkterého ze zemsk˘ch pólÛ, stáãí smûrem na v˘chod. Pfii pfiechodu
k pólu si totiÏ ponechává obvodovou
rychlost, ve v˘chodním smûru, zemského povrchu na men‰ích zemûpisn˘ch
‰ífikách, a ta je vût‰í neÏ obvodová
rychlost zemského povrchu v blízkosti
pólÛ. Pomal˘ v˘voj snímaãÛ a elektroniky konstrukci prvního hmotnostního
prÛtokomûru vyuÏívajícího Coriolisova
zrychlení opût pozdrÏel, a to aÏ do
sedmdesát˘ch let minulého století.
Maìarsko - americk˘ leteck˘ inÏen˘r
Theodore von Karman si, jako dítû
vyrÛstající v Transylvánii (v nynûj‰ím
Rumunsku) v‰iml, Ïe stojící kameny
vyvolávají v proudící vodû odtrhávající
se a postupující (Karmanovy) víry a Ïe
vzdálenost mezi tûmito postupujícími
víry je konstantní a nezávisí na rychlosti, s jakou voda teãe. Pozdûji také
pozoroval, Ïe kdyÏ ve vûtru plápolá
prapor, je délka vln na praporu nezávislá na rychlosti vûtru a závisí pouze
na prÛmûru stoÏáru praporu. Toto vede
k teorii, která je v pozadí vírov˘ch prÛtokomûrÛ, které urãují rychlost proudû-
jiÏ snímaãe a elektronika potfiebné pro
urãení poãtu vírÛ existovaly, bylo moÏné oznámit dostupnost prvního vírometru jiÏ v prvním vydání dále citované
knihy Instrument Engineer's Handbook,
publikované v roce 1968.
Poãítaãe otevfiely nové obzory ve
v‰ech inÏen˘rsk˘ch oblastech a mûfiení
prÛtoku zde není v˘jimkou. Bylo to
teprve v roce 1954, kdy jin˘ maìarsko
- americk˘ matematik, John von Neumann, postavil Uniac - a je‰tû pozdûji,
kdy zase jin˘ maìarsko - americk˘
inÏen˘r, Andy Grove z firmy Intel, vyvinul první integrovan˘ obvod. JiÏ
v dne‰ní dobû tyto události techniku
mûfiení prÛtoku zcela ovlivÀují a mûní.
Inteligentní sondy pro snímání diferenãního tlaku (d/p, differential pressure),
napfiíklad, mohou automaticky pfiepínat svÛj rozsah mezi dvûma kalibrovan˘mi intervaly (jeden pro 1% d/p aÏ
10% d/p, druh˘ pro 10% d/p aÏ 100%
d/p) zvût‰ují tím pfiesnost mûfiení clonou na hodnotu lep‰í neÏ 1% pfii rozsahu prÛtoku v pomûru 10:1. Navíc je
moÏné, do urãení v˘sledku s touto pfiesností, zahrnout nejen vlivy hystereze,
pfiepínání rozsahu a vlivy nelinearity,
ale také vlivy driftu, teploty, vlhkosti,
vibrací, pfiekroãení rozsahu a vliv zmûn
napájecího napûtí.
V˘voj integrovan˘ch obvodÛ s vysok˘m stupnûm integrace zpÛsobil, Ïe se
staly uskuteãniteln˘mi konstrukce uni-
Varianty přístrojů pro měření průtoku se pohybují v rozsahu od jednoduchých, levných, snímačů s lopatkovými koly
(na obrázku) po sofistikovaná velmi přesná zařízení.
ní z poãtu vírÛ, procházejících snímaãem. Von Karman publikoval své objevy v roce 1954, a protoÏe v této dobû
verzálních prÛtokomûrÛ. Nyní je moÏné
nahradit snímaãe barevn˘ch znaãek
nebo chemick˘ch stopov˘ch znaãek
ZPRAVODAJ
Mûfiení prÛtoku
1
(které mûfií rychlost proudûní dûlením
vzdálenosti mezi dvûma dvûma body
dobou nutnou pro posunutí znaãky
o tuto vzdálenost) snímaãi, urãujícími
rychlost proudûní v˘poãtem vzájemné
korelaãní funkce, tyto prÛtokomûry znaãení nepouÏívají (Obrázek 1-6). Toto
elegantní fie‰ení prÛtokomûru nevyÏaduje, aby v procesu probíhala nûjaká
zvlá‰tní fyzikální promûna, nevyÏaduje
ani Ïádné naru‰ení, Ïádn˘ prÛchod, do
potrubí. Mûfiení je zaloÏeno na pamatování ãasového prÛbûhu ‰umu, ovlivÀujícího nûjakou jinou související
a zvnûj‰ku mûfiitelnou promûnnou veliãinu technologického procesu a na
urãení jeho dopravního zpoÏdûní pfii
pohybu tekutiny od bodu A do bodu B.
Základem pro dobr˘ v˘bûr prÛtokomûru je jasné pochopení poÏadavkÛ
konkrétní aplikace. Je proto tfieba
vûnovat ãas do úplného poznání podstaty technologické tekutiny a podstaty
celkové instalace snímaãe. Sestavení
specifikace, která vyjádfiuje poÏadavky
dané aplikace by mûlo b˘t provádûno
systematicky, krok za krokem.
Prvním krokem v procesu v˘bûru prÛtokomûru je stanovení, zda se poÏadu-
teplota, pfiípustn˘ pokles tlaku, hustota (nebo mûrná váha), vodivost, viskosita (zda jde, nebo nejde o newtonovskou tekutinu) a tlak par pfii maximální teplotû. Dále se udává, jak se
tyto parametry mohou mûnit, nebo
jak se mohou vzájemnû ovlivÀovat.
Také je zde tfieba sdûlit v‰echny informace, vztahující se k toxicitû látek
a k bezpeãnosti, je tfieba uvést sloÏení tekutiny, údaje o pfiítomnosti bubli-
v˘tokov˘ souãinitel
centrická clona s pravoúhlou
hranou clonového kotouãe
excentrická
clona
Výběr snímače pro měření průtoku
Cílem této kapitoly je poskytnout ãtenáfii informace, které mu mohou
usnadnit provedení kvalifikovaného
v˘bûru prÛtokomûru, vhodného pro
jeho konkrétní aplikaci. Pro rychlé
zamûfiení pozornosti na nejpravdûpodobnûj‰í konkurenty v oblasti mûfiící
techniky jsou pouÏity tabulky. Tabulky
slouÏí pro zorientování se v problematice a pro v˘bûr prÛtokomûru. Tabulky
1-I a 1-II byly sestaveny tak, aby pro
tento v˘bûrov˘ proces poskytly velké
mnoÏství informací.
V takovéto situaci je tfieba zváÏit
také takové nepostiÏitelné faktory, jak˘mi jsou, v daném konkrétním provoze,
obeznámenost zamûstnancÛ provozu
s vûcí, jejich zku‰enosti pfii kalibraci
a pfii údrÏbû zafiízení, dostupnost
náhradních dílÛ, dosavadní stfiední
doba mezi poruchami, atd. Teprve
poté, co jsou tyto kroky uãinûny, se také
doporuãuje vypoãítat cenu instalace
a zavedení systému. Jedním z nejãastûj‰ích omylÛ pfii mûfiení je, Ïe se pofiadí pfii v˘bûru obrací: místo aby se vybíral snímaã, kter˘ splní svÛj úkol nejlépe, je snaha ospravedlnit pouÏívání
urãitého zafiízení zdÛvodnûním, Ïe je
levnûj‰í. Tyto "levné" nákupy mohou
mít za následek, Ïe jsou pak jejich
instalace nejdraÏ‰í.
ZPRAVODAJ
náporov˘
prÛtokomûr
(nejlep‰í pfiípad)
10
102
magnetick˘
prÛtokomûr
integrální
clona
103
Venturiho
prÛtokomûrná trubice
d˘za
náporov˘ prÛtokomûr
clona s ãtvrtkruhovou Reynoldsovo
(nejhor‰í pfiípad)
ãíslo
pfiední hranou
pro potrubí
clonového kotouãe
104
105
106
Obrázek 1-5: Vliv Reynoldsova ãísla na v˘tokov˘ souãinitel u rÛzn˘ch prÛtokomûrÛ
je informace o okamÏité hodnotû prÛtoku, nebo integrální informace o proteklém mnoÏství a zda se tato informace
bude vyuÏívat lokálnû, nebo zda bude
pfiená‰ena na dálku. Bude-li pfiená‰ena
na dálku, bude pfiená‰ena analogovû,
ãíslicovû, nebo sdílenû? Bude-li pfiená‰ena sdílenû, jaká je poÏadovaná
(minimální) frekvence obnovy, aktualizace, dat? Jakmile jsou tyto otázky zodpovûzeny, je tfieba pfiistoupit k vyhodnocení vlastností a charakteristik proudûní technologické tekutiny a vlastností
a charakteristik potrubí, s kter˘m bude
prÛtokomûr pouÏíván (Tabulka 1-I). Pro
systematick˘ pfiístup k fie‰ení této úlohy
byly sestaveny formuláfie, do formuláfiÛ
je pro kaÏdou aplikaci tfieba vyplnit
následující typy údajÛ:
• Charakteristiky tekutiny a charakteristiky proudûní: V této ãásti tabulky
se udává název tekutiny a její tlak,
nek a pevn˘ch ãástic (zda jsou abrasivní nebo mûkké, jak˘ mají ãástice
rozmûr, zda jde o vlákna) popsat tendenci tekutiny tvofiit povlaky a uvést
vlastnosti tekutiny pfii pfienosu svûtla
(neprÛsvitná, prÛsvitná, prÛhledná).
• K normálním pracovním hodnotám
tlakÛ a teplot by mûly b˘t uvedeny
jejich pfiedpokládané minimální
a maximální hodnoty. Mûly by b˘t
rovnûÏ uvedeny následující skuteãnosti: zda mÛÏe docházet k reverzaci toku tekutiny, zda je vÏdy potrubí
tekutinou naplnûno, zda mÛÏe dojít
k toku kalu nebo kalové smûsi
(vzduch-pevné ãástice-kapalina),
zda je pravdûpodobné sycení vzduchem, zda jsou pravdûpodobné pulsace, zda se mohou vyskytovat náhlé
zmûny teploty, zda jsou nutná speciální bezpeãnostní opatfiení pfii ãi‰tûní
a údrÏbû.
âíslo 4
11
Mûfiení prÛtoku
1
(CIP, clean-in-place).
Dal‰ím krokem je urãení poÏadovaného rozsahu mûfiiãe. Zde je tfieba stanovit
minimální a maximální hodnotu prÛtoku
(hmotnostního nebo objemového), která
bude mûfiená. Poté se urãí poÏadovaná
pfiesnost mûfiení prÛtoku. Typicky se
• Pokud se t˘ká potrubí a prostfiedí,
kde bude prÛtokomûr umístûn, je tfieba pfiesnû stanovit následující údaje:
Pokud jde o potrubí, tak jeho smûr
(u kapalin je tfieba se vyhnout smûru
toku shora dolÛ), rozmûr, materiál
potrubí, v˘kres, tlakové dimenzování,
du B
a bo
Pipe
port
rT ans
h
polo
ha
polo
uA
ost
álen a B
vzd body A
i
mez
bod
n(t)
ku
r to
smû
m(t)
A
signál z pfiedního
pfievodníku
m(t)
t, ãas
dopravní
zpoÏdûní
n(t)
B
signál ze zadního
pfievodníku
t, ãas
Obrázek 1-6: Ultrazvukov˘ korelaãní prÛtokomûr
typy a rozmûry pfiírub, pfiístupnost,
zatoãení pfied a za prÛtokomûrem, tj.
ve smûru proti proudu a po proudu,
ventily, regulátory a regulaãní orgány
a dostupné pfiímé délky potrubí.
• Pokud jde o prostfiedí, musí inÏen˘r
kter˘ specifikaci provádí vûdût, zda
jsou pfiítomny, nebo zda mohou b˘t
pfiítomny, vibrace a magnetická
pole, je-li k disposici elektrická nebo
pneumatická energie, je-li prostfiedí
klasifikováno jako prostfiedí s nebezpeãím v˘buchu, v˘bu‰né prostfiedí,
nebo zda jsou zde kladeny jiné
poÏadavky, napfiíklad poÏadavky na
dodrÏení hygienick˘ch pfiedpisÛ
nebo pfiedpisÛ na ãistotu prostfiedí
12
âíslo 4
pfiesnost udává v procentech mûfiené
okamÏité hodnoty (AR- actual reading),
v procentech kalibrovaného rozsahu
(CS, calibrated span), nebo v procentech
plného rozsahu pfiístroje, tj. maximální
hodnoty na stupnici pfiístroje (FS, full
scale). PoÏadavky na pfiesnost mûfiení je
tfieba stanovit jednotlivû pro minimální,
normální a maximální hodnotu prÛtoku.
Pokud tyto poÏadavky neznáte, nemusí
provedení Va‰eho mûfiiãe ve svém plném
rozsahu vyhovovat.
Přesnost a opakovatelnost měření
V aplikacích, kde je prodej a nákup
v˘robkÛ zaloÏen na odeãtu údaje na
stupnici, je rozhodující absolutní pfiesnost mûfiení. V ostatních aplikacích
mÛÏe b˘t v˘znamnûj‰í opakovatelnost
mûfiení, neÏ absolutní pfiesnost mûfiení.
Doporuãuje se proto pro kaÏdou aplikaci urãit poÏadavky na pfiesnost
a poÏadavky na opakovatelnost oddûlenû a uvést je takto ve specifikaci.
Pokud je pfiesnost prÛtokomûru uvádûná v procentech CS, nebo v procentech FS, roste s poklesem hodnoty mûfieného prÛtoku relativní chyba. Pokud je
chyba mûfiiãe urãena v procentech AR,
zÛstává relativní chyba odeãtu jak pfii
malém, tak pfii velkém prÛtoku stejná.
ProtoÏe má pln˘ rozsah stupnice (FS)
vÏdy vût‰í hodnotu neÏ je hodnota kalibrovaného rozsahu (CS), bude mít snímaã
v provedení s urãitou chybou danou
v procentech FS vÏdy vût‰í chybu, neÏ
pfiístroj, kter˘ má specifikovanou stejnou
chybu v procentech CS. Pro spravedlivé
porovnání v‰ech cenov˘ch nabídek se
proto doporuãuje pfievést v‰echna uvedená vyjádfiení chyb na stejné jednotky
pfiepoãtem na procenta AS.
Doporuãuje se také, aby uÏivatel
porovnal moÏné instalace na základû
celkové chyby mûfiící smyãky. Pfiesnost
kotouãe clony je udána, napfiíklad,
v procentech AR, zatímco chyba pfiidruÏené komory pro odeãet diferenãního
tlaku je udána v procentech CS. Podobnû je pfiesnost prÛtokomûru na principu
Coriolisova zrychlení dána souãtem
dvou chyb, jedné udávané v procentech
AR, druhé v procentech z hodnoty FS.
Celková chyba, odchylka oproti správné hodnotû prÛtoku, se vypoãítává jako
odmocnina ze souãtu druh˘ch mocnin
jednotliv˘ch dílãích chyb.
U dobfie pfiipravené specifikace prÛtokomûru jsou v‰echny údaje, t˘kající se
pfiesnosti, pfievedeny na jednotné vyjádfiení v procentech AR a takto v procentech AR vyjádfiené poÏadavky jsou specifikovány zvlá‰È pro minimální, pro pracovní a pro maximální prÛtok. V‰echny
specifikace prÛtokomûrÛ a cenov˘ch
nabídek by mûly pfiesnost a opakovatelnost mûfiení pro minimální, normální
a maximální prÛtoky jasnû definovat.
Tabulka 1 udává rozsahy ReynoldsoZPRAVODAJ
Mûfiení prÛtoku
1
maximální hodnota hustoty tekutiny
a minimální hodnota vizkosity tekutiny.
Minimální hodnota RD se naopak urãí
pro minimální hodnoty prÛtoku a hustoty tekutiny a pro maximální hodnotu
vizkosity tekutiny. Lze-li získat pfiijatelné
v˘sledky mûfiení pomocí mûfiiãÛ dvou
rÛzn˘ch kategorií, a pokud jedna
z tûchto kategorií nemá pohyblivé díly,
va ãísla (RD = Re urãené pro D), ve kter˘ch mohou rÛznû fie‰ené prÛtokomûry
pracovat. Pfii v˘bûru správného prÛtokomûru je jedním z prvních krokÛ stanovení, dané aplikaci odpovídající,
minimální a maximální hodnoty Reynoldsova ãísla. Maximální hodnota RD
se urãí tak, Ïe se do v˘poãtu dosadí
maximální hodnota prÛtoku tekutiny,
vybírejte mûfiiãe bez pohybliv˘ch dílÛ.
Pohyblivé díly jsou potenciálním zdrojem potíÏí a to nejen vzhledem ke zfiejm˘m dÛvodÛm dan˘m jejich opotfiebováním, nutností mazání a citlivostí na
sedimentaãní povlaky, ale také proto,
Ïe pohyblivé díly vyÏadují volné ãistící
prostory, které obãas zaná‰ejí do
mûfieného prÛtoku nemûfiené "proklu-
Tabulka 1: Tabulka pro vyhodnocení vlastností prÛtokomûru
PLYNY (PÁRY)
X
X
X
√
√
√
?
√
?
?
X
X
SD
?
X
X
?
X
?
X
X
?
?
?
X
X
X
X
X
√
X
X
X
?
?
?
?
√
?
?
X
X
SD
?
X
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
√
?
?
?
?
X
X
?
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
?
?
?
?
X
√
X
X
X
X
X
X
X
X
X
?
X
X
?
X
?
X
X
X
X
X
X
SD
SD
SD
SD
SD
SD
X
?
X
X
X
X
SD
√
X
?
?
?
?
?
?
?
X
?
?
?
X
X
X
√
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
X
X
?
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
±1-4% URV
±1% URV
±2-5% URV
±0.5% URV
±2-4% URV
±2-4% URV
±0.5-1% hodnoty
±0.5-5% URV
±0.5-2% URV
±1-2% URV
±1.25% URV
±3-5% URV
±1-2% URV
±5-10% URV
±1% hodnoty
RELATIVNÍ TLAK
psig (kPa)
RD > 10,000
RD > 10,000
RD > 10,000
RD > 500
RD > 10,000
RD > 10,000
RD : 8,000-5,000,000
RD > 100
RD > 75,000
RD > 50,000
RD > 12,800
RD > 100,000
RD > 40,000
RD > 10,000
RD < 500
150 (66)
≤30 (225)
X X X √ ? √ √ √ √ √ √ √ √ ? X ? ? ? ±0.5% hodnoty
RD > 4,500
360 (180)
≤ 1,500 (10,800)
X ? √ X X X X X X X X X X X X X X X ±1% hodnoty
X X X √ √ ? X ? X X X X X ? X X X X ±0.5% hodnoty
limit RD není ≤ 8,000 cS
250 (120)
600 (315)
≤ 1,400 (10,000)
≤ 1,400 (10,000)
X √ √ X X X X X X X X SD SD ? ? X X ? ±0.5% hodnoty
X X X √ X ? X ? X X SD SD SD ? ? X X ? ±0.5% hodnoty
Rp > 5,000, ≤15 cS
-450-500 (268-260)
-450-500 (268-260)
≤ 3,000 (21,000)
≤ 3,000 (21,000)
RD > 10,000
RD > 4,000
limit RD není < 100 cS
RD > 10,000, < 30 cP
RD > 10,000, < 5 cP
RD > 2,000, < 80 cS
-300-500 (-180-260)
-300-500 (-180-260)
dan˘ dimens. potrubí
sklo: 400 (200)
kov: 1,000 (540)
sklo: 350 (2,400)
kov: 720 (5,000)
? √ √ √ √ √ √ ? ? ? √ ? ? ? ? X √ X ±0.15-10% hodnoty
? √ √ √ ? √ √ ? ? ? ? X ? ? X X ? X ±1-2% URV
X X X X SD X ? X X SD SD X SD SD X √ X X ±0.5% hodnoty do ffl 4% URV
limit RD není
limit RD není
-
-400-800 (-224-427)
1,500 (816)
750 (400)
≤ 5,700 (39,900)
≤ 580 (4,000)
X X X X √ √ √ √ √ √ √ X ? ? X ? ? X údaje nejsou k disposici
X X X X ? √ √ √ √ √ √ X ? X X X ? X ±6% z ??
údaje nejsou k disposici
údaje nejsou k disposici
300 (149)
-300-250 (-180-120)
≤ 580 (4,000)
SD
X
X
?
?
X
SD
X
X
√
√
X
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
SD
X
√
√
√
X
√
√
√
√
?
?
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
X
√
√
√
√
?
?
X
X
X
X
?
?
?
?
?
X
X
√
X
?
X
?
√
√
?
?
?
?
√
√
?
X
X
X
?
√
X
X
X
X
?
√
X
X
X
X
√
√
X
X
X
X
√
√
?
X
X
?
√
√
?
√
√
√
?
?
?
?
?
?
?
?
X
X
X
?
?
?
?
√
√
X
√
√
√
?
?
?
?
?
?
?
?
X
?
X
?
?
X
?
URV = horní hodnota rozsahu
X = nelze aplikovat
X
X
X
X
X
X
X
?
X
X
X
X
?
X
X
X
X
X
±1% hodnoty do ffl 5% URV
±0.75-1.5% hodnoty
±0.5% hodnoty
±2% hodnoty
+ Podle jin˘ch pramenÛ by mûla b˘t minimální
+
hodnota Reynoldsova ãísla mnohem vût‰í
700 (370)
≤600 (4,100)
To 4,000 psig
(41,000 kPa)
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
cP = 1 p 10-2 (centi Poise) ? = normálnû lze aplikovat (pouÏití je moÏné zváÏit)
cS = 1 s 10-2 (centi Stokes) √ = urãen˘ pro tuto aplikaci (obecnû vhodn˘)
SD = nûkterá fie‰ení
ZPRAVODAJ
?
?
?
√
?
?
√
√
√
?
?
?
?
?
?
TEPLOTA
°F (°C)
Process temperature
to 1000°F (540 C):
Transmitter limited
to -30-250°F (-30-120°C)
clona
√ √
>1.5 (40)
se ãtvrtkruh. hranou
√ √
s le‰tûn˘m vnitfiním povrchem 0.5-1.5 (12-40)
? √
<0.5 (12)
integrální
√ √
<12 (300)
segmentová klínová
? ?
>2 (50)
excentrická
? ?
>4 (100)
segmentová
Venturiho kuÏel. prÛtokomûr 0.5-72 (12-1800) √ √
? √
<0.5(12)
náporov˘***
√ √
>2 (50)
Venturiho trubice
? √
>2 (50)
prÛtokomûrná d˘za
√ √
>3 (75)
krátká Venturiho trubice
X √
>3 (75)
Pitotova trubice
√ √
>1 (25)
intergraãní Pitotova trubice
X √
>2 (50)
kalibrované koleno
0.25-16.6 (6-400) ? √
kalibrované pfiímé potrubí
LINEÁRNÍ STUPNICE, DYNAMICK¯ ROZSAH = 10:1 (nebo lep‰í)
magnetick˘*
0.1-72 (2.5-1800) X X
odmûrn˘ objemov˘
X √
pro plyny
<12 (300)
X X
pro kapaliny
<12 (300)
turbínov˘
pro plyny
0.25-24 (6-600) SD √
X X
pro kapaliny
0.25-24 (6-600)
ultrazvukov˘
X SD
na principu mûfi. dopr. zpoÏ. >0.5 (12)
X X
na principu Dopplerova jevu
>0.5 (12)
? √
s promûnn. prÛtoãn˘m prÛfiezem ≤3 (75)
√ √
pulsaãní vírov˘ vortex
1.5-16 (40-400)
√ √
pfiesn˘ vortex (Swirl)
<16 (400)
X X
fluidní oscilaãní (Coanda)
>1.5 (40)
hmotnostní
? ?
na principu Coriolisova zrychl. 0.25-6 (6-150)
X √
tepelná sonda
<72 (1800)
X X
prÛtokom. mûfi. prÛtok pev. ãástic <24 (600)
korelaãní
X X
kapacitanãní
<8 (200)
X X
ultrazvukov˘
>0.5 (12)
TYPICKÉ HODNOTY
TYPICKÉ HODNOTY+
pfiesnost, nekalibrovan˘ mûfiiã Reynoldsova ãísla +
(vãetnû pfievod./vysíl. signálu) nebo viskosity
do 4 000 psig (41 000 kPa)
ROZMùR
PRÒTOKOMùR
POTRUBÍ (inch), (mm)
POLOHA NA STUPNICI JE ÚMùRNÁ ODMOCNINù Z PRÒTOKU: DYNAMICK¯ ROZSAH = 4:1 (typické pomûrové rozpûtí rozsahu)**
provozní teplota
do 1000°F (540°C)
teplotní rozasah pfievodníku
/vysílaãe je omezen˘
hodnotami -30°F aÏ + 250°F
(-30°C aÏ +120° C)
VODNÍ PÁRA
âISTÉ
ZNEâISTùNÉ
VELK¯
TLAK
MAL¯
âISTÉ
VELKÁ VISK.
MALÁ VISK. VISKOSNÍ
ZNEâISTùNÉ
KOROSIVNÍ
VELMI KOROSIVNÍ
VLÁKNITÉ
KALY
ABRASIVNÍ
REVERSIBILNÍ PROUDùNÍ
PULSUJÍCÍ PROUDùNÍ
VELKÁ TEPLOTA
KRYOGENNÍ TEKUTINY
NEÚPLNù ZAPLNùNÉ POTRUBÍ
NENEWTONOVSKÉ TEKUTINY
OTEV¤EN¯ KANÁL
KAPALINY
≤ 1,500 (10,500)
≤ 720 (5,000)
400 (200)
536 (280)
350 (175)
* kapalina musí b˘t elektricky vodivá
** pro laminární prÛtokomûr je dynamick˘ rozsah 10:1
*** u nov˘ch fie‰ení prÛtokomûru je signál linearizovan˘
âíslo 4
13
Mûfiení prÛtoku
1
zy". I u dobfie udrÏovan˘ch a kalibrovan˘ch mûfiiãÛ se tento nemûfien˘ prÛtok mûní se zmûnami viskosity a teploty tekutiny. Vnitfiní rozmûry tohoto snímaãe se také mûní s teplotou, na kterou
je tfieba provádût korekci.
prÛtok jako celek, mûfií proto pfiesnû
pouze tehdy, jsou-li zasunuty do
hloubky, kde má rychlost proudûní
hodnotu, rovnou stfiední
hodnotû rychlostního profilu, urãeného v celém prÛfiezu trubky. I kdyÏ je
Dále se obecnû doporuãuje, aby se
v pfiípadû, kdy lze získat stejné v˘sledky buì prÛtokomûrem, kter˘ mûfií na
základû pÛsobení celého prÛtoku,
nebo bodov˘m snímaãem, pouÏil prÛtokomûr. Bodové snímaãe nesledují
Tabulka 2: Snímaãe prÛtoku. Orientaãní tabulka
H √ SR 3:1➁
segmentová klínová clona
√
M √ SR 3:1➁
Venturiho kuÏelovit˘ prÛtokomûr
√
náporové mûfiiãe
√
Venturiho trubice
√
prÛtokomûrné d˘zy
√
Pitotovy trubice
P¤IBLIÎNÁ POÎADOVANÁ DÉLKA P¤ÍMÉHO POTRUBÍ ➀➄
(VSTUPNÍ PRÒMùR / V¯STUPNÍ PRÒMùR)
√
clona (kotouãová nebo integrální)
TRVALÁ TLAKOVÁ ZTRÁTA NA SNÍMAâI
KONSTRUKâNÍ TYP
HMOTNOSTNÍ SMÍMAâ PRÒTOKU S P¤ÍM¯M P¤EVODEM
SNÍMAâ PRÒTOKU Mù¤ÍCÍ DIFERENâNÍ TLAK
OBJEMOV¯ ODMùRN¯ SNÍMAâ PRÒTOKU
SNÍMAâ PRÒTOKU Mù¤ÍCÍ RYCHLOST
OâEKÁVANÁ CHYBA P¤I ZMùNù VISKOSITY
DOSTUPNOST P¤EVODNÍKU/VYSÍLAâE
LINEÁRNÍ V¯STUP
DYNAMICK¯ ROZSAH, POMùROVÉ ROZPùTÍ ROZSAHU
ROZSAH PRÒTOKU
H
20/5
A
20/5
M
2/5
A √ SR 15:1
M
20/5
H √ SR 3:1➁
M
15/5
H √ SR 3:1➁
A
20/5
√
M √ SR 3:1➁
M
30/5
kalibrovaná kolena
√
M √ SR 3:1➁
N
25/10
laminární prÛtokomûry
√
√ √ 10:1➁
H
15/5
√ N √ √ 30:1➆
N
5/3
SD √ 10:1 to
200:1
M
N
A
N
➁
√ SR 3:1 to 15:1
magnetické prÛtokomûry
odmûrné objemové mûfiiãe
pro plyny
√
odmûrné objemové mûfiiãe
pro kapaliny
√
turbínové prÛtokomûry
√ √ H √ √ 10:1➇
A
15/5
ultrazvukové prÛtokomûry
na princ. mûfi. doprav. zpoÏdûní
na principu Dopplerova jevu
√ √ N √ √ 20:1
√ √ N √ √ 10:1
N
N
20/5
20/5
s promûnn˘m prÛtoãn˘m prÛfiezem
A √ √ 10:1
M
N
√
A √ √ 10/1➅
A
20/5
√
12/1➅
H
20/5
pulsaãní vírov˘ vortex
SD
fluidní oscilaãní (Coanda)
hmotnostní prÛtokomûry
hmotnostní prÛtokomûry
tepelná sonda
√
√
prÛtokomûry mûfi. prÛtok pev. ãástic SD
pfiepadové, Ïlabové a kanálové
L
SD
H
A
M
N
SR
14
= nestandardní rozsah
= omezen˘
= nûkteré konstrukce
= maximální
= prÛmûrná
= minimální
= Ïádná
= signál je úmûrn˘ odmocninû z prÛtoku
âíslo 4
➆
M SD √ 10:1
A √ √
N √ √ 20:1
SD N √ √
20:1➆
√ √ 5:1 to 80:1
M √ SD 100:1
0.1
1.0
0.1
1.0
102
10
102
10
103
103
104
0.05 0.3
2.8
-6
-
5/3
4/1
106
10
10-6
-4
10
10-5
Sm3/hr or Am3/hr
28.3
-5
-3
10
10-4
-2
10
10-3
10
10-2
0.1
0.1
1.0
102
10
1.0
10
102
103
102
103
103
jednotky
objemového
prÛtoku plynÛ
104
104
105
cc/min
.004
0.04
10-6
10-6
0.4
10-5
10-5
3.8
10-4
10-4
38
10-3
10-3
379
10-2
10-2
20/5
M
105
cc/min
0.1
0.1
1.0
1.0
10
10
102
103
➀ = Údaje v tomto sloupci slouÏí pouze pro v‰eobecn˘ pfiehled.
➁ = Primární snímací element má svojí podstatou znaãnû vût‰í dynamick˘ rozsah, pomûrové rozpûtí rozsahu,
neÏ je uvedeno. Uvedené hodnoty odráÏejí omezení, daná, pfii poÏadované pfiesnosti 1% z mûfiené hodnoty,
snímaãem diferenãního tlaku. U vícerozsahov˘ch inteligentních pfievodníkÛ/vysílaãÛ mÛÏe b˘t hodnota pomûrového
rozpûtí rozsahu aÏ 10:1
➂ = Horní mez je dána rozmûrem potrubí.
➃ = Prakticky bez omezení, dané fie‰ením sondy.
jednotky
objemového
prÛtoku kapalin
104 m3/hr
104
105
106
gpm
gpm—m3/hr
SCFM—Sm3/hr
3
gpm—m /hr
gpm—m3/hr
ACFM—Sm3/hr
gpm—m3/hr
SCFM—Sm3/hr
gpm—m3/hr
SCFM—Sm3/hr
gpm—m3/hr
SCFM—Sm3 3/hr
gpm—m /hr
SCFM—Sm3/hr
gpm—m3/hr
SCFM—Sm3/hr
gpm—m3/hr
SCFM—Sm3/hr
gpm—m3/hr
gpm—m3/hr
SCFM—Sm3/hr
gpm—m3/hr
SCFM—Sm3/hr
gpm—m3/hr
SCFM—Sm3/hr
gpm—m3/hr
ACFM—Sm3/hr
M/H N
M
váhové jednotky
hmotnostního
prÛtoku
prÛtokomûrÛ mûfiících
prÛtok pevn˘ch ãástic
104kgm/hr
lbm—kgm/hr
SCFM—Sm3/hr
3
gpm—m /hr
SCFM—Sm3/hr
lbm—kgm/hr
gpm—m3/hr
➄ = Mûní se v závislosti na naru‰ení proudûní pfied ‰krtícím orgánem
➅ = MÛÏe b˘t vût‰í pokud se pracuje s tekutinou s velk˘m Reynoldsov˘m ãíslem
➆ = AÏ 100:1
➇ = U turbínov˘ch prÛtokomûrÛ pro mûfiení prÛtoku plynu vût‰í
➈ = K disposici mohou b˘t pfiístroje s vy‰‰ími a niÏ‰ími rozsahy prÛtoku.
Ovûfite si údaje od více v˘robcÛ.
ZPRAVODAJ
1
tento bod peãlivû urãen pfii kalibraci,
neb˘vá stál˘, protoÏe se rychlostní profil mûní s velikostí prÛtoku, s viskositou,
s teplotou a s ostatními faktory.
Jsou-li v‰echny závûry vyhodnocení
stejné, ale jedno fie‰ení prÛtokomûru
nabízí men‰í trvalou tlakovou ztrátu,
doporuãuje se zvolit toto fie‰ení. Jeden
z dÛvodÛ je ten, Ïe tlakovou ztrátu je
nutné po celou dobu Ïivotnosti technologie platit vût‰ími náklady na práci
ãerpadla nebo kompresoru. Druh˘m
dÛvodem je, Ïe tlakov˘ pokles vzniká
v dÛsledky omezení, zúÏení, prÛtoãného profilu a kdekoliv je profil potrubí
zúÏen˘, vznikají podmínky pro ukládání, sedimentaci, materiálu, ucpání
potrubí a pro vznik kavitace.
Pfied specifikací prÛtokomûru se rovnûÏ doporuãuje zváÏit, bude-li uÏiteãnûj‰í prezentovat informaci o prÛtoku
ve hmotnostních nebo v objemov˘ch
jednotkách. Mûfií-li se prÛtok stlaãiteln˘ch látek, neb˘vá, pokud není hustota
(a nûkdy také viskosita) tekutin konstantní, údaj o objemovém prÛtoku pfiíli‰ smyslupln˘. Mûfií-li se rychlost (objemov˘ prÛtok) nestlaãiteln˘ch kapalin,
zpÛsobuje chybu pfiítomnost suspendovan˘ch bublinek, pfied pfiíchodem tekutiny do prÛtokomûru je proto tfieba
vzduch nebo plyn z kapaliny odstranit.
U jin˘ch prÛtokomûrÛ (ultrazvukov˘ch)
mohou zpÛsobovat potíÏe potrubní
fiády, nebo mÛÏe mûfiiã pfiestat fungovat v pfiípadû, Ïe je Reynoldsovo ãíslo
pfiíli‰ malé (u pulzaãních vírov˘ch mûfiiãích vortex musí b˘t RD > 20 000).
Z pohledu v˘‰e uveden˘ch rozborÛ
je tfieba mít na pamûti, Ïe je vhodn˘
hmotnostní prÛtokomûr, kter˘ není citliv˘ na zmûny hustoty tekutiny, jejího tlaku a viskozity a jehoÏ ãinnost není
ovlivÀována velikostí Reynoldsova ãísla. V chemickém prÛmyslu jsou také
nedostateãnû vyuÏívány rÛzné mûfiící
Ïlaby, které mohou mûfiit prÛtok v neúplnû zaplnûném potrubí a mohou pfiená‰et velké plovoucí nebo ponofiené
pevné ãástice.
T
ZPRAVODAJ
Mûfiení prÛtoku
Odkazy na literaturu, zdroje dalších informací
• OMEGA Complete Flow and Level Measurement Handbook and Encyclo-
pedia®, OMEGA Press, 1995.
• OMEGA Volume 29 Handbook & Encyclopedia, Purchasing Agents Edition,
OMEGA Press,1995.
• "Advanced Process Control for Two-Phase Mixtures," David Day, Christian
Reiner and Michael Pepe, Measurements & Control, June,1997.
• Applied Flow Measurement, N. P. Cheremisinoff, Marcel Decker, 1979.
• "Characteristics and Applications of Industrial Thermal Mass Flow Transducers", Jerome L. Kurz, Proceedings 47th Annual Symposium on Instrumentation for the Process Industries, ISA, 1992.
• Developments in Thermal Flow Sensors, Jerome L. Kurz, Ph.D., Kurz Instruments Inc., 1987.
• "Differential Flow Measurements of Meter-Conditioned Flow", Stephen A.
Ifft and Andrew J. Zacharias, Measurements & Control, September, 1993.
• Dry Solids Flow Update, Auburn International Inc.
• Flow Measurement Engineering Handbook, R. W. Miller, McGrawHill,1983.
• Flow Measurement for Engineers and Scientists, N.P. Cheremisinoff, Marcel
Dekker, 1988.
• Flow Measurement, Bela Liptak, CRC Press, 1993.
• "Flowmeter Geometry Improves Measurement Accuracy", Stephen A. Ifft,
Measurement & Control, October, 1995.
• Flowmeters, F. Cascetta, P. Vigo, ISA, 1990.
• Fluidic Flowmeter, Bulletin 1400MX, Moore Products Co., June, 1988.
• Fundamentals of Flow Metering, Technical Data Sheet 3031, Rosemount
Inc., 1982.
Guide
to Variable Area Flowmeters, Application No.: T-022 Issue I, Brooks
•
Instrument Co., 1986.
• Incompressible Flow, Donald Paton, Wiley, 1996.
• Industrial Flow Measurement, D. W. Spitzer, ISA, 1984.
• "Installation Effects on Venturi Tube Flowmeters", G. Kochen, D. J. M. Smith,
and H. Umbach, Intech, October, 1989.
• Instrument Engineer’s Handbook, Bela Liptak, CRC Press, 1995.
• "Is a Turbine Flowmeter Right to Your Application?", Michael Hammond,
Flow Control, April, 1998.
• "Mass Flowmeters", Measurements & Control, September, 1991.
• Microprocessor-Based 2-Wire Swirlmeter, Bailey-Fischer & Porter Co., 1995.
• "Process Gas Mass Flow Controllers: An Overview", J. G. Olin, Solid State
Technology, April, 1988.
"Target
Flowmeters", George W. Anderson, Measurements & Control, June, 1982.
•
Thermal
Approach to Flow Measurement, Joseph W. Harpster and Robert
•
Curry, Intek, Inc., 1991.
• "Ultrasonic Flowmeter Basics", Gabor Vass, Sensors, October, 1997.
• "Ultrasonic Flowmeters Pick Up Speed", Murry Magness, Control, April, 1996.
• "User Tips for Mass Volume Flowmeters", Donald Ginesi and Carl Annarummo, Intech, April, 1994.
âíslo 4
15
2
PrÛtokomûry zaloÏ. na mûfi. difer. tlaku
Alternativy primár. snímacího elementu
Pitotovy trubice
PrÛtokomûry s promûn. prÛtoã. prÛfi.
Průtokoměry založené
na měření diferenčního tlaku
V
tlak
v potrubí
˘poãet prÛtoku z odeãtu tlakové
ztráty na zúÏení potrubí je v prÛmyslov˘ch aplikacích snad nejbûÏnûji pouÏívaná technika mûfiení
prÛtoku (Obrázek 2-1). Pokles tlaku
generovan˘ ‰irokou ‰kálou geometricky popsan˘ch zúÏení byl bûhem let
dobfie analyzován, a jak vidíme v Tabulce 2, jsou tyto primární prÛtokomûrné elementy, "prÛtokomûrné hlavice",
k dispocici v ‰iroké ‰kále sestav, kaÏd˘
typ elementu má své silné a slabé stránky. Varianty na téma mûfiení diferenãního tlaku (d/p) zahrnují aplikaci Pitotov˘ch trubic a mûfiiãÛ s promûnn˘m prÛtoãn˘m prÛfiezem (rotametrÛ), tyto varianty budou diskutovány v této kapitole
pozdûji.
místo maximálního
zúÏení toku
podle následujících obecn˘ch vztahÛ:
w = k (h / r)0.5
Q = kA (h / r)0.5
m = kA (h r)0.5
k je v˘tokov˘ souãinitel mûrného elementu (zahrnuje také fyzikální jednotky
mûfiení), A je svûtl˘ prÛfiez potrubí
a r je hustota proudící tekutiny. Hodnota koeficientu k je závislá na velikosti
Reynoldsova ãísla (viz Obrázek 1-5)
a na hodnotû "pomûrového koeficientu
beta (b)", která je daná podílem stfiedního prÛmûru v místû zúÏení a vnitfiního prÛmûru potrubí.
Podle typu pouÏitého prÛtokomûrného elementu lze pro stanovení hodnoty
smûr
toku
smûr
toku
laminární
proudûní
turbulentní
proudûní
Obrázek 2-1: Obnova tlaku po jeho poklesu zpÛsobeném clonov˘m kotouãem
Alternativy primárního snímacího elementu
V osmnáctém století Bernoulli poprvé
stanovil vztah mezi statickou a kinetickou energií proudícího média. Pfii prÛtoku tekutiny zúÏením se tekutina zrychluje a energie pro toto urychlení se
získává na úkor statického tlaku tekutiny. Následkem tohoto jevu dochází
v potrubí v místû zúÏení k poklesu tlaku
(Obrázek 2-1). V proudící tekutinû se
po jejím návratu do nezúÏeného potrubí jiÏ její pÛvodní tlak zcela neobnoví.
Mûfií se tlakov˘ rozdíl, diferenãní tlak
(h). Rychlost (w), objemov˘ prÛtok (Q)
a hmotnostní prÛtok (m) lze vypoãítat
16
âíslo 4
k pouÏít dal‰í dodateãné parametry,
korekãní ãinitele. Hodnoty tûchto parametrÛ mohou b˘t vypoãítány pomocí
rovnic, nebo mohou b˘t odeãteny
z grafÛ a tabulek, které lze získat
u American National Standards Institute (ANSI), u American Petroleum Institute (API), u American Society of Mechanical Engineers (ASME) a u American Gas Association (AGA). Tyto grafy
a tabulky jsou zahrnuty do mnoha
z prací, které jsou uvedeny jako odkazy na literaturu a zdroje dal‰ích informací na konci této kapitoly.
V˘tokov˘ souãinitel primárních elementÛ se urãuje pfii laboratorních
zkou‰kách, které reprodukují geometrické uspofiádání instalace. Publikova-
né hodnoty obvykle reprezentují stfiední hodnotu k zji‰tûnou pro dané uspofiádání z v˘sledkÛ minimálnû tfiiceti kalibraãních pochodÛ. Nejistota tûchto
publikovan˘ch hodnot se pohybuje mezi 0.5 % aÏ 3 %. Pfii pouÏití tûchto publikovan˘ch v˘tokov˘ch souãinitelÛ je
moÏné získat rozumné v˘sledky mûfiení
prÛtoku i bez kalibrace mûfiícího zafiízení po jeho instalaci. Kalibrace na
místû instalace je nutná, nejsou-li k dispozici jeho laboratorní testy, nebo
v pfiípadû, Ïe se vyÏaduje vût‰í pfiesnost
mûfiení, neÏ jakou poskytuje v˘‰e uveden˘ rozsah pfiesnosti v˘tokov˘ch souãinitelÛ. Vztah mezi prÛtokem a poklesem tlaku se mûní v závislosti na rychlostním profilu. Rychlostní profil mÛÏe
odpovídat, v závislosti na hodnotû Reynoldsova ãísle (Re), laminárnímu, nebo
turbulentnímu proudûní (Obrázek 2-1).
Reynoldsovo ãíslo lze pro proudûní kapalin urãit podle vztahu
Re = 3160 (SG) (Q) / (D)
kde D je vnitfiní prÛmûr potrubí v palcích (inch), Q je objemov˘ prÛtok v galonech za minutu (gallon/minute), SG
je mûrná váha kapaliny pfii 60 °F, m je
viskosita v poise.10 -2 (centipoise).
Pfii mal˘ch hodnotách Reynoldsova
ãísla (obecnû pfii hodnotách Re men‰ích
neÏ 2000) je proudûní laminární
a rychlostní profil proudûní je parabolick˘. Pfii vysok˘ch hodnotách Reynoldsova ãísla (pfiesahujících hodnotu 3000)
se proudûní stává zcela turbulentním
a v dÛsledku promíchávání se tekutina
v celém prÛfiezu pohybuje se stejnou
osovou, axiální, rychlostí. Obrázek 1-3
ukazuje, Ïe pfiechod mezi laminárním
a turbulentním proudûním mÛÏe probíhat ve velkém rozsahu Reynoldsova ãísla. Závislost v˘tokového souãinitele na
Reynoldsovû ãísle je u rÛzn˘ch primárních elementÛ odli‰ná.
Mnoho inÏen˘rsk˘ch spoleãností
a organisací a vût‰ina v˘robcÛ primárních elementÛ dnes nabízí pro dimensování d/p elementÛ softwareové paZPRAVODAJ
2
kety, softwareové balíky. Tyto programy
jiÏ zahrnují potfiebná data z grafÛ, diagramÛ a tabulek, zahrnují také empiricky stanovené rovnice pro v˘poãet v˘tokov˘ch souãinitelÛ a korekãních ãinitelÛ. Nûkteré pakety obsahují údaje
o fyzikálních vlastnostech mnoha bûÏn˘ch tekutin. UÏivatel mÛÏe snadno zadat údaje o své aplikaci a automaticky
získá doporuãené dimenzování. Zda
centech mûfiené okamÏité hodnoty (ARactual reading), zatímco chyba komory
pro odeãet diferenãního tlaku je udávaná v procentech kalibrovaného rozsahu (CS, calibrated span).
Komora pro odeãet diferenãního tlaku má obvykle pfiesnost 0.2 % kalibrovaného rozsahu (CS). Znamená to,
Ïe pfii dynamickém rozsahu, pomûrovém rozpûtí rozsahu, 10:1 bude mít
Tabulka 3: Primární prÛtokomûrné elementy
PRIMÁRNÍ ELEMENT
DOPORUâENÉ POUÎITÍ
dále zvût‰it, bez nepfiíznivého vlivu na
pfiesnost, pouÏitím vût‰ího poãtu prÛtokomûrÛ umístûn˘ch do paraleních vûtví.
Paralelní vûtve se otevírají tak, aby byl
prÛtok v otevfien˘ch vûtvích v rozmezí
75% aÏ 90% z rozsahu prÛtokomûrÛ.
Jinou moÏností je umístit k jednomu primárnímu elementu paralelnû dva nebo
více kalibrovan˘ch pfievodníkÛ, z nichÏ
jeden pracuje v rozsahu 1% aÏ 10%
MINIMÁLNÍ
HODNOTA Re
ãisté kapaliny, plyny, vodní pára
≥ 2000
ROZMùR
V¯HODY
OMEZENÍ
≥ 1/2 in
snadná instalace
nízká cena
snadná v˘mûna
viskosní kapaliny
≥500
1 to 6 in
snadná instalace
nízká cena
snadná v˘mûna
kapaliny a plyny obsahující
sekundární tekutou fázi
>10,000
4 to 14 in
snadná instalace
nízká cena
snadná v˘mûna
poÏadav. na pfiímé hladké potrub. pfied a za clonou
velká trvalá tlaková ztráta
pfiesnost je ovlivnûna typem instalace
a podmínkami, za kter˘ch clona pracuje
vût‰í nejistota hodnoty v˘tokového souãinitele
integrální clona
ãisté & zneãi‰tûné kapaliny,
plyny, vodní pára
>10,000
1/2 to 2 in snadná instalace
nejsou nutná impulsní potrubí
snadná v˘mûna
Venturiho trubice
/prÛtokomûrná trubice
ãisté & zneãi‰tûné kapaliny,
plyny, vodní pára, kaly, ka‰e
>75,000
d˘za
zneãi‰tûné kapaliny, plyny,
vodní pára
>50,000
segmentov˘
klínová clona
ãisté a zneãi‰tûné kapaliny,
plyny, vodní pára,
viskosní kapaliny
>500
Venturiho kuÏelovit˘
prÛtokomûr V-cone
ãisté a zneãi‰tûné kapaliny,
plyny, vodní pára, viskosní kapaliny
1/2 to 72 in malá trvalá tlaková ztráta
v porovnání se clonou je poÏadovaná délka
pfiímého potrubí dvakrát aÏ devûtkrát men‰í
v porovnání se clonou má pro stejn˘
diferenãní tlak vût‰í prÛtok
v porovnání se clonou je pfiesnost je ménû
ovlivnûna opotfiebováním a podm. instalace
v porovnání se clonou má pro stejn˘
>2 in
diferenãní tlak vût‰í prÛtok
v porovnání se clonou je pfiesnost je ménû
ovlivnûna opotfiebováním a podm. instalace
dobrá pro aplikace kde se pracuje pfii
vys. teplotách a pfii vysok˘ch rychlostech
u plynÛ normál pro mûfi. hmotnost. prÛtoku
≥1/2 in nejsou nutná impulsní potrubí
minimální náchylnost k ucpávání
v porov. se clonou trval. tlak. ztráta o 40% men‰í
minimální délka pfiímého potrubí
1 to 16 in minimální délka pfiímého potrubí
schopnost mûfiit malé prÛtoky
centrick˘ clonov˘ kotouã
s pravoúhlou hranou
centrick˘ clonov˘ kotouã
s kuÏelovitou
/ãtvrtkruhovou
pfiední hranou
excentrick˘/segmentov˘
clonov˘ kotouã
jsou tyto v˘sledné údaje rozumné by
mûlo b˘t je‰tû zkontrolováno ruãním
v˘poãtem.
• Přesnost & velikost rozsahu
Kvalita instalace prÛtokomûru vybaveného primárním elementem závisí na
pfiesnosti prÛtokomûrného elementu
a na pfiesnosti komory pro odeãet diferenãního tlaku. Pfiesnost prÛtokomûrného elementu se obvykle udává v proZPRAVODAJ
neuvedeno
prÛtokomûr na dolním konci svého rozsahu prÛtoku (pfii prÛtoku 10%), dan˘
rozsah prÛtokomûru odpovídá pomûrovému rozpûtí rozsahu diferenãního
tlaku 100:1, chybu 20% AR. Z tohoto dÛvodu byly bûhem svého v˘voje
prÛtokomûry pracující s diferenãním
tlakem omezeny na aplikace, kde postaãuje pomûrové rozpûtí rozsahu
o hodnotû 3:1 nebo 4:1.
Rozpûtí rozsahu prÛtokomûru lze
znaãková konstrukce, potfiebuje kalibraci
více náchylná k zaná‰ení neÏ clona se
standardním clonov˘m kotouãem
velká pofiizovací cena
vymûÀuje se obtíÏnûji neÏ clona
znaãková konstrukce, vyÏaduje kalibraci
velká pofiizovací cena
vyÏaduje zatûsnûn˘ pfievodník/vysílaã
diferenãního tlaku, nesnadno se nuluje
znaãková konstrukce
plného rozsahu (FS) diferenãního tlaku,
druh˘ v rozsahu 10% aÏ 100% plného
rozsahu (FS) diferenãního tlaku. Obû
tyto techniky jsou tûÏkopádné a cenovû
nároãné. Lep‰í moÏnosti poskytují inteligentní pfievodníky/vysílaãe.
Pfiesnost inteligentních pfievodníkÛ/vysílaãÛ je obvykle 0.1% CS. Tato
hodnota zahrnuje pouze chyby v dÛsledku hysterese, rozpûtí rozsahu a linearity.Nezahrnuje moÏné chyby v dÛâíslo 4
17
2
sledku driftu, vibrací, interference z radiov˘ch vysílaãÛ, pfiekroãení rozsahu,
kolísání teploty, vlhkosti a kolísání napájecí energie. Pokud se tyto chyby zahrnou, je celková pfiesnost inteligentních pfievodníkÛ/vysílaãÛ asi 0.2% CS.
ProtoÏe inteligentní pfievodníky/vysílaãe diferenãního tlaku mohou - na základû hodnot sv˘ch vlastních mûfiení automaticky pfiepínat mezi dvûma kalibrovan˘mi rozsahy (jeden pro rozsah
1% aÏ 10% FS diferenãního tlaku, druh˘ pro rozsah 10% aÏ 100% FS diferenãního tlaku), je takto moÏné instalovat clonu, která má dynamick˘ rozsah,
mûfieno ve stejn˘ch fysikálních/technick˘ch jednotkách).
V˘znamné mohou b˘t chyby v dÛsledku nesprávné instalace primárního
elementu (aÏ 10%). Pfiíãiny takov˘chto
chyb mÛÏe b˘t stav a lícování pfiipojovacích sekcí potrubí, nedostateãné délky pfiímého potrubí a chyby v fie‰ení
tlakov˘ch odbûrÛ a impulsních potrubí.
Pfii turbulentním proudûní mÛÏe b˘t
aÏ 10% signálu diferenãního tlaku tvofieno ‰umem, zpÛsoben˘m chvûním
ventilÛ a dal‰ího pfiíslu‰enství, nacházejícího se jak pfied mûfiícím, tak za
mûfiícím elementem a také vlastním mû-
• Připojení na potrubí,
instalace & údržba
Návody na instalaci jsou publikovány
mnoha profesními organizacemi (ISA,
ANSI, API, ASME, AGA) a v˘robci zákaznick˘ch a znaãkov˘ch konstrukcí.
Tyto návody obsahují také následující
typy doporuãení:
• V pfiípadû, Ïe se, navíc k mûfiení
prÛtoku, mûfií také teplota nebo tlak
technologické tekutiny, nemá b˘t
pfievodník tlaku umístûn do potrubí
s technologickou tekutinou, ale má
b˘t na odpovídající potrubí prÛtokomûrného elementu pfiipojen˘ pomo-
7 vnitfiních prÛmûrÛ potrubí
omezovaã vífiení
smûr
toku
koncentrátor profilu
A
stabilizaãní délka
(ãtyfii vnitfiní prÛmûry potrubí)
B
Obrázek 2-2: UsmûrÀovaãe proudûní, umisÈované pfied primární element
pomûrové rozpûtí rozsahu, 10:1
a pfiesnost 1% AR.
Hustota tekutiny se u vût‰iny aplikací
mûfiení prÛtoku pfiímo nemûfií. Spí‰e se
pfiedpokládá, Ïe má hustota urãitou
normální hodnotu. JestliÏe se hustota
tekutiny od této pfiedpokládané hodnoty li‰í, vzniká chyba. Chybu v dÛsledku
odchylky hodnoty hustoty lze korigiovat
buì pfiím˘m mûfiením hustoty, nebo nepfiímo, u plynÛ mûfiením jejich tlaku,
u kapalin mûfiením jejich teploty. Jsou
také k disposici v˘poãetní programové
pakety, které zpracovávají vstup z pfievodníku/vysílaãe diferenãního tlaku
spolu se vstupy z ostatních snímaãÛ, tyto pakety umoÏÀují provádût souãasn˘
v˘poãet jak hmotnostního, tak objemovéího prÛtoku.
Aby se chyba minimalizovala (a aby
se minimalizovala nutnost provádût korekci na odchylku hustoty tekutiny), nemá pfii práci se stlaãiteln˘mi tekutinami
pomûr velikosti diferenãního tlaku (h)
a velikosti tlaku pfied ‰krtícím orgánem
(p) pfiekroãit hodnotu 0.25 (kde h a p je
18
âíslo 4
fiícím elementem. Ve vût‰inû aplikací je
tlumení, které provádí komora pro odeãet diferenãního tlaku, k filtraci tohoto
‰umu postaãující. Velk˘, kritick˘, ‰um
mÛÏe b˘t redukován pouÏitím dvou nebo více tlakov˘ch odbûrÛ, pfiipojen˘ch
paralelnû na obou stranách komory
pro odeãet diferenãního tlaku.
Pulzující prÛtok mÛÏe b˘t zpÛsoben˘
pístov˘mi nebo membránov˘mi ãerpadly nebo kompresory. Tyto pulzace
lze sníÏit vzdálením prÛtokomûru od
zdroje pulzací, nebo jeho umístûním za
filtry nebo za jiná tlumící zafiízení. Lze
také k tlakov˘m odbûrÛm umístit hardware pro tlumení pulzací, nebo lze
pouÏít pro zpracování signálu z komory pro odeãet diferenãního tlaku software, kter˘ pulzace filtruje. Jeden z takov˘chto filtrÛ realizuje algoritmus, kter˘ je inverzní k algoritmu derivování,
filtr potlaãuje rychlost zmûny mûfiené
hodnoty prÛtoku tak, aby se mûfiená
hodnota prÛtoku nemûnila s vût‰í rychlostí, neÏ s jakou se mÛÏe mûnit proudûní konkrétní technologické tekutiny.
cí T-kusu.
• Obdobnû, aby se zabránilo naru‰e-
ní proudûní, má b˘t jímka teplomûru, pouÏívaného pro mûfiení teploty,
instalovaná alespoÀ 10 prÛmûrÛ potrubí za prÛtokomûrn˘m elementem.
• Sváry mají b˘t hladce vybrou‰eny
a tûsnûní mají b˘t ofiíznouta tak,
aby pfii fyzickém ohledání nebylo
moÏno zjistit Ïádné v˘stupky.
Aby se dobfie ustálil rychlostní profil
tekutiny (a aby byl pokles tlaku predikovateln˘), je tfieba, aby bylo jak pfied
‰krtícím elementem, tak za ‰krtícím elementem, pfiímé potrubí. Velikost, délka,
pfiímého potrubí závisí pro danou instalaci jednak na hodnotû pomûrového
koeficientu beta, jednak na povaze dílÛ, které se nacházejí v potrubí pfied
‰krtícím orgánem.
Je-li, napfiíklad, pfied clonov˘m kotouãem jednoduché koleno s úhlem
90°, roste, pfii zvût‰ení podílu prÛmûrÛ
D/d, tj. pfii zvût‰ení hodnoty pomûrového koeficientu beta, v rozmezí od 0.2
ZPRAVODAJ
2
do 0.8, potfiebná délka pfiímého potrubí v rozmezí od 6 prÛmûrÛ potrubí do
20 prÛmûrÛ potrubí.
Pro zmen‰ení poÏadavkÛ na délku
pfiímého potrubí lze do potrubí pfied
primárním elementem umístit usmûrÀovaãe proudûní (Obrázek 2-2), tvofiené
napfiíklad svazky trubek, perforovan˘mi kotouãi, nebo vnitfiními vloÏkami.
Velikost a smûr odbûrÛ tlaku jsou závislé jednak na rozmûru potrubí, jednak na typu technologické tekutiny. Doporuãen˘ maximální prÛmûr koncov˘ch
nebo pfiírubov˘ch otvorÛ tlakov˘ch odbûrÛ jsou dány hodnotami (1/4)" pro
trubky o vnitfiním prÛmûru men‰ím neÏ
2", (3/8)" pro trubky o vnitfiním prÛmûru 2" a 3", (1/2)" pro trubky od 4"
do 8" a (3/4)" pro vût‰í potrubí. Oba
odbûry mají mít stejn˘ prÛmûr. V místû,
kde otvor prochází vnitfiním povrchem
trubky má b˘t ostr˘, nemá obsahovat
nerovnosti, otfiepy, nebo ‰pony. Pfiipojení na otvory tlakov˘ch odbûrÛ by mûlo b˘t provedeno pomocí nátrubkÛ,
spojovacích dílÛ, nebo adaptérÛ, pfiivafien˘ch na vnûj‰í povrch trubky.
V aplikacích, kde mÛÏe technologická tekutina tlakové odbûry ucpávat, nebo v aplikacích, kde mÛÏe v impulzním
potrubí zamrzat nebo vytváfiet gelové
zátky, lze pouÏít ochranné tûsnûní proti chemick˘m úãinkÛm mûfieného média. Rozmûry pfiípojek jsou obvykle vût‰í (tûsnící element mÛÏe b˘t rovnûÏ vybaven˘ membránov˘m prodlouÏením).
Vzhledem ke sv˘m poÏadavkÛm na
prostor se tato tûsnûní obvykle instalují
k rádiusov˘ odbûrÛm nebo ke koncov˘m odbûrÛm, odbûry jsou znázornûné
na Obrázku 2-3. V pfiípadû, Ïe se pouÏívají tûsnûní proti chemick˘m úãinkÛm
mûfieného média je dÛleÏité, aby na
obû kapiláry impulzního potrubí, vedeného ke komofie pro odeãet diferenãního tlaku, pÛsobila stejná teplota a aby
byly chránûny pfied dopadem pfiímého
sluneãního záfiení.
Pfievodník/vysílaã diferenãního tlaku
by mûl b˘t umístûn co nejblíÏe k primárnímu elementu. Impulzní potrubí by
mûlo b˘t co nejkrat‰í, obû vûtve by mûly mít stejn˘ prÛmûr. V aplikacích, kde
se pracuje s ãist˘mi kapalinami je minimální prÛmûr impulzního potrubí
(1/4)", v aplikacích, kde se pracuje
ZPRAVODAJ
s parami které mohou kondenzovat je
minimální prÛmûr impulzního potrubí
0.4". V aplikacích pro mûfiení na vodní páfie by mûla b˘t vodorovná délka
impulzního potrubí co nejmen‰í, a i zde
by mûlo mít potrubí sklon (minimálnû 1
palec na 1 stopu délky potrubí), klesat
musí smûrem k odbûru, dÛvodem je,
aby kondensát mohl stéct zpût do transportního potrubí. Opût platí, Ïe obû
vûtve signálního vedení mají b˘t vystaveny stejnému pÛsobení okolního prostfiedí a mají b˘t chránûny, zastínûny,
pfied pÛsobením pfiímého sluneãního
záfiení. V aplikacích, kde se pracuje
s ãist˘mi kapalinami nebo s ãist˘mi plyny, lze impulzní potrubí ãistit pfiipojením odbûru na vûtrací nebo vyprázdÀují otvor komory pro odeãet diferenãního tlaku, aby byl z impulzního potrubí odstranûn v‰echen vzduch je tfieba
stejnou v˘‰ku, mÛÏe b˘t komora pro
odeãet diferenãního tlaku nastavena
tak, aby takto vznikl˘ rozdíl tlakÛ vynulovala, tento postup je moÏn˘ pouze
tehdy, jestliÏe se hodnota uvedeného
rozdílu nemûní.
JestliÏe teplota technologické tekutiny
pfiekraãuje maximální teplotní mez pro
práci komory pro odeãet diferenãního
tlaku, lze buì pouÏít tûsnûní proti chemick˘m úãinkÛm mûfieného média, nebo
je tfieba, aby signální vedení mûlo dostateãnou délku, potfiebnou pro ochlazení tekutiny. Pokud se poÏaduje vût‰í pokles teploty, lze pro sníÏení teploty technologické tekutiny vloÏit do signálního
vedení vinut˘ chladící potrubní segment.
Frekvence prohlídek nebo v˘mûn primárního elementu závisí na erozivní
a korozivní povaze technologické tekutiny a na celkové poÏadované pfiesnosti
koncové, potrubní,odbûry
2 12 D
8D
pfiírubové odbûry
1 palec
1 palec
smûr toku
prÛmûrové odbûry
D
D/2
Obrázek 2-3: Alternativy umístûní odbûrÛ pro urãení diferenãního tlaku
impulzní potrubí vyplachovat nûkolik
minut. Vzduch, kter˘ je v impulzním
potrubí zachycen, mÛÏe pfii kalibraci
zpÛsobit ofset nuly.
U izolované montáÏe, "wet-leg", komor pro odeãet mal˘ch diferenãních
tlakÛ (men‰ích neÏ 10 palcÛ H2O) se
v impulzním potrubí pouÏívají izolaãní
objemové kompensátory, kompensaãní
nádobky, které minimalizují zmûny v˘‰ky hladiny kapaliny v impulzním potrubí. Pfii aplikaci, kde se pracuje s vodní
párou, se doporuãuje, aby se zajistilo
dosaÏení stejné v˘‰ky kondensátu
v obou vûtvích impulzního potrubí komory, pouÏívat plnící T-kusy. Pokud
z nûjakého dÛvodu nemají obû vûtve
mûfiení. Pokud nejsou s provozem k dispozici pfiedchozí zku‰enosti, mÛÏe b˘t
clonov˘ kotouã kvÛli prohlídce vyjíman˘
po tfiech, ‰esti a dvanácti mûsících od
poãátku svého pouÏívání. Na základû
vizuální kontroly clonového kotouãe lze
ze zji‰tûn˘ch faktÛ periodu jeho údrÏby
prodlouÏit na rozumnou délku.
Clony, které se pouÏívají pro v˘poãet
materiálov˘ch bilancí, by mûly mít stejn˘ cyklus údrÏby.
• Dimensování clonového kotouče
Clonov˘ kotouã se bûÏnû pouÏívá pfii
mûfiení prÛtoku ãist˘ch kapalin, plynÛ
a vodní páry. Je dostupn˘ pro v‰echny
rozmûry potrubí a pokud je k dispozici
âíslo 4
19
2
tlaková ztráta, kterou potfiebuje, je velice cenovû v˘hodn˘ pro mûfiení prÛtokÛ
ve vût‰ích potrubích (s vût‰ím prÛmûrem
neÏ 6"). Clonov˘ kotouã je také schválen mnoha normalizaãními organizacemi jako závazné mûfiidlo pro pfiedávání/pfiejímání pfiepravovan˘ch kapalin a plynÛ.
I kdyÏ mnohé normalizaãní organizace pracují na pfiijetí jedné univerzálnû
akceptované rovnice pro v˘poãet prÛtoku z mûfiení na clonû, pouÏívají se dnes
pro v˘poãet prÛtoku z mûfiení na clonû
je‰tû stále rÛzné, vzájemnû se od sebe
li‰ící, vztahy.Programy pro dimensováni
clon obvykle uÏivateli dovolují aby si
svoji, uÏivatelem poÏadovanou, rovnici
vybral z nabídky nûkolika rovnic.
Clonov˘ kotouã mÛÏe b˘t zhotoven
z libovolného vhodného materiálu, nejbûÏnûj‰ím materiálem je ale nerezavûjící ocel. Síla pouÏitého clonového kotouãe ((1/8)" aÏ (1/2)") závisí na rozmûru potrubí, na teplotû technologické
tekutiny, na jejím tlaku, a na hodnotû
diferenãního tlaku. Tradiãní clona je
tenk˘ kruhov˘ clonov˘ kotouã (s plí‰-
umístûní
ventilaãního
otvoru (pfii práci
s kapalinami)
smûr toku
bylo potrubí odtlakováno a aniÏ by byl
prÛtok tekutiny uzavfien. V takov˘chto
úchytech se pouÏívá univerzální clonov˘ kotouã, kter˘ je kruhov˘ a kter˘ plí‰ek pro uchopení kotouãe nemá.
Centrické, soustfiedné, kruhové clonové kotouãe (Obrázek 2-4 A) mají
ostr˘ (plochy ohraniãující vstupní hranu
musí b˘t pravoúhlé) soustfiedn˘ kruhov˘
otvor kter˘ umoÏÀuje témûfi pfiímkov˘
kontakt mezi kotouãem a tekutinou, tfiení na mezi doteku je zanedbatelné.
Hodnota pomûrového koeficientu beta
(pomûr prÛmûrÛ) centrick˘ch clon se
pohybuje od 0.25 do 0.75. Maximální
rychlost a minimální statick˘ tlak se nachází ve vzdálenosti zhruba 0.35 prÛmûru potrubí aÏ 0.8 prÛmûru potrubí
za clonov˘m kotouãem. Tento bod se
naz˘vá vena contracta, místo maximálního zúÏení toku. ProtoÏe je proudûní
ovlivÀováno tfiením mezi tekutinou
a stûnou potrubí, minimalizuje vliv drsnosti potrubí mûfiením diferenãního tlaku v místû blízkém clonovému kotouãi.
Pfiírubové odbûry se pouÏívají pfiedev‰ím v USA, umisÈují se do vzdále-
malá svûtlost potíÏe pfii údrÏbû. Odbûry ve vena contracta (jejich poloha je
blízká k poloze rádiusov˘ch odbûrÛ,
Obrázek 2-3), jsou umístûné ve vzdálenosti jeden prÛmûr potrubí pfied clonov˘m kotouãem a v bodû vena contracta
za clonov˘m kotouãem. Tato poloha se
mûní (v závislosti na hodnotû pomûrového koeficientu beta a na hodnotû Reynoldsova ãísla) mezi 0.35 D a 0.8 D.
Odbûry ve vena contracta poskytují
maximální diferenãní tlak, jsou ale také
velmi zatíÏené ‰umem. Navíc, pfii zmûnû clonového kotouãe mÛÏe b˘t nutná
zmûna místa odbûru. U potrubí o mal˘ch rozmûrech se mÛÏe také vena contracta nacházet pod clonovou pfiírubou. Normálnû se proto odbûry ve vena contracta pouÏívají pouze tehdy,
kdyÏ je vnitfiní prÛmûr potrubí vût‰í neÏ
‰est palcÛ.
Rádiusové odbûry jsou podobné odbûrÛm ve vena contracta, rozdíl je
v tom, Ïe se odbûr za clonou umisÈuje
do vzdálenosti 0.5 D od clonového kotouãe (Obrázek 2-3). Koncové, potrubní, odbûry se umisÈují do vzdálenosti
sklon, uplatnûn˘ v pfiípadû,
Ïe je tlou‰Èka kotouãe vût‰í
neÏ 1/8 palce (3.175 mm),
nebo v pfiípadû, Ïe je prÛmûr
45° clony men‰í
neÏ 1 palec (25 mm)
clona
ostrá vstupní hrana
umístûní
drenáÏního otvoru
(pfii práci s párami)
vnitfiní
prÛmûr
potrubí
A) centrická, soustfiedná, clona
maximálnû 1/8 palce (3.175 mm)
1/8 palce aÏ 1/2 palce
(3.175 mm aÏ 12.70 mm)
B) excentrická clona
C) segmentová clona
Obrázek 2-4: PrÛtoãné prÛfiezy clon
kem pro uchopení a pro záznam údajÛ), kter˘ se vkládá do potrubí mezi dvû
clonové pfiíruby. Tato metoda instalace
je v˘hodná vzhledem k cenov˘m nákladÛm, vyÏaduje ale uzavfiení toku technologické kapaliny pokaÏdé, kdyÏ je
clona pro úãely údrÏby nebo kontroly
vyjímána. Naopak, speciální clonové
úchyty umoÏÀují vyjmout clonu aniÏ by
20
âíslo 4
nosti 1 palec od povrchÛ clonového kotouãe (Obrázek 2-3). Nedoporuãuje se
je pouÏívat u potrubí, která mají men‰í
prÛmûr neÏ 2 palce. Koutové odbûry
pfievaÏují v Evropû, pouÏívají se zde
pro potrubí v‰ech rozmûrÛ, v USA se
pouÏívají u portubí, která jsou men‰í
neÏ dva palce (Obrázek 2-3). U koutov˘ch odbûrÛ zpÛsobuje jejich relativnû
2.5 násobku vnitfiního prÛmûru portubí
pfied clonov˘ kotouã a do vzdálenosti
osminásobku vnitfiního prÛmûru portubí
za clonov˘ kotouã (Obrázek 2-3). Detekují a mûfií nejmen‰í tlakov˘ rozdíl.
Vzhledem ke vzdálenosti koncov˘ch
odbûrÛ od clony jsou zde tlaky nejvíce
ovlivÀovány drsností potrubí a rozmûrov˘mi nesoulady. Chyba mûfiení je
ZPRAVODAJ
2
proto u koncov˘ch odbûrÛ z uveden˘ch
dÛvodÛ nejvût‰í.
• Typy clon a jejich výběr
Centrické, soustfiedné, clonové kotouãe
se doporuãují pro mûfiení prÛtoku
ãist˘ch kapalin, plynÛ, a vodní páry,
pouÏívají se pro Reynoldsovo ãíslo
v rozmûzí 20 000 aÏ 10 7 a pro potrubí s prÛmûrem men‰ím neÏ ‰est palcÛ.
ProtoÏe základní rovnice pro v˘poãet
prÛtoku z mûfiení na clonû pfiedpokládají, Ïe jsou rychlosti proudûní znaãnû
men‰í neÏ rychlost zvuku, je tfieba, pokud se proudûní o rychlosti zvuku pfiedpokládá, pro urãení prÛtoku pouÏít jin˘
teoretick˘ a v˘poãetní pfiístup. Minimální doporuãená hodnota Reynoldsova
ãísla pfii prÛtoku clonou (Obrázek 1-5)
se mûní s hodnotou pomûrového koeficientu beta clony a s velikostí potrubí.
Vût‰í potrubí mají také vût‰í Reynoldsovo ãíslo.
Viskozní, vazké, tekutiny mají malou
hodnotu Reynoldsova ãísla. Vzhledem
k pfiedchozím úvahám se proto pro mûfiení jejich prÛtoku pouÏívají clony s ostrou pravoúhlou vstupní hranou jen
zfiídka. Pokud má tekutina Reynoldsovo
ãíslo men‰í hodnotu neÏ 10 000, doporuãuje se pouÏívat clonové kotouãe
se ãtvrtkruhovou pfiední hranou a clonové kotouãe s kuÏelovitou pfiední hranou (Obrázek 2-5). U clon se ãtvrtkruhovou pfiední hranou lze pouÏívat pfiírubové, koutové a rádiusové odbûry,
u clon se kuÏelovitou pfiední hranou lze
pouÏívat pouze koutové odbûry.
Aby se pfiedcházelo ukládání plynem
pfiinesen˘ch tekutin, nebo ukládání plynÛ pfiinesen˘ch kapalinami, mohou b˘t
centrické clonové kotouãe vybaveny
drenáÏními nebo ventilaãními otvory
(Obrázek 2-4 A). Pokud je prÛmûr tohoto otvoru men‰í neÏ 10 % z prÛmûru
otvoru clony, je nemûfien˘ prÛtok, procházející ventilaãním nebo drenáÏním
otvorem obvykle men‰í neÏ 1% z celkového prÛtoku. ProtoÏe se ale jak drenáÏní, tak ventilaãní otvory ãasto ucpávají, je jejich úãinnost jen omezená.
Centrické clonové kotouãe se nedoporuãují pro mûfiení vícefázov˘ch tekutin dopravovan˘ch v horizontálnû poloÏen˘ch potrubích, protoÏe sekundární
fáze se mÛÏe u pfiední hrany clonového
ZPRAVODAJ
kotouãe nahromadit. V extrémních pfiípadech mÛÏe takto dojít k ucpání otvoru clony, nebo mÛÏe dojít k ovlivnûní
charakteru proudûní do té míry, Ïe se
mûfiení provádí s chybou. Pro takovéto
aplikace jsou vhodnûj‰í clony excentrické a segmentové. Centrick˘m clonám
se stále dává pfiednost pfii mûfiení prÛtoku vícefázov˘ch tekutin dopravovan˘ch ve vertikálnû poloÏen˘ch potrubích, protoÏe akumulace materiálu je
zde ménû pravdûpodobná a údaje potfiebné pro dimenzování tûchto clonov˘ch kotouãÛ jsou spolehlivûj‰í.
Excentrická clona (Obrázek 2-4 B) je
smûr toku
prÛmûr neÏ ãtyfii palce. Musí b˘t peãlivû
instalovány, aby se zajistilo, Ïe nedojde
k Ïádnému zasahování pfiíruby nebo tûsnûní do funkce clonového otvoru. U obou
typÛ tûchto clon se pouÏívají pfiírubové
plí‰ky, které jsou umístûny u excentrické
clony v kvadrantu kde se nachází clonov˘ otvor, u segmentové clony v pfiímce,
spojující stfied kotouãe s místem nejvy‰‰ího pfiehrazení prÛfiezu potrubí.
Pro mûfiení mal˘ch prÛtokÛ mÛÏe b˘t
nejlep‰ím postupem pouÏití komory pro
odeãet diferenãního tlaku spolu s integrální clonou. U tohoto fie‰ení prochází
cel˘ tok technologické tekutiny komo-
smûr toku
45°
A) clona se ãtvrtkruhovou pfiední hranou
B) clona s kuÏelovitou pfiední hranou
Obrázek 2-5: Clony pro mûfiení prÛtoku viskosních tekutin
podobná na clonu centrickou, rozdíl je
v tom, Ïe je stfied otvoru clony umístûn
mimo osu potrubí. Otvor segmentové
clony (Obrázek 2-4 C) má tvar kruhové úseãe. Je-li sekundární fází plyn,
umisÈuje se otvor excentrické clony
smûrem k horní stranû potrubí. Je-li sekundární fází kapalina, nacházející se
v proudícím plynu, nebo kal, nacházející se v proudící kapalinû, je tfieba
umisÈovat otvor clony ke spodní stranû
potrubí. DrenáÏní plocha segmentové
clony je vût‰í neÏ drenáÏní plocha excentrické clony, segmentové clonû se
proto v aplikacích, kde je velk˘ podíl
sekundární fáze, dává pfiednost.
Tyto clonové kotouãe se obvykle pouÏívají v potrubích, která mají vût‰í vnitfiní
rou pro odeãet diferenãního tlaku, ãímÏ
se eliminuje potfieba impulzního vedení. Tyto prÛtokomûry jsou znaãková zafiízení, o jejichÏ vlastnostech a provedení je k disposici málo publikovan˘ch
údajÛ. Souãinitele a koeficienty tûchto
pfiístrojÛ jsou zji‰Èovány pfii jejich konkrétní, individuální, laboratorní kalibraci. Jejich pouÏití se doporuãuje pouze pro mûfiení ãist˘ch, jednofázov˘ch
tekutin, protoÏe i jen malé mnoÏství nánosu neãistot zpÛsobuje v˘znamné chyby v mûfiení, nebo má za následek
ucpání mûfiící jednotky. Pro potlaãení
pfiíli‰ velkého pfiekroãení tlaku se instalují ‰krtící redukãní clony pro omezení
tlaku, restriktory. Pracují obvykle pfii
proudûní o rychlosti zvuku a pfii velmi
âíslo 4
21
2
malé hodnotû pomûrového koeficientu
beta. Aby nedocházelo k ucpávání
a otírání clony, nemûl by pokles tlaku
na jedné ‰krtící clonû pfiesahovat hodnotu 500 psid (liber na ãtvereãní palec
diferenãní). Pokud se instaluje více ‰krtících clon, mûly by b˘t clonové kotouãe umisÈovány tak, aby byly od sebe
vzdáleny pfiibliÏnû o jeden prÛmûr potrubí. ZabraÀuje se tím, aby mezi jednotliv˘mi clonov˘mi kotouãi do‰lo k obnovû tlaku.
• Vlastnosti a parametry clony
PfiestoÏe je clona velmi prosté zafiízení,
je, svojí podstatou, pfiesn˘m mûfiícím
pfiístrojem. Za ideálních podmínek se
mÛÏe pfiesnost clony nacházet v rozme-
technologickou tekutinu, dostateãnost
pfiímé délky potrubí, vliv tûsnûní, vyboãení prÛfiezov˘ch ploch potrubí a clony
a fie‰ení impulzního potrubí. Mezi ostatní nepfiíznivé podmínky patfií otupování
ostré pfiední hrany clonového kotouãe,
nebo vruby na jeho hranû, které jsou
zpÛsobované korosí nebo erosí, deformace kotouãe v dÛsledku hydraulického
rázu a nebo ‰píny a mastnoty nebo
usazeniny sekundární fáze tekutiny na
nûkterém z povrchÛ clony. KaÏd˘ z v˘‰e uveden˘ch vlivÛ mÛÏe aÏ o 10%
zmûnit hodnotu v˘tokového souãinitele
clony. Kombinace tûchto vlivÛ mÛÏe vyvolat je‰tû hor‰í, a ve svém v˘sledném
projevu nepfiedvídateln˘, následek. Pfii
normálních pracovních podmínkách se
proto pfiedpokládá, Ïe typicky pouÏitá
90
80
70
trvalá tlaková ztráta v procentech - diferenãního tlaku
20
clona
30
d˘za ASME
60
40
50
50
40
60
30
70
standardní
Venturiho trubice
20
80
dlouhá
Venturiho trubice
10
90
krátká
Venturiho trubice
0.1
0.2
0.3
znaãková kalibrovaná trubice pro mûfiení prÛtoku
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
pomûrov˘ koeficient beta
rozdíl mezi diferenãním tlakem a trvalou tlakovou ztrátou v procentech diferenãního tlaku
10
0.9
Obrázek 2-6: Tlaková ztráta - porovnání Venturiho trubice s clonou
zí 0.75% AR aÏ 1.5% AR. Clonové kotouãe jsou ale dosti citlivé na fiadu vlivÛ,
které zpÛsobují jejich chyby. Vlastnosti
a parametry clony urãují pfiesnost v˘poãtu otvoru clony, kvalita instalace, podmínky za kter˘ch clona pracuje. Instalaãní faktory zahrnují umístûní a stav
odbûrÛ, stav potrubí pfiepravujícího
22
âíslo 4
clona má celkovou pfiesnost v rozmezí
od 2% AR do 5% AR.
Typick˘ clonov˘ mûfiící pfiístroj ve tfiídû pro závazné mûfiení pfii pfiedávání/pfiejímání pfiepravovan˘ch tekutin je
pfiesnûj‰í, protoÏe mÛÏe b˘t kalibrovan˘ v laboratofiích zku‰eben a je vybaven˘ vybrou‰en˘mi le‰tûn˘mi potrubní-
mi úseky, usmûrÀovaãi proudûní, vysoce kvalitními úchyty clony a krytem
s teplotní regulací.
• Venturiho trubice a kalibrované
trubice pro měření průtoku
Venturiho trubice jsou k disposici v rozmûrech aÏ 72" vnitfiního prÛmûru a mÛÏe jimi, v porovnání se clonami, procházet, pfii stejném poklesu tlaku, o 25 % aÏ
50 % vût‰í prÛtok. Navíc, trvalá tlaková
ztráta jen zfiídka pfiekraãuje hodnotu
10 % z mûfieného diferenãního tlaku
(Obrázek 2-6). Poãáteãní cena pfii pofiízení Venturiho trubice je velká, Venturiho
trubice se proto pouÏívají pfiedev‰ím pro
mûfiení velk˘ch prÛtokÛ, nebo pro mûfiení v obtíÏnûj‰ích nebo nároãnûj‰ích aplikacích. Venturiho trubice nejsou citlivé
na vliv rychlostního profilu tekutiny, vyÏadují proto men‰í délky pfiímého potrubí neÏ clony. Jejich tvarové fie‰ení, spolu
se samoãistícím efektem, vznikajícím pfii
proudûní tekutiny Venturiho trubicí, zpÛsobují, Ïe jsou tato zafiízení odolná proti korosi, erosi a proti vût‰ímu naná‰ení
usazenin. I kdyÏ je jejich pofiizovací cena vysoká, mÛÏe b˘t celková cena, kterou vlastníka zatûÏují jejich pfiedností,
protoÏe pfiiná‰ejí úspory nákladÛ na
svou instalaci, provoz a údrÏbu.
Klasická Herschelova Venturiho trubice má velmi dlouh˘ prÛtoãn˘ element,
charakterizovan˘ svou vstupní válcovitou ãástí navazující na konvergentní kuÏelovitou ãást, hrdlem a difusorem, tj.
divergentní v˘stupní ãástí. Diferenãní
tlak se urãuje jako rozdíl mûfieného statického tlaku ve vstupní válcovité ãásti
a mûfieného statického tlaku ve válcovitém hrdle. Tlakové odbûry z kaÏdého
z tûchto mûrn˘ch míst jsou vedeny vÏdy
do spoleãné prstencové komory ze které se tak odeãítají prÛmûrné hodnoty
tlaku po obvodu kaÏdého z mûrn˘ch
elementÛ. Aplikace klasické Venturiho
trubice jsou omezeny na kapaliny a plyny, které jsou ãisté a nekorosivní.
U krátké Venturiho trubice je úhel
konvergentní kuÏelovité ãásti zvût‰en˘
a prstencové komory jsou nahrazeny
trubkov˘mi odbûry (Obrázek 2-7 A).
Krátká Venturiho trubice si ponechává
mnoho z v˘hod klasické Venturiho trubice, její pofiizovací cena je ale oproti
ZPRAVODAJ
2
klasické Venturiho trubici men‰í, má
men‰í délku a má men‰í váhu. Tlakové
odbûry jsou umístûny ve vzdálenosti
1/4 aÏ 1/2 vnitfiního prÛmûru potrubí
turiho trubice leÏí pfii Re > 200 000
mezi hodnotami 0.7 a 1.5%. Kalibrované trubice pro mûfiení prÛtoku se ãasto dodávají spolu s grafy, ukazující zá-
‰ení práce mûfiiãe periodicky z vnitfikÛ
odbûrÛ odstraÀovat. Lze rovnûÏ nahradit signální vedení membránov˘mi tûsnícími elementy pfiipojen˘mi hydraulic-
odbûr vysokého tlaku
D±.1D
.5D±.1D
odbûr nízkého tlaku
smûr toku
vstupní hrdlo
vstupní kuÏelovitá ãást
válcovitá ãást
d
D
v˘stupní
kuÏelovitá
ãást, difusor
A) krátká Venturiho trubice
B) univerzální Venturiho trubice
C) prÛtokomûrná d˘za ASME
Obrázek 2-7: ·krtící elementy s pozvoln˘m ‰krcením
pfied zaãátkem její kuÏelovité ãásti a ve
stfiedu hrdla. U Venturiho trubic velk˘ch
rozmûrÛ lze pro kompenzaci naru‰ení
rychlostního profilu pouÏít piezometrické prstence. Pfii práci s kaly lze trubkové odbûry ãistit nebo nahradit tûsnûním
proti chemick˘m úãinkÛm mûfieného
média, které mÛÏe v‰echny neprÛchozí
kapsy, dutiny, odstranit.
Existuje urãit˘ poãet fie‰ení znaãkov˘ch kalibrovan˘ch trubic pro mûfiení
prÛtoku, u kter˘ch je obnova pÛvodního
tlaku je‰tû lep‰í, neÏ je tomu u Venturiho trubice. Nejznámûj‰í fie‰ení z tûchto
znaãkov˘ch trubic pfiedstavuje univerzální Venturiho trubice (Obrázek 7-2
B). Jednotlivá fie‰ení znaãkov˘ch trubic
pro mûfiení prÛtoku se od sebe li‰í sv˘mi tvary, umístûním odbûrÛ, velikostí
generovaného diferenãního tlaku,
a svojí trvalou tlakovou ztrátou. V‰echny mají malou montáÏní délku, mûnící
se typicky v rozmezí od dvou do ãtyfi
vnitfiních prÛmûrÛ potrubí. Vzhledem
k této své malé délce je cena znaãkov˘ch trubic pro mûfiení prÛtoku obvykle
men‰í, neÏ je cena klasické nebo krátké
Venturiho trubice. Na druhé stranû mohou tyto znaãkové trubice vyÏadovat
pro formování odpovídajícího rychlostního profilu vût‰í délku pfiímého potrubí.
Kalibrované trubice pro mûfiení prÛtoku jsou více závislé na kalibraci. Pfii
Reynoldsov˘ch ãíslech vût‰ích neÏ
75 000 je nepfiesnost v˘tokového souãinitele u univerzální Venturiho trubice
rovna 0.5%. Nepfiesnost klasické VenZPRAVODAJ
vislost v˘tokového souãinitele na dal‰ích parametrech, v˘tokov˘ souãinitel
se mûní se zmûnou Reynoldsova ãísla,
v˘znamné je to zejména pfii men‰ích
Reynoldsov˘ch ãíslech. U Venturiho trubice, kde dochází k trvalému kontaktu
mezi proudící tekutinou a vnitfiním povrchem trubice, je nerovností trubice
zpÛsobená zmûna v˘tokového souãinitele men‰í neÏ 1%.
Velké turbulentní proudûní a nepfiítomnost dutin, ve kter˘ch by se mohl
usazovat materiál zpÛsobují, Ïe jsou
trubice pro mûfiení prÛtoku velmi vhodné pro mûfiení prÛtoku ka‰ovit˘ch tekutin a kalÛ. Mohou zde v‰ak vzniknout,
pokud nelze zabránit ucpávání tlakov˘ch odbûrÛ a ucpávání signálního ve-
ky k pfievodníku/vysílaãi diferenãního
tlaku pomocí kapalinou naplnûn˘ch kapilár. Pokud je tûsnûní proti chemick˘m
úãinkÛm mûfieného média malé, pokud
je jeho membrána tuhá, pokud není
systém kapilár teplotnû kompensovan˘,
nebo pokud není zastínûn˘ proti dopadu pfiímého sluneãního záfiení, mÛÏe se
celková pfiesnost mûfiení zmen‰it.
• Průtokoměrné dýzy
Pokud jde o dimenzování, je prÛtokomûrná d˘za stabilnûj‰í, neÏ clonov˘ kotouã, a to zejména tam, kde se pracuje
s velk˘mi teplotami a s velk˘mi rychlostmi proudící tekutiny. PouÏívá se ãasto
pro mûfiení velk˘ch prÛtokÛ pfiehfiáté
páry. PrÛtokomûrná d˘za je, stejnû jako
odbûr odbûr
vysokého nízkého
tlaku
tlaku
klínov˘
element
D
H
A) segmentov˘ klínov˘ snímaã
B) Venturiho kuÏelovit˘ prÛtokomûr
Obrázek 2-8: Znaãkové elementy pro mûfiení prÛtoku obtíÏn˘ch tekutin
dení ãi‰tûním vzduchem, velké náklady
na údrÏbu. Lze zde instalovat zafiízení
podobné plunÏrov˘m ãistiãÛm ventilÛ,
pomocí kterého lze nánosy bez pfieru-
Venturiho trubice, v porovnání s clonou
schopná mûfiit vût‰í prÛtok, vyÏaduje
men‰í pofiizovací náklady neÏ Venturiho trubice, má ale také vût‰í trvalou
ztrátu neÏ Venturiho trubice (Obrázek
âíslo 4
23
2
2-6). Hlavní nev˘hodou d˘zy oproti clonû je, Ïe se d˘za, tryska, vymûÀuje, pokud ji nelze vyjmout souãasnû s celou
potrubní mûfiící sekcí, obtíÏnûji.
V USA je pouÏívána pfiedev‰ím d˘za
ASME s trubkov˘mi odbûry (Obrázek
2-7 C). V˘stupní ãást d˘zy je tvofiena
krátkou trubicí o stejném prÛmûru, jakou má vena contracta ekvivalentního
clonového kotouãe. Konstrukce s malou
hodnotou pomûrového koeficientu beta
mají pomûr prÛmûrÛ 0.2 aÏ 0.5, konstrukce s velkou hodnotou beta mají
pomûr prÛmûrÛ 0.45 aÏ 0.8. D˘za by
mûla b˘t vÏdy umístûna v ose potrubí,
odbûr tlaku na jejím v˘stupu musí vÏdy
b˘t umístûn ve v˘stupní ãásti mûfiící jednotky. PrÛmûr d˘zy se vÏdy musí zuÏovat smûrem k v˘stupní ãásti d˘zy. PouÏívat prÛtokomûrné d˘zy pro mûfiení
prÛtoku kalÛ a zneãi‰tûn˘ch tekutin se
nedoporuãuje. NejbûÏnûj‰ím typem
prÛtokomûrné d˘zy je pfiírubov˘ typ.
Odbûry se obvykle umisÈují do vzdálenosti jeden prÛmûr potrubí pfied pfiední
stranu d˘zy a 1/2 prÛmûru potrubí za
ãelní stranu d˘zy.
Typická pfiesnost prÛtokomûrné d˘zy
je 1% AR, její kalibrací lze dosáhnout
n˘m prostfiedkem pro mûfiení prÛtoku
plynÛ. Pokud dosáhne rychlost plynu
v hrdle d˘zy rychlosti zvuku, nemÛÏe jiÏ
dále rÛst (a to ani tehdy, kdyÏ se tlak za
d˘zou zmen‰í), v d˘ze se vytváfií kritické proudûní. D˘zy, mûfiící prÛtok tekutiny detekcí jejího kritického proudûní
jsou velice pfiesné, pouÏívají se ãasto jako laboratorní normály pro kalibraci jin˘ch prÛtokomûrn˘ch zafiízení.
D˘zy lze instalovat v libovolné poloze, pfiednost se ale dává jejich horizontálnímu umístûní. U mokré páry a u plynÛ nebo kapalin obsahujících pevné
ãastice se dává pfiednost umístûní d˘z
do vertikálního proudu tekoucího shora
dolÛ. PoÏadavky d˘z na pfiímé potrubí
jsou podobné, jako je tomu u clon.
• Segmentové klínové elementy, clony
Segmentové klínové elementy, clony
(Obrázek 2-8 A), jsou znaãková zafiízení, zkonstruovaná pro aplikace pfii mûfiení prÛtoku kalÛ, korosivních, erosivních, viskozních, nebo velmi tepl˘ch tekutin. Zafiízení je pomûrnû drahé a pouÏívá se vût‰inou pfii mûfiení prÛtoku tekutin se kter˘mi se obtíÏnû pracuje, kde lze
velké poãáteãní pofiizovací náklady zdÛpfiipojení na náporov˘ tlak
trubky z nerezavûjící oceli
P
redukãní nátrubek
Pt
pfiipojení na
statick˘ tlak
otvory pro mûfiení
statického tlaku (p)
Vp ~ Pt - P
Vp
otvor pro mûfiení náporového tlaku (pT)
Obrázek 2-9: Pitotovy trubice pro mûfiení statického a náporového tlaku
pfiesnosti 0.25 % AR. I KdyÏ jsou k dispozici hodnoty v˘tokového souãinitele
i pro Reynoldsova ãísla o velikosti poãínaje hodnotou 5000, doporuãuje se
pro mûfiení prÛtoku pouÏívat d˘zy pouze tehdy, je-li hodnota Reynoldsova ãísla vût‰í neÏ 50 000. PrÛtokomûrné d˘zy si udrÏují svoji pfiesnost po dlouhou
dobu, a to i tehdy, pracují-li v obtíÏn˘ch
aplikacích. D˘zy mohou b˘t velmi pfies24
âíslo 4
vodnit velkou úsporou pfii údrÏbû zafiízení. Tento unikátní ‰krtící orgán je fie‰en˘ tak, aby bez zhor‰ení své funkce pracoval po celou dobu své instalace.
Segmentové klínové elementy se
pouÏívají spolu s tûsnûními proti chemick˘m úãinkÛm mûfieného média, tûsnûní má prÛmûr tfii palce. OdstraÀuje
se tím signální vedení a nevznikají zde
Ïádné kapsy. Tûsnûní jsou je pfiipevnû-
na pfiímo k tûlesu mûfiiãe, a to hned
pfied místem zúÏení a hned za místem
zúÏení. Jen zfiídka vyÏadují ãi‰tûní, a to
ani v aplikacích jako je mûfiení prÛtoku
odpadní vody, sulfátového v˘luhu,
uhelného kalu, kalové suspenze létavého popílku, takonitu, nebo surové ropy.
Mûfiiãem lze mûfiit prÛtoky tekutin, které mají Reynoldsovo ãíslo i o hodnotû
pouze 500, pfied mûfiiãem se vyÏaduje
pfiímé potrubí o délce rovné pouze pûti vnitfiním prÛmûrÛm potrubí.
ZúÏení segmentového klínového elementu má tvar písmene V, element je
charakterizovan˘ pomûrem H/D, kde
H je nejvût‰í v˘‰ka otvoru pod omezením a D je vnitfiní prÛmûr potrubí. Pomûr H/D lze mûnit tak, aby byl pfiizpÛsoben rozsahu prÛtoku a aby se dosáhlo poÏadovaného diferenãního tlaku. Vstupní proudûní má v mûfiícím elementu ãistící úãinek. ZpÛsobuje, Ïe se
na obou stranách omezení vym˘váním
‰pína odstraÀuje, ãímÏ napomáhá
k udrÏení jejich ãistoty a k odstraÀování usazenin. Segmentové klínové elementy mohou mûfiit prÛtok pfii proudûní
v obou smûrech, pfievodník/vysílaã diferenãního tlaku musí b˘t ale pro tyto
dva rozsahy kalibrovan˘. Také lze pouÏít dva pfievodníky/vysílaãe diferenãního tlaku (jeden pro mûfiení pfii proudûní v jednom smûru a druh˘ pro mûfiení
pfii proudûní v opaãném smûru).
U nekalibrovaného segmentového klínového elementu lze oãekávat pfiesnost
v rozmezí 2 % AR aÏ 5% AR pfii pomûrovém rozpûtí rozsahu 3:1. Kalibrovan˘
segmentov˘ klínov˘ element mÛÏe mít
pfii konstatní hustotû tekutiny pfiesnost aÏ
0.5 % AR. Pokud se mûfií prÛtok kalÛ,
s promûnnou nebo nemûfienou hustotou,
pak chyba mûfiení roste.
• Venturiho kuželovitý
průtokoměr V-cone
Venturiho kuÏelovit˘ prÛtokomûr Vcone, Venturiho kuÏel (Obrázek 2-8 B),
je dal‰í ze znaãkov˘ch konstrukcí prÛtokomûrÛ, která slibuje poskytovat konzistentní mûfiení pfii mal˘ch Reynoldsov˘ch ãíslech a které je málo citlivé na
naru‰ení rychlostního profilu tekutiny
nebo na její vífiení. PrÛtokomûr je v‰ak
opût relativnû drah˘. ZúÏení má u VenZPRAVODAJ
2
pfiipojení na
náporov˘
(vysok˘) tlak
Pt
P
matice tûsnûní
pfiipojení
na statick˘
(nízk˘) tlak
pouzdro tûsnûní
spojovací kohout
otvor pro mûfiení
statického tlaku
smûr toku
otvor pro mûfiení
náporového tlaku
Pomûrov˘ koeficient beta = (D2 - b2) 0.05/ D
kde b je prÛmûr kuÏele a D je vnitfiní
prÛmûr potrubí.
Hodnota pomûrového koeficientu
beta mÛÏe u tûchto konstrukcí prÛtokomûru pfiesáhnout hodnotu 0.75. PrÛtokomûr s vnitfiním prÛmûrem 3", kter˘
má hodnotu beta rovnou 0.3, mÛÏe mít
napfiíklad rozsah 0 gpm aÏ 75 gpm
ZPRAVODAJ
rozsahu tlakÛ.
Pitotova trubice je ekonomicky v˘hodnou alternativou k clonovému kotouãi. Pfiesnost Pitotovy trubice se pohybuje v rozsahu od 0.5 % FS do 5 % FS,
tento rozsah je srovnateln˘ s rozsahem
pfiesnosti clonového kotouãe. Její pomûrové rozpûtí rozsahu je 3:1 (u nûkter˘ch Pitotov˘ch trubic 4:1), je srovnatelné s moÏnostmi, které poskytuje
clonov˘ kotouã. Hlavním rozdílem Pitotov˘ch trubic oproti clonám je to, Ïe pfii
mûfiení clonami protéká clonou cel˘
mûfien˘ prÛtok, zatímco Pitotova trubice mûfií rychlost proudûní pouze v jednom bodû proudového toku. V˘hodou
úzk˘ch Pitotov˘ch trubic je, Ïe mohou
b˘t vloÏeny do stávajících natlakovan˘ch potrubí (tento postup montáÏe se
naz˘vá montáÏ pod tlakem) bez poÏadavku na odstavení potrubí.
• Teoretický základ funkce
Pitotových trubic
Obrázek 2-10: Instalace Pitotovy trubice do potrubí
turiho kuÏele originální geometrii, která
minimalizuje zhor‰ení pfiesnosti mûfiení
zpÛsobovanou opotfiebováním mûfiidla,
je proto Venturiho kuÏel vhodnou volbou
pro mûfiení prÛtoku pfii rychl˘ch proudûních a v aplikacích, kde se pracuje s korosivními a nebo erosivními tekutinami.
Venturiho kuÏel vytváfií oblast s regulovateln˘m turbulentním proudûním,
která usmûrÀuje a vyrovnává rychlostní
profil vstupní tekutiny a generuje konstantní diferenãní tlak, kter˘ je sníman˘
pomocí zadního odbûru. Pomûrov˘ koeficient beta Venturiho kuÏele se definuje stejnû jako u clony. Venturiho kuÏel a colona, které mají stejnou hodnotu beta mají v místû ‰krcení stejn˘ svûtl˘ prÛtoãn˘ prÛfiez.
(galonÛ za minutu). Publikované v˘sledky zkou‰ek, provádûn˘ch pro mûfiení prÛtoku kapalin a plynÛ, umisÈují
pfiesnost mûfiícího systému do rozmezí
0.25 % AR aÏ 1.2 % AR.
Pitotovy trubice byly vynalezeny pro
mûfiení rychlosti proudících tekutin Henri Pitotem v roce 1732. Pitotova trubice
je v podstatû prÛtokomûr zaloÏen˘ na
mûfiení diferenãního tlaku, mûfií se u ní
dva tlaky: statick˘ tlak a celkov˘ dynamick˘ náporov˘ tlak. Statick˘ tlak je
podle aplikace pracovní tlak v potrubí,
v kanálu nebo v okolním prostfiedí, na-
Pitotovy trubice
PfiestoÏe je Pitotova trubice jedním
z nejjednodu‰‰ích snímaãÛ prÛtoku,
pouÏívá se pro mûfiení prÛtoku ve velkém rozmezí aplikací, napfiíklad pro
mûfiení rychlosti jízdy závodních automobilÛ, nebo pro mûfiení rychlosti vojensk˘ch bojov˘ch stíhacích letounÛ.
V prÛmyslov˘ch aplikacích se Pitotovy
trubice pouÏívají pro mûfiení prÛtoku
vzduchu v potrubích, ve vzduchovodech, v zásobnících, pouÏívají se pro
mûfiení prÛtoku kapalin v potrubích,
pfies hráze, v otevfien˘ch kanálech. PfiestoÏe jsou jejich pfiesnost a pomûrové
rozpûtí rozsahu pomûrnû malé, jsou Pitotovy trubice jednoduché, spolehlivé,
levné, a jsou vhodné pro aplikace ve
velkém rozsahu parametrÛ okolního
prostfiedí, vãetnû práce pfii extrémnû
velk˘ch teplotách a práce ve velkém
·achta s pravoúhl˘m prÛfiezem
(mûfiení se provádí ve stfiedech
alespoÀ devíti stejn˘ch zón)
R
·achta s kruhov˘m
prÛfiezem (sonda se pro
mûfi. pfiemisÈuje do 10 bodÛ)
0.916 R
0.837 R
0.707 R
0.548 R
0.316 R
Obrázek 2-11: Poloha mûfi. bodÛ pfii mûfi. prÛtoku v prÛfiezu ‰achty
âíslo 4
25
2
• Měření statického tlaku
Pt = PH
PL = P
∂ = 3", 7", 1 1", or 2"
8 8
4
(9.5, 22, 32, or 51 mm)
rychlostní
profil
tlakov˘
profil,
vysok˘ tlak
stfiední
rychlost
tlakov˘
profil,
nízk˘ tlak
PH
PL
DP
stfiední vysok˘
(náporov˘) tlak
stfiední nízk˘
(statick˘) tlak
Obrázek 2-12: Pitotova trubice s prÛmûrováním vybavená více otvory
cházející se pfied nebo za Pitotovou trubicí. Mûfií se ve smûru kolmém na smûr
proudûní, pfiednost se dává mûfiení
v místû, kde má proudûní malou turbulentní rychlost (Obrázek 2-9).
Celkov˘ dynamick˘ náporov˘ tlak (pT)
je souãtem statického a kinetického tlaku, a mûfií se v místû, kde proudící tok
dopadá na na otvor Pitotovy trubice.
Vût‰ina Pitotov˘ch trubic pouÏívá pro
mûfiení náporového tlaku malou zahnutou trubiãku ve tvaru písmene L, jejíÏ konec je otevfien˘ pfiímo proti smûru proudu vstupní tekutiny. Rychlost (wp) pfiitékající tekutiny lze vypoãítat násobením
druhé odmocniny z rozdílu celkového
náporového tlaku (pT) a statického tlaku
(p) pomûrem C/r, kde C je konstanta
pro pfiizpÛsobení mûfiítka a rozmûrÛ
a r je hustota tekutiny.
wp = C (pT - p)1/2 / r
ProtoÏe se prÛtok urãuje jako souãin
rychlosti mûfiené v jednom bodû (wP)
a prÛfiezu potrubí nebo kanálu, je rozhodujícím bodem pro mûfiení prÛtoku
zasunout Pitotovu trubici do potrubí ne26
âíslo 4
bo do kanálu do hloubky, odpovídající
mûfiení stfiední rychlosti proudûní.
S rÛstem rychlosti proudûní se rychlostní profil v potrubí mûní z protáhlého
tvaru (pro laminární proudûní) do plo‰‰ího tvaru (pro turbulentní proudûní).
Tím se mûní i bod odpovídající stfiední
rychlosti a hloubku vnofiení trubice je
nutno pfiestavit. Pitotovy trubice se doporuãuje pouÏívat pouze pfii proudûních s vysokou turbulencí (pro Reynoldsova ãísla vût‰í neÏ 20 000), za tûchto
podmínek b˘vá rychlostní profil tekutiny dostateãnû ploch˘ a hloubka zasunutí trubice není kritická.
V roce 1797 vyvinul G. B. Venturi
krátkou trubici, která má hrdlo, ve kterém se zvy‰uje rychlost proudûní a která
má men‰í trvalou tlakovou ztrátu. K dispozici jsou speciální fie‰ení Pitotovy trubice, které namísto toho, aby mûly pro
mûfiení náporového tlaku prost˘ otvor,
pfiidávají pfied otvor pro mûfiení náporového tlaku jednu nebo dvû krátké Venturiho trubice. Takto, s Venturiho trubicí,
fie‰en˘ snímaã generuje vût‰í diferenãní
tlak, neÏ normální Pitotova trubice.
U dvouplá‰Èov˘ch (se dvûma stûnami)
konstrukcí Pitotov˘ch trubic je vstup pro
mûfiení dynamického náporového tlaku
obrácen smûrem dopfiedu proti proudu
tekutiny, vstupy pro mûfiení statického
tlaku smûrem proti proudu tekutiny
umístûny nejsou, jsou umístûny kolem
vnûj‰í trubky. Signály o obou tlacích (pT
a p) jsou trubkami vedeny do mûfiiãe
diferenãního tlaku nebo do pfievodníku/vysílaãe. V prÛmyslov˘ch aplikacích
mÛÏe b˘t statick˘ tlak (p) mûfien˘ tfiemi
zpÛsoby: 1) pomocí odbûrÛ umístûn˘ch
ve stûnû potrubí; 2) sondami pro mûfiení statického tlaku vsunut˘mi do proudu
technologické tekutiny; 3) pomocí mal˘ch otvorÛ, umístûn˘ch na vlastní Pitotovû trubici nebo na zvlá‰tním aerodynamickém elementu.
Odbûry umístûn˘mi ve stûnû potrubí
lze mûfiit statick˘ tlak aÏ do rychlosti
proudûní 200 stop/min. Sondy pro
mûfiení statického tlaku (podobají se Pitotovû trubici tvaru L) mohou mít ãtyfii
otvory o prÛmûru 0.04 palce, otvory
jsou mezi sebou vzájemnû natoãeny
o 90 o. Aerodynamické elementy mohou mít válcov˘ nebo klínov˘ tvar, mohou mít dva nebo více snímacích tlakov˘ch vstupÛ.
Chyby pfii mûfiení statického tlaku
Pitotova trubice zobrazená s pfiipojen˘mi fitinky
a s pfievodníkem/vysílaãem diferenãního tlaku
ZPRAVODAJ
2
vznikají v dÛsledku vlivu viskosity, rychlosti a stlaãitelnosti tekutiny. Klíãem
k pfiesnému mûfiení statického tlaku je
minimalizovat pfii mûfiení tlaku kinetickou sloÏku energie tekutiny.
• Pitotovy trubice s jedním tlakovým
vstupem
Pitotova trubice s jedním vstupem pro
mûfiení náporového tlaku mÛÏe mûfiit
rychlost proudûní pouze v jednom bodu prÛtoãného prÛfiezu (Obrázek 210). Sonda musí b˘t zasunuta do proudícího toku tak, aby mûfiila v místû, kde
má, vztaÏeno k proudûní v celém prÛtoãném prÛfiezu, rychlost proudûní
stfiední hodnotu. Náporov˘ vstupní
otvor sondy musí b˘t otoãen pfiímo proti smûru proudûní. Pitotovu trubici lze
zhotovit tak, aby byla na smûr toku ménû citlivá, dosáhne se toho tak, Ïe se
náporov˘ vstupní otvor zhotoví s vnitfiním úkosem asi 15°, svaÏujícím se do
tubice. PrÛmûr roz‰ífiení otvoru se volí
asi 1.5 násobek prÛmûru trubice.
Pokud je diferenãní tlak generovan˘
Pitotovou trubicí pro pfiesné mûfiení pfiíli‰ mal˘, lze bûÏnou Pitotovu trubici nahradit snímaãem tvofien˘m Pitotovou
trubicí s jednou nebo se dvûma krátk˘mi Venturiho trubicemi. Dosáhne se tím
vût‰ího diferenãního tlaku.
Kalibrovaná, ãistá a správnû zasunutá Pitotova trubice s jedním vstupem
pro mûfiení náporového tlaku mÛÏe mûfiit s pfiesností ± 1 % z plného rozsahu
pfiístroje pfii pomûrovém rozpûtí rozsahu 3:1. Pfii urãitém zmen‰ení pfiesnosti
mÛÏe dokonce mûfiit pfii pomûrovém
rozpûtí rozsahu 4:1. Její v˘hodou je
nízká cena, skuteãnost Ïe nemá pohyblivé díly, jednoduchost, a skuteãnost, Ïe
v proudící tekutinû vyvolává velmi malou tlakovou ztrátu. Mezi její hlavní
omezení patfií chyba vznikající v dÛsledku zmûn rychlostního profilu tekutiny a chyba v dÛsledku ucpávání tlakov˘ch vstupÛ. Pitotovy trubice se obecnû
pouÏívají tam, kde mûfiení prÛtoku nemá zásadní dÛleÏitost, kde je hlavním
zájmem cena, a nebo tam, kde jsou
velké prÛmûry potrubí nebo kanálÛ (aÏ
72 palcÛ nebo vût‰í).
Byly vyvinuté speciálnû fie‰ené Pitotovy sondy pro pouÏití pro mûfiení pulsujíZPRAVODAJ
cích prÛtokÛ. Jedno takovéto fie‰ení pouÏívá pro pfienos tlakÛ technologické tekutiny do komory pro odeãet diferenãního tlaku Pitotovu sondu naplnûnou silikonov˘m olejem. V aplikacích, kde se pracuje s pulsacemi o vysok˘ch kmitoãtech
slouÏí olej jako médium, které pulsace
tlumí a tím hodnotu tlaku prÛmûruje.
Pitotovy trubice se také pouÏívají pro
mûfiení prÛtoku ve vzduchovodech se
a navíc se mûfií teplota a prÛtok plynu.
Tyto údaje se poté k sobû vzájemnû pfiifiazují a zasílají do laboratofie, kde se
analyzují. U takov˘chto aplikací se
pouÏívá jedna sonda, obsahující Pitotovu trubici, termoãlánek a hubici pro
odbûr vzorkÛ.
Pitotovu trubici lze také pouÏít pro
mûfiení rychlosti toku vody v otevfien˘ch
kanálech, jezech, splavech, nebo nad
Obrázek 2-13: Stanice s Pitotov˘mi trubicemi s prÛmûrováním v prÛtoãném profilu
ãtvercov˘m, obdélníkov˘m, pravoúhl˘m nebo kruhov˘m prÛfiezem. Typicky
se pro umístûní Pitotovy trubice do
vzduchovodu pouÏívá otvor o prÛmûru
5 palcÛ aÏ 6 palcÛ. MontáÏ se provádí
na pfiírubu nebo na uzávûr otvoru. Trubice se obvykle vybavuje externím indikaãním mûfiidlem, takÏe její náporov˘
vstupní otvor mÛÏe b˘t správnû natoãen
tak, aby mífiil pfiímo proti smûru proudûní. Trubice mÛÏe b˘t navíc konstruována tak, aby sv˘m rychl˘m spojit˘m
pfiejetím pfies profil vzduchovodu
umoÏnila provádût detekci celého rychlostního profilu proudûní.
V nûkter˘ch aplikacích, napfiíklad
pfii odebírání dílãích vzorkÛ podle nafiízení EPA, je nutné, pro zji‰tûní hodnot
vzorkÛ, prÛtoku pfiená‰et Pitotovou
vzorkovací trubici v prÛfiezu ‰achty, komínu, nebo kanálu. V tûchto pfiípadech
se v kaÏdém bodu, vyznaãeném na
Obrázku 2-11, odebírá vzorek plynu,
korunou hráze. Pfii nízk˘ch rychlostech
proudûní, typick˘ch pro podmínky
vzniku laminárního proudûní, se Pitotovy trubice nedoporuãují. Jednak proto,
protoÏe je obtíÏné najít hloubku jejich
vnofiení, odpovídající stfiední rychlosti
proudûní a také proto, Ïe Pitotova trubice v tûchto pfiípadech generuje mal˘
diferenãní tlak. Zlep‰ení dané zvût‰ením diferenãního tlaku za této situace
pfiiná‰í pouÏití Pitotovy trubice s Venturiho trubicemi, toto fie‰ení ale nepomáhá fie‰it problém, dan˘ protáhl˘m tvarem rychlostního profilu proudûní.
• Pitotovy trubice s průměrováním
Pitotovy trubice s prÛmûrováním byly
vyvinuty pro pfiekonání problému nalezení místa se stfiední rychlostí proudûní.
Pitotovy trubice s prÛmûrováním jsou
vybaveny více vstupy pro mûfiení dynamického náporového tlaku a pro mûfiení statického tlaku, trubice je fie‰ena
âíslo 4
27
2
tak, Ïe je prodlouÏena na délku celého
vnitfinho prÛmûru potrubí. Hodnoty tlakÛ, sníman˘ch v‰emi vstupy pro mûfiení
náporového tlaku, a oddûlenû, hodnoty tlakÛ sníman˘ch v‰emi vstupy pro
mûfiení statického tlaku, se skládají do
v˘sledn˘ch hodnot tlakÛ, odmocnina
z jejich rozdílu je úmûrná prÛmûrnému
prÛtoku potrubím (Obrázek 2-12).
Vstup nacházející se blíÏe k v˘vodu sloÏeného signálu má na hodnotu sloÏeného signálu ponûkud vût‰í vliv neÏ
vstup, kter˘ se nachází ve vût‰í vzdálenosti. V aplikacích kde není pfiesnost
mûfiení prÛtoku kritická, v tûchto aplikacích se Pitotovy trubice obvykle pouÏívají, je takto vzniklá chyba pfiijatelná.
nedocházelo k jejich ucpávání. U urãit˘ch instalací se pouÏívá pro udrÏení
vstupÛ v ãistém stavu jejich ãi‰tûní inertním plynem, v tomto pfiípadû mÛÏe mít
snímaã vstupy men‰í.
Pitotovy trubice s prÛmûrováním nabízejí stejné v˘hody a nev˘hody jako
Pitotovy trubice s jedním tlakov˘m vstupem. Jsou ponûkud draÏ‰í a ponûkud
pfiesnûj‰í, zejména tehdy, pokud není
mûfiené proudûní zcela ustálené. Nûkteré Pitotovy snímaãe s prÛmûrováním lze
do potrubí nebo kanálu vkládat pomocí
stejn˘ch otvorÛ (nebo pomocí stejné
montáÏe pod tlakem), kter˘mi lze vkládat Pitotovy trubice s jedním vstupem.
Pitotova trubice je
vloÏena do zafiízení
vrtání otvoru,
vrták prochází
otevfien˘m ventilem
Pitotova trubice je
zasunuta do potrubí
profily kruhov˘ch nebo pravoúhl˘ch
kanálÛ (Obrázek 2-13) a pro potrubí.
Jsou fie‰eny tak, Ïe do kaÏdého segmentu prÛtoãného prÛfiezu umisÈují jak
vstup pro mûfiení náporového tlaku, tak
vstup pro mûfiení statického tlaku. KaÏdá skupina vstupÛ je napojena na svá
vlastní sbûrná portubí, ve kter˘ch se
snímané tlaky skládají do tlakov˘ch
signálÛ odpovídajících prÛmûrné hodnotû náporového a statického tlaku. Pokud by mohlo docházet k ucpávání
vstupÛ, lze sbûrná potrubí ãistit a tím
udrÏet ãisté i vstupy.
ProtoÏe stanice s Pitotov˘mi trubicemi pro mûfiení prÛmûrné hodnoty prÛtoku generují velmi mal˘ diterenãní
tlak, mÛÏe b˘t nutné pouÏít komory pro
odeãet diferenãního tlaku s velmi mal˘m rozsahem pouze 0 aÏ 0.01 palce
vodního sloupce. Pro zv˘‰ení pfiesnosti
mûfiení lze pouÏít ‰estihranné trubkové
usmûrÀovaãe proudûní, pfied PitotÛv
snímaã pro mûfiení prÛmûrné hodnoty
prÛtoku lze také umístit d˘zu. UsmûrÀovaã proudûní potlaãuje v proudûní
místní turbulence, d˘za zvût‰uje velikost senzorem generovaného diferenãního tlaku.
• Instalace
Obrázek 2-14: MontáÏ Pitotovy trubice pod tlakem
Poãet náporov˘ch vstupÛ, vzdálenost
mezi vstupy, a prÛmûr Pitotovy trubice
lze zvolit tak, aby bylo dosaÏeno splnûní poÏadavkÛ její konkrétní aplikace.
Snímací vstupy jsou u Pitotov˘ch trubic
s prÛmûrováním ãasto pfiíli‰ velké, neÏ
aby se trubice mohla chovat jako komora, ve které se tlak skuteãnû prÛmûruje. U tûchto pfiíli‰ velk˘ch vstupÛ není
totiÏ optimalizována funkce prÛmûrování, velikost vstupÛ je volena tak, aby
28
âíslo 4
• Průměrování v celém průtočném
profilu
Stanice s Pitotov˘mi trubicemi urãené
pro mûfiení prÛmûrné hodnoty prÛtoku
v prÛtoãném profilu se pouÏívají pro
mûfiení velk˘ch prÛtokÛ vzduchu, proudícíhio pfii nízkém tlaku do kotlÛ, su‰iãek nebo do jednotek klimatizaãních
systémÛ. Tyto jednotky jsou k disposici
pro rÛzné normované a standardní
Pitotovu trubici lze pouÏívat buì jako
pevnû, trvale, zabudovan˘ mûfiiã, nebo
ji lze pouÏívat jako pfienosn˘ mûfiící zafiízení pro získání periodicky mûfien˘ch
dat. Trvale zabudované jednotky vyrobené z uhlíkové oceli nebo z nerezavûjící oceli mohou pracovat pfii tlaku aÏ
1400 psig (1400 liber na ãtvereãní palec, relativní tlak vzhledem k barometrickému tlaku), do potrubí se vkládají
pomocí dílÛ vybaven˘ch pfiírubou nebo
‰roubením. Pfii montáÏi pod tlakem
(Obrázek 2-14) se nejdfiíve k potrubí
pfiivafií návarek. Poté se k návarku pfiichytí vrtací zafiízení vybavené prÛchozím ventilov˘m uzávûrem a do potrubí
se provrtá otvor. Vfieteno vrtaãky se potom ãásteãnû zvedne, ventil zafiízení se
uzavfie, vyjme se z nûj vrták a vloÏí se
do nûj Pitotova trubice. Nakonec se
ventil opût otevfie a Pitotova trubice se
do potrubí správnû zasune.
Rychlostní profil protékajíécího proudu je závisl˘ na Reynoldsovû ãísle
proudící tekutiny, na drsnosti vnitfiního
ZPRAVODAJ
2
povrchu potrubí a na poruchách proudûní, zpÛsoben˘ch pfied místem mûfiení
napfiíklad ventily, koleny potrubí, a nebo jin˘mi pfiipojen˘mi díly. Pitotovy trubice by mûly b˘t pouÏívány pouze tehdy, je-li nejmen‰í hodnota Reynolsova
ãísla vût‰í neÏ 20 000 a lze-li mít pfied
Pitotovu trubici pfiímé potrubí o délce
jednoduchou montáÏ), Pr je souãinitel
sondy (0.185 pro sondy o prÛmûru
3/8 palce, 0.269 pro sondy o prÛmûru 1/2 palce, 0.372 pro sondy o prÛmûru 3/4 palce, 0.552 pro sondy
o prÛmûru 1 palec), je prÛmûr sondy
(v palcich), L je nepodepfiená délka
sondy v palcích, která se urãí jako sou-
tlaku a která se pouÏívají pro mûfiení
prÛtoku kapalin, plynÛ a vodní páry.
Poloha, ve které se plovák, píst nebo lamela vzná‰í, se mûní s tím, jak se s rostoucí rychlostí toku otevírá vût‰í prÛtoãn˘ prÛfiez, potfiebn˘ pro transport
proudící tekutiny. Poloha, ve které se
plovák, píst nebo lamela vzná‰í, podá-
100
rovnováÏná
poloha
90
smûr pÛsobení
gravitace
80
70
60
50
plovák
40
30
smûr
toku
20
10
R
kuÏelovitá mûfiící trubice
Scale
kuÏelovitá trubice
(rotametr)
kuÏelovitá zátka
píst
v dûrovaném
válci
promûnná závora,
kotouã nebo klapa
Obrázek 2-15: RÛzné prÛtokomûry s promûnn˘m prÛtoãn˘m prÛfiezem
alespoÀ 25 prÛmûrÛ potrubí, nebo lzeli pfied Pitotovu trubici instalovat lopatkové nebo lamelové usmûrÀovaãe
proudûní.
• Poškození Pitotovy trubice vibracemi
Selhání Pitotovy trubice mÛÏe b˘t zpÛsobeno resonanãními vibracemi o kmitoãtu vlastní frekvence trubice. Vibrace
o kmitoãtu vlastní frekvence Pitotovy
trubice jsou vyvolány sílami, vznikajícími pfii odtrhování vírÛ od trubice. Pfiedpokládá se, Ïe je Pitotova trubice takov˘mito vibracemi namáhána, jestliÏe se
rychlost technologické tekutiny pohybuje mezi urãitou dolní (wL) a horní (wU)
mezní hodnotou (urãenou dále ve stopách za sekundu). Hodnoty wL a wU lze
urãit (pro v˘robky urãitého daného v˘robce) podle vztahÛ
wL = 5253 (M x Pr x ) / L2
wU = 7879 (M x Pr x ) / L2
kde M je souãinitel montáÏe (3.52 pro
ZPRAVODAJ
ãet vnitfiního prÛmûru potrubí plus síla
stûny potrubí plus 1.25 pro sondy
o prÛmûru 3/8 palce, 1.5 pro sondy
o prÛmûru 1 palec.
Ujistûte se, poté co vypoãtete mezní
hodnoty rychlosti, Ïe se Ïádná z nich
nenachází v pracovním rozsahu rychlosti tekutiny, která se bude sondou
mûfiit. Pokud se v této oblasti nachází,
zmûÀte prÛmûr sondy nebo zpÛsob její montáÏe, nebo zmûÀte obojí, tak,
aby mezní hodnoty rychlosti do pracovního rozsahu rychlosti tekutiny nezasahovaly.
Průtokoměry s proměnlivým
PrÛtokomûry s promûnliv˘m prÛtoãn˘m
prÛfiezem (Obrázek 2-15) jsou jednoduchá univerzální zafiízení, která pracují s pomûrnû konstantním poklesem
vá pfiímou vizuální indikaci o hodnotû
prÛtoku. Konstrukãní varianty zahrnují
rotametr (plovák v kuÏelovité trubici)
kombinaci clony a rotametru (obtokov˘
rotametr), mûfiící závoru pro otevfiené
kanály, kuÏelovitou zátku, pístov˘ snímaã, lamelov˘ snímaã.
Pro zpûtné polohování prÛtokomûrného elementu smûrem do jeho klidové
polohy se pfii zmen‰ení prÛtoku vyuÏívá
buì gravitaãní síla, nebo síla pera. Mûfiiãe, které pracují na principu gravitace
(rotametry) musí b˘t instalovány ve vertikální poloze, mûfiiãe, které pracují na
principu pera mohou b˘t instalovány
v libovolné poloze. V‰echny prÛtokomûry s promûnliv˘m prÛtoãn˘m prÛfiezem
jsou k dispozici s místními, lokálními,
ukazateli prÛtoku. Vût‰ina z nich mÛÏe
b˘t také vybavena snímaãi polohy elementu a pfievodníky/vysílaãi (pneumatick˘mi, elektronick˘mi, ãíslicov˘mi,
optick˘mi vláknov˘mi) pro své pfiipojení
na vzdálené displeje nebo regulátory.
âíslo 4
29
2
• Regulátory průtoku čistící tekutiny
Pfiidá-li se do vstupní nebo nebo v˘stupní ãásti rotametru jehlov˘ ventil,
a pouÏije-li se pro regulaci diferenãního tlaku na této sestavû regulátor, získává se regulátor prÛtoku, pouÏívan˘
jako regulátor prÛtoku ãistící tekutiny.
Takovéto sestavy se pouÏívají jako samostatné prÛtokomûry ãistící tekutiny
spolehliv˘, je vnitfinû jiskrovû bezpeãn˘, je v provedení pro práci ve v˘bu‰ném prostfiedí a není drah˘.
Obrázek 2-16 ukazuje, Ïe prÛtokomûry ãistící tekutiny mohou pracovat
v reÏimu udrÏování konstantního prÛtoku, kde se tlakov˘ rozdíl p2 - p0 udrÏuje konstantní, na hodnotû asi 60 mm aÏ
80 mm vodního sloupce. U probublá-
v˘stup, tekutina
má tlak p0
trubice
1. pero
plovák
membrána
p2
regulaãní
ventil
ventil pro nastavení
poÏadovaného prÛtoku
2. pero
vstup, tekutina
má tlak p1
Obrázek 2-16: ¤e‰ení regulátoru prÛtoku ãistící tekutiny
(Obrázek 2-16). Patfií mezi nejménû
drahé a nejvíce pouÏívané prÛtokomûry. Jejich hlavní aplikací je regulace
malého toku ãistících, proãi‰Èovacích,
plynÛ nebo kapalin. PouÏívají se pro
ochranu pfiístrojÛ pfied kontaktem s tepl˘mi nebo korosivními tekutinami, pro
ochranu odbûrÛ tlaku pfied ucpáváním,
pro ochranu prÛzorÛ optick˘ch zafiízení, pro ochranu elektrick˘ch zafiízení
pfied vznikem poÏáru následkem jejich
kontaktu s hofilav˘mi látkami.
PrÛtokomûry ãistící tekutiny jsou velmi uÏiteãné pfii doplÀování dusíku do
v˘parného prostoru nad kapalinu v nádrÏích a v jin˘ch zafiízeních. Proãi‰Èování dusíkem zde sniÏuje moÏnost vzniku zápaln˘ch plynn˘ch smûsí, ponûvadÏ hofilavé plyny dusík vytlaãuje. Regulátor prÛtoku ãistící tekutiny tekutiny je
30
âíslo 4
vaãÛ, plynov˘ch prom˘vaãek a v aplikacích kde se provádí ãi‰tûní, se udrÏuje vstupní tlak (p1) konstantní a v˘stupní tlak (p0) je promûnliv˘.
Obrázek 2-16 popisuje sestavu,
u které je udrÏovan˘ konstantní v˘stupní
tlak (p0), a kde se mûní vstupní tlak (p1).
Tyto pfiístroje mohou pracovat s extrémnû mal˘mi prÛtoky od 0.01 cm3
u kapalin a od 0.5 cm3 u plynÛ. NejbûÏnûj‰í velikost prÛtoku u rotametru se
sklenûnou trubicí s pfiípojkami 1/4 palce (6 mm) leÏí v rozsahu 0.05 gpm aÏ
0.5 gpm, galonÛ za minutu (0.2 l/min
aÏ 2.0 l/min), pfii regulaci prÛtoku vody, nebo 0.2 scfm aÏ 2.0 scfm, normálních krychlov˘ch stop za minutu
(0.3 m3 /h aÏ 3.0 m3 /h), pfii regulaci
prÛtoku vzduchu. Jejich typická pfies-
nost je 5 % pfii pomûrovém rozpûtí
rozsahu 10:1, jejich nejbûÏnûj‰í tlakové dimensování je dáno maximálním
tlakem 150 psig (1 MPa).
• Rotametry
Pro svoji nízkou cenu, jednoduchou
konstrukci a funkci, mal˘ pokles tlaku,
relativnû velké pomûrové rozpûtí rozsahu a lineární v˘stupní signál je rotametr nejãastûji pouÏívan˘m prÛtokomûrem
zaloÏen˘m na mûfiení diferenãního tlaku. Jeho pracovní princip je jednoduch˘: aby mohla tekutina procházet kuÏelovitou trubicí, musí se proudem tekutiny zvednout plovák. âím je prÛtok
tekutiny vût‰í, tím v˘‰e je plovák zvednut˘. Pfii mûfiení prÛtoku kapalin se plovák zvedá v dÛsledku kombinace pÛsobení vztlaku kapaliny a tlaku proudící
tekutiny. Pfii mûfiení prÛtoku plynÛ, kde
je statick˘ vztlak plynÛ zanedbateln˘,
se poloha plováku mûní zejména pÛsobením tlaku proudícího plynu.
U rotametru se mûfiící trubice instaluje ve vertikální poloze, uÏ‰ím koncem
dole. Tekutina, jejíÏ proudûní se mûfií
vstupuje do trubice spodem, prochází
kolem plováku smûrem vzhÛru, a vystupuje z trubice horem. Pokud tekutina
neproudí, zÛstává plovák u dna trubice. Jakmile tekutina zaãne proudit, plovák se zvedá.
Plovák se pohybuje v trubici nahoru
a dolu úmûrnû velikosti prÛtoku tekutiny
a velikosti prstencového prÛfiezu mezi
plovákem a stûnou trubice. Pfii rÛstu
prÛtoku se plocha prstencového otvoru
zvût‰uje. Pfii zvût‰ování této plochy se
diferenãní tlak na plováku zmen‰uje.
Plovák se ustálí ve stabilní poloze, ve
které je vzhÛru pÛsobící síla, vyvolaná
proudící tekutinou, rovná váze plováku. Pro tekutinu o dané hustotû a viskositû odpovídá kaÏdá poloha plováku
urãité hodnotû prÛtoku tekutiny. Z tohoto dÛvodu je nutné pro kaÏdou aplikaci rotametr zvlá‰È dimenzovat. Pokud je
rotametr správnû dimenzovan˘, lze
prÛtok urãit vnûj‰ím odeãtem polohy
plováku na kalibrované stupnici rotametru. Mnoho rotametrÛ je dodáváno
se zabudovan˘m ventilem, umoÏÀujícím ruãní nastavení mûfiení prÛtoku.
Pro rÛzné aplikace jsou k disposici
rÛzné tvary plovákÛ. Jedno z prvních
ZPRAVODAJ
2
fie‰ení plovákÛ mûlo ‰tûrbiny, které zpÛsobovaly, Ïe se plovák kvÛli své stabilizaci a kvÛli polohování ve stfiedu trubice otáãel. Název rotametr je odvozen
právû od tohoto otáãejícího se plováku.
Rotametry jsou obvykle dodávány
s kalibraãními údaji a se stupnicí pro
pfiím˘ odeãet prÛtoku vzduchu nebo vody (nebo obou tûchto tekutin). Pfii dimenzování rotametru pro mûfiení prÛtoku jin˘ch tekutin je nejdfiíve tfieba pfievést hodnoty skuteãného prÛtoku na
hodnoty normalizovaného, normálního,
prÛtoku tekutin. Pro kapaliny je tímto
normálním prÛtokem prÛtok vody, udávan˘ v gpm, galonech za minutu, pro
plyny je normálním prÛtokem prÛtok
vzduchu, udávan˘ v krychlov˘ch stopách za minutu (scfm). V˘robci rotametrÛ dodávají tabulky, udávající pro rÛzné
tekutiny hodnoty tûchto normálních ekvivalentÛ vody v gpm a/nebo hodnoty
normálních ekvivalentÛ vzduchu v scfm.
Pro dimenzování rotametrÛ v˘robci také
ãasto poskytují varianty logaritmického
pravítka, posuvného mûfiítka, nomogramy, nebo poãítaãov˘ software.
Pfii specifikaci rotametrÛ lze volit z velkého rozsahu jejich dimenzí a materiálÛ.
• Varianty provedení plovákových
průtokoměrů
K dispozici je velk˘ v˘bûr materiálÛ pro
plováky, pouzda, prstencové tûsnící
ZPRAVODAJ
krouÏky, koncové pfiípojky. Trubice rotametrÛ pouÏit˘ch v bezpeãn˘ch aplikacích, jako je mûfiení prÛtoku vody nebo vzduchu, mohou b˘t vyrobeny ze
skla, tam kde by prasknutí trubice zpÛsobilo vznik nebezpeãn˘ch podmínek,
jsou rotametry vybaveny trubicemi kovov˘mi. Sklenûné trubice jsou bûÏnûj‰í,
vyrábûjí se z pfiesnû tvarovaného nerozbitného borosilikátového skla, jsou
chránûny proti rozbití. Aby byly odolné
proti korozi, jsou plováky, v bûÏném
provedení, vyrábûny ze skla, z umûl˘ch
hmot, z barevn˘ch kovÛ, nebo z nerezavûjící oceli. Mezi dal‰í materiály, ze
kter˘ch jsou plováky vyrábûny, patfií
grafitové slitiny, carboloy, safír a tantal.
Koncové montáÏní fitinky je moÏno
zvolit buì kovové, nebo vyrobené
z umûlé hmoty. Nûkteré tekutiny sklenûnou trubici prÛtokomûru napadají. Patfií mezi nû napfiíklad mokrá pára nebo
voda s vysok˘m pH pfii teplotách vy‰‰ích neÏ 194 oF (která mÛÏe zpÛsobit
zmûknutí skla), hydroxid sodn˘ (kter˘
sklo rozpou‰tí) a kyselina fluorovodíková (která sklo leptá).
V místû, kde se, na stupnici umístûné
na trubici, provádí odeãet polohy plováku, mají plováky ostrou hranu. Aby
se pfiesnost odeãtu provádûla pfiesnû,
mûla by b˘t sklenûná trubice rotametru
umístûna ve v˘‰ce oãí. Stupnice mÛÏe
b˘t kalibrována tak, Ïe na ní lze odeãíst pfiímo hodnotu prÛtoku vody nebo
hodnotu prÛtoku vzduchu, nebo tak, Ïe
ukazuje procento z plného rozsahu
prÛtoku. Rotametry se sklenûnou trubicí
mohou obecnû mûfiit prÛtoky aÏ do 60
galonÛ vody za minutu, nebo aÏ do
200 normálních krychlov˘ch stop vzduchu za minutu.
Srovnávací, korelaãní, rotametry
(Obrázek 2-15) mají stupnici, na které
se odeãítá hodnota, která se dále, aby
se získala hodnota skuteãného prÛtoku
v technick˘ch jednotkách, pfiepoãítává
pomocí srovnávací tabulky na prÛtok
daného konkrétního mûfieného plynu
nebo na prÛtok dané konkrétní mûfiené
kapaliny. BûÏnû jsou k dispozici srovnávací grafy pro dusík, kyslík, vodík,
helium, argon a pro kysliãník uhliãit˘.
I kdyÏ není práce se srovnávacím mûfiiãem ani zdaleka tak pohodlná jako
práce se zafiízením pro pfiím˘ odeãet
prÛtoku, je srovnávací mûfiiã pfiesnûj‰í.
Je tomu tak proto, Ïe zafiízení s pfiím˘m
odeãtem mûfií pfiesnû pouze pro jeden
konkrétní plyn pfii jedné konkrétní definované hodnotû teploty a tlaku. Srovnávací prÛtokomûr lze pouÏít pro ‰irokou ‰kálu rÛzn˘ch kapalin a plynÛ a pfii
rÛzn˘ch pracovních podmínkách. Pfii
pouÏití rÛzn˘ch plovákÛ lze stejnou trubicí rotametru mûfiit prÛtoky o rÛznû
velk˘ch hodnotách.
Rotametry s malou sklenûnou trubicí
Obrázek 2-17 Sestava rotametru s více trubicemi
jsou vhodné pro mûfiení aÏ do relativního tlaku tekutiny 500 psig. Maximální pracovní tlak velk˘ch rotametrÛ
(o vnitfiním prÛmûru dva palce), nemusí b˘t vût‰í neÏ 100 psig. Teplotní hranice jejich praktického pouÏití je asi
400 oF, pfii práci s takovouto vysokou
teplotou se ale pracovní tlak pfii kterém
mÛÏe b˘t trubice pouÏívána v˘znamnû
sniÏuje. Velikost pracovní teploty je
obecnû nepfiímo úmûrná velikosti pracovního tlaku.
Rotametry se sklenûnou trubicí se
ãasto pouÏívají v aplikacích, kde se
souãasnû mûfií prÛtok nûkolika proudících plynÛ nebo kapalin, které se spolu,
napfiíklad, následnû ve spoleãném sbûrném potrubí míchají, nebo v aplikacích,
kde je jedna urãitá tekutina odãerpávána souãasnû nûkolika kanály (Obrázek
2-17). PrÛtokomûry s více prÛtokomûrn˘mi trubicemi umoÏÀují umístit do jednoho rámu aÏ ‰est rotametrÛ.
Rotametry je moÏno rovnûÏ pouÏívat
pfii mûfiení prÛtokÛ tekutin o velmi nízk˘ch tlacích. Pokud je rotametr vybaven
ventilem, musí b˘t v tûchto aplikacích
âíslo 4
31
2
cím pro urãení celkového mnoÏství protékající tekutiny.
Rotametry s trubicemi z umûlé hmoty patfií mezi relativnû levné rotametry,
které jsou ideální pro aplikace, kde se
pracuje s korozivními tekutinami nebo
s deionizovanou vodou. Samotná trubice mÛÏe b˘t zhotovena z teflonu‚ polyvinylfluoroacetátu, polysulfonu, fenolbiacetátu, nebo polyamidu. Smáãené díly rotametru mohou b˘t zhotoveny
z nerezavûjící oceli, polyvinylidenfluoridu, teflonu‚, polyvinylfluoroacetátu,
polytetrafluoroetylénu, polykarbontetrafluorbietylénu, prstencové tûsnící
krouÏky mohou b˘t zhotoveny z Vitonu® nebo z Kalrezu®.
Viskosita mûfiené kapaliny, centistokes
50
10
5
• Přesnost
1
1
5
10
Normální ekvivalentní prÛtok vody (gpm)
= Hustota mûfiené kapaliny
50
100
= Hustota kalibraãní kapaliny (vody)
Obrázek 2-18: Maximální rychlost proudûní rotametrem
ventil umístûn u jeho v˘stupu, na horním
konci rotametru. V aplikacích, kde se
poÏaduje velk˘ rozsah mûfiení se pouÏívají rotametry se dvûma plováky, plováky mají tvar kuliãky. Takov˘to pfiístroj
má dva plováky ve tvaru kuliãky: lehãí
kuliãka (v typickém provedení ãerná),
ukazuje malé prÛtoky, tûÏ‰í kuliãka
(v typickém provedení bílá), ukazuje
velké prÛtoky. Pokud nepfiekroãí rozsah
stupnice, provádí se odeãet prÛtoku
podle polohy ãerné kuliãky, potom se
odeãet provádí podle polohy bílé kuliãky. Jeden takov˘to pfiístroj má ãern˘
mûfiící rozsah 235 ml/min aÏ 2350
ml/min, a bíl˘ rozsah do 5000 ml/min.
Pro mûfiení pfii vy‰‰ích tlacích a teplotách, které pfiesahují rozsah vhodn˘
pro pouÏití skla, lze pouÏít rotametry
s kovov˘mi trubicemi. Tyto tubice se obvykle vyrábûjí z nerezavûjící oceli a pro
indikaci polohy plováku se u nich pouÏívá magnetick˘ sledovaã, umoÏÀující
její vnûj‰í odeãet.
Rotametry s kovovou trubicí lze pouÏívat pro mûfiení prÛtoku hork˘ch koncentrovan˘ch hydroxidÛ alkalick˘ch
kovÛ, fluoru, kyseliny fluorovodíkové,
32
âíslo 4
horké vody, páry, kalÛ, pfiísad a tekut˘ch kovÛ. Mohou b˘t také pouÏívány
v aplikacích, kde se pracuje s vysok˘mi
tlaky, kde se vyskytují hydrulické rázy,
nebo kde pÛsobí jiné síly, které by mohly sklenûné trubice zniãit. Rotametry
s kovovou trubicí jsou k disposici
o vnitfiních prÛmûrech trubice v rozmezí od 3/8 palce do 4 palcÛ, mohou
pracovat pfii tlacích aÏ 750 psig a pfii
teplotách do 540 °C (1000 °C). Mohou
mûfiit prÛtok vody aÏ do hodnoty 4000
gpm, prÛtok vzduchu aÏ do hodnoty
1300 scfm. Rotametry s kovovou trubicí lze snadno získat v provedení vysílaãÛ signálu o velikosti prÛtoku, umoÏÀujícím jejich integraci s analogov˘mi nebo ãíslicov˘mi systémy dálkového fiízení. Vysílaãe obvykle detekují polohu
plováku pomocí magnetické vazby,
jsou ãasto vybaveny vnûj‰ím ukazatelem, tvofien˘m otoãnou magenetick˘m
polem vázanou ‰roubovicí, která pohybuje ruãiãkou ukazatele. Vysílaã mÛÏe
mít vnitfinû, jiskrovû, bezpeãné provedení, základem jeho funkce mÛÏe b˘t
mikroprocesor, mÛÏe b˘t vybaven alarmy a také impulzním v˘stupem, slouÏí-
Rotametry pouÏívané v laboratofiích lze
kalibrovat na pfiesnost 0.50 % AR pfii
pomûrovém rozpûtí rozsahu 4:1. Rotametry pro prÛmyslové pouÏití mají typickou pfiesnost 1 % FS aÏ 2 % FS pfii
pomûrovém rozpûtí rozsahu 10:1.
Chyba obtokov˘ch rotametrÛ a rotametrÛ pouÏívan˘ch v regulátorech prÛtoku ãistící tekutiny mÛÏe b˘t 5 procet
z rozsahu.
Rotametry lze pouÏívat pro ruãní nastavení velikosti prÛtoku. Dûje se tak
nastavením otevfiení ventilu pfii souãasném pozorování hodnoty prÛtoku na
stupnici rotametru, ventil se nastaví do
polohy, odpovídající poÏadované hodnotû prÛtoku technologické tekutiny. Pokud se pracovní podmínky jejich provozu nemûní, je opakovatelnost mûfiení
rotametry lep‰í neÏ 0.25 okamÏité
hodnoty prÛtoku. Vût‰ina rotametrÛ je
pomûrnû málo citlivá na zmûny viskozity tekutiny. Nejcitlivûj‰í jsou velmi malé rotametry s plováky ve tvaru kuliãky,
vût‰í rotametry jsou na viskozitou ovlivÀovány ménû. Omezení kaÏdého fie‰ení rotametru jsou publikována jejich v˘robci (Obrázek 2-18). Mezní hodnota
viskozity tekutiny je ovlivÀována podéln˘m profilem prÛtoãného prostoru. Pokud viskozita tekutiny mezní hodotu viskozity pfiekraãuje, musí b˘t rotametrem
ukazovan˘ prÛtok na hodnotu viskozity
korigován.
ProtoÏe je poloha plováku citlivá na
zmûny hustototy tekutiny, je moÏné rotametr vybavit dvûma plováky (jedním,
ZPRAVODAJ
2
kter˘ je citliv˘ na hustotu tekutiny, druh˘m, kter˘ je citliv˘ na rychlost proudûní tekutiny), takov˘to rotametr mÛÏe b˘t
pouÏit˘ pro pfiibliÏné urãení hmotnostního prÛtoku tekutiny. âím je mûrná
hmotnost plováku bliÏ‰í mûrné hmotnosti tekutiny, tím vût‰í vliv má zmûna
hustoty tekutiny na polohu plováku. Rotametry, které mûfií hmotnostní prÛtok
pracují nejlépe s tekutinami o malé viskositû, takov˘mito tekutinami jsou napfiíklad nerafinovaná cukrová ‰Èáva,
benzín, palivo tryskov˘ch motorÛ, nebo
lehké uhlovodíky.
Pfiesnost rotametrÛ není ovlivÀována
sestavou vertikálního potrubí. Mûfiiã lze
také instalovat ihned za potrubní koleno, takovéto umístûní nemá na pfiesnost
mûfiení Ïádn˘ nepfiízniv˘ vliv. Svojí
podstatou mají rotametry samoãistící
schopnost, protoÏe pfii prÛtoku tekutiny
mezi stûnou trubice a plovákem dochází k proplachování zafiízení, které zabraÀuje usazování a naná‰ení cizích
materiálÛ. Pfiesto by ale mûly b˘t rotametry pouÏívány pouze pro mûfiení
prÛtoku ãist˘ch tekutin, které nevytváfií
na plováku a na trubici povlak. Rotametry by také nemûly pracovat s kapalinami obsahujícími vláknité materiály
a abrazivní, nebo velké, pevné ãástice.
• Jiné průtokoměry s proměnlivým
Hlavní nev˘hodou rotametrÛ je pomûrnû velká cena rotametrÛ o vût‰ích rozmûrech a poÏadavek, Ïe musí b˘t instalovány ve svislé poloze (nemusí b˘t
vÏdy k dispozici dostateãn˘ voln˘ prostor). Náklady na instalaci vût‰ího rotametru lze sníÏit pouÏitím obtoku se clonou nebo s Pitotovou trubicí, kombinovaného s men‰ím rotametrem. Tent˘Ï
rotametr s obtokem je moÏné pouÏít
pro mûfiení prÛtoku ve velkém rozsahu
hodnot, jedin˘ rozdíl mezi jednotliv˘mi
aplikacemi je dán rozdíln˘m clonov˘m
kotouãem a diferenãním tlakem, kter˘
na nûm vzniká.
ZPRAVODAJ
Mezi v˘hody rotametru s obtokem
patfií jeho nízká cena, jeho hlavní nev˘hodou je jeho nepfiesnost a malá
odolnost proti vytváfiení nánosÛ cizích
materiálÛ. Rotametry s obtokem jsou
ãasto vybaveny oddûlovacím uzavíracím ventilem, takÏe je je moÏné pfii
údrÏbû bez uzavfiení potrubí s technologickou tekutinou vyjmout.
Mezi prÛtokomûry s promûnn˘m
prÛtoãn˘m prÛfiezem patfií prÛtokomûry
s kuÏelovitou zátkou. PrÛtokomûry mají pevnou hfiídel s pohybliv˘m pístem,
kter˘ pfii zmûnû prÛtoku mûní svoji polohu. Pohyb pístu se mechanicky pfievádí na pohyb ukazatele, u jiné konstrukce je vnûj‰í ukazatel prÛtoku ovládan˘
magnetickou sílou. Druhé fie‰ení prÛtokomûru pracuje s kovov˘m mûfiícím tû-
lesem, je urãené pro mûfiení pfii tlaku aÏ
1000 psig.
Jeden typ prÛtokomûru s promûnn˘m
prÛtoãn˘m prÛfiezem, kter˘ pracuje na
principu mûfiící závory a pfiipomíná
‰krtící klapku. Tok procházející mûfiiãem vyvolává natoãení lopatky upnuté
do pruÏiny, lokální ukazatel prÛtoku je
s lopatkou propojen˘ mechanicky.
Pfiesnost takov˘chto mûfiiãÛ je 2 % FS
aÏ 5 % FS. Mûfiiã lze pouÏít pro mûfiení prÛtoku oleje, vody a vzduchu, je
k dispozici v rozmûrech aÏ do 4 palcÛ
vnitfiního prÛmûru potrubí. PouÏívá se
také v bezpeãnostních blokovacích
systémech, kde slouÏí jako prÛtokov˘
indikaãní spínaã.
T
• OMEGA Complete Flow and Level Measurement Handbook and Encyclopedia®, OMEGA Press, 1995.
OMEGA Press,1995.
• “Choices Abound in Flow Measurement“, D. Ginesi, Chemical Engineering,
April 1991.
• “Developments in DP Flowmeters“, Jesse Yoder, Control, April 1998.
• Differential Producers - Orifice, Nozzle, Venturi, ANSI/ASME MFC, December 1983.
• Flow Measurement Engineer’s Handbook, R. W. Miller, McGraw-Hill,1996.
• Flow Measurement, D.W.Spitzer, Instrument Society of America, 1991
• Flow of Water Through Orifices, AGA/ASME, Ohio State Univ. Bulletin 89,
Vol. IV, No. 3.
• Fluid Meters, H. S. Bean, American Society of Mechanical Engineers, 1971.
• Fundamentals of Flow Measurement, J. P. DeCarlo, Instrument Society of
America, 1984.
• Instrument Engineer’s Handbook, 3rd edition, Bela Liptak, CRC Press, 1995.
• “Orifice Metering of Natural Gas“, AGA Report 3, 1985.
• “Primary Element Solves Difficult Flow Metering Problems at Water Waste
Treatment Plant“, D. Ginesi, L. Keefe, and P. Miller, Proceedings of ISA
1989, Instrument Society of America, 1989.
âíslo 4
33
3
Mechanické prÛtokomûry
Odmûrné objemové prÛtokomûry
Mechanické průtokoměry
Turbínové prÛtokomûry
Ostatní rotaãní prÛtokomûry
V
této kapitole budou prodiskutovány rÛzné typy mechanick˘ch prÛtokomûrÛ, mûfiících prÛtok pomocí rÛzn˘ch sestav obsahujících mechanické pohyblivé díly. Pracují buì tak,
Ïe se prÛchodem pfies vhodnû upravená ozubená nebo zubová kola nebo
pfies rÛzné komory odmûfiují známé
oddûlené objemy mûfiené tekutiny (odmûrné objemové pÛtokomûry, PD, positive displacement) nebo tak, Ïe se prÛtok tekutiny mûfií turbínou nebo jin˘m
rotorem.
V‰echny odmûrné objemové prÛtokomûry pracují tak, Ïe pfii prÛchodu
mûfiiãem oddûlují, transportují a seãítají poãet oddûlen˘ch dílÛ tekutiny, díly
(plyn nebo kapalina), mají známou velikost. Mûfiení se provádí urãením poãtu
tûchto pfienesen˘ch samostatn˘ch objemÛ. RÛzná fie‰ení PD prÛtokomûrÛ pouÏívají pro oddûlení dílÛ a pro urãení jejich poãtu rÛzné prostfiedky. Frekvence
v˘stupního impulzního proudu je mírou
prÛtoku, celkov˘ poãet generovan˘ch
impulsÛ urãuje celkové proteklé mnoÏství. Narozdíl od PD prÛtokomûrÛ, které jsou pohánûny kinetickou energií
proudící tekutiny, mûfiící ãerpadla (bu-
vané jako rotory s mnoha na smûr
proudûní kolm˘mi lopatkami, rotory
jsou uloÏeny volnû v loÏiskách a jsou
ponofiené do proudu tekutiny. PrÛmûr
rotoru je velmi blízk˘ vnitfinímu prÛmûru mûfiící komory, rychlost rotace je pfiímo úmûrná velikosti objemového prÛtoku. Rychlost rotace rotoru turbíny lze
mûfiit polovodiãov˘mi zafiízeními nebo
mechanick˘mi snímaãi. Mezi dal‰í prÛtokomûry s otoãn˘mi díly patfií konstrukce s obûÏn˘m kolem, s pístem
a s lopatkov˘m kolem.
Odměrné objemové průtokoměry
Odmûrné objemové prÛtokomûry poskytují vysokou pfiesnost mûfiení (v nûkter˘ch pfiípadech 0.1 % z okamÏité
hodnoty prÛtoku) a dobrou opakovatelnost mûfiení (aÏ 0.05 % z mûfiené hodnoty). Pokud se pulzacemi proudûní do
tekutiny nezanese vzduch nebo plyn,
není pfiesnost mûfiení pulzacemi proudûní ovlivnûna. PD mûfiiãe nevyÏadují
pro svoji ãinnost napájecí energii, nevyÏadují ani pro svoji instalaci pfiímou
délku potrubí pfied a za prÛtokomûrem.
PD pfievodníky jsou k disposici v roz-
je s pomûrov˘m rozpûtím rozsahu 15:1
nebo men‰ím. S rÛstem viskozity tekutiny se ztráty netûsností mezi jednotliv˘mi díly prÛtokomûru zmen‰ují a pfiesnost mûfiení se proto s rÛstem viskosity
tekutiny zvy‰uje.
Technologická tekutina musí b˘t
ãistá. âástice, které mají vût‰í rozmûr
neÏ 100 mikronÛ musí b˘t odstranûny
filtrací. PD mûfiiãe pracují s mal˘mi
svûtlostmi mezi sv˘mi pfiesnû vyroben˘mi díly, jejich opotfiebením se rychle
sniÏuje jejich pfiesnost. Z tohoto dÛvodu
se PD mûfiiãe obecnû nedoporuãují pro
mûfiení prÛtoku kalÛ, nebo abrazivních
látek.Pfii práci s ãist˘mi tekutinami se
ale díky své pfiesnosti a vysokému pomûrovému rozpûtí rozsahu stávají ideálním mûfiidlem pro závazné mûfiení
pfii pfiedávání/pfiejímání dodávek tekutin a pro mûfiení a úãtování jejich
mnoÏství. Jejich nejroz‰ífienûj‰í pouÏití
je pro mûfiení dodávek vody do domácností. Roãnû se vyrábûjí miliony takov˘chto jednotek, cena za jednotku je
pfiitom men‰í neÏ 50 USD. V prÛmyslov˘ch a petrochemick˘ch aplikacích se
PD mûfiiãe bûÏnû pouÏívají pro mûfiení
a úãtování mnoÏství kapalin a plynÛ.
kotouã
lopatka
kulov˘ ãep
skfiíÀ
‰tûrbina
rotor
v˘stup
vstup
A) s kyvn˘m kotouãem
v˘stup
vstup
B) rotaãní lopatkov˘
Obrázek 3-1: Konstrukce odmûrn˘ch objemov˘ch prÛtokomûrÛ
dou v tomto ãlánku popsaná pouze
struãnû) ke kinetické energii tekutiny
ãást energie pfiidávají.
Turbínové pÛtokomûry jsou konstruo34
âíslo 4
mûrech od 1/4 palce do 12 palcÛ
vnitfiního prÛmûru potrubí a mohou
pracovat s pomûrov˘m rozpûtím rozsahu aÏ 100:1, bûÏnûj‰í jsou ale pfiístro-
Pfii rÛstu viskosity tekutiny se sice ztráty netûsností PD mûfiiãem zmen‰ují
(a pfiesnost mûfiení se tedy zvy‰uje), zároveÀ se ale také zvût‰uje tlaková ztráta
ZPRAVODAJ
3
na mûfiiãi. Následkem toho se maximální (a také minimální) hodnota prÛtoku,
kterou mÛÏe prÛtokomûr mûfiit, s rÛstem
viskozity tekutiny sniÏuje. âím je viskozita tekutiny vy‰‰í, tím je ztráta netûs-
ProtoÏe skfiíÀ mûfiiãe nemÛÏe b˘t
zhotovena z materiálu kter˘ je magneticky vodiv˘, vyrábí se obvykle z bronzu, mÛÏe b˘t ale také vyrobena, aby
odolávala korosi, nebo aby byla ceno-
Tyto mûfiiãe musí splÀovat normy
pfiesnosti, definované organizací American Water Works Association (AWWA). PoÏadovaná pfiesnost tûchto mûfiiãÛ je 2 % okamÏitého prÛtoku. Vût‰í
mûfiící komora
válcovitá
opûra, kulisa
opûrné kolo
náboj pístu
‰oupátkov˘ rozvod
píst
vstupní otvor
píst
v˘stupní otvor
dûlící deska
magnet magnetického sledovaãe
sestava magnetického odeãtu
skfiíÀ
píst
válcovitá opûra, kulisa
A) oscilaãní
mûfiící
komora
opûrné kolo
vstup
kryt
B) s jedním vratn˘m pístem
Obrázek 3-2: Konstrukce pístov˘ch prÛtokomûrÛ
ností men‰í a tím je také mûfiiteln˘ prÛtok men‰í. Pfii sniÏování viskozity se pro
mûfiení mal˘ch prÛtokÛ kvalita mûfiiãe
zhor‰uje. Pfii práci s tekutinou o vysoké
viskozitû je maximální pracovní prÛtok
mûfiiãem omezen˘ maximálním pfiípustn˘m poklesem tlaku na mûfiiãi.
• PD měřiče pro kapaliny
Kyvné kotouãové prÛtokomûry jsou nejbûÏnûj‰í PD mûfiiãe. PouÏívají se na celém svûtû jako mûfiiãe mnoÏství vody
dodané do domÛ. PrÛtok vody mûfiící
komorou zpÛsobuje pfieklápûní rotujícího kotouãe, kter˘ otáãí vfietenem, které
otáãí magnetem. Magnet je spojen˘
s mechanick˘m registraãním zafiízením, poãítadlem, nebo s vysílaãem impulsÛ. ProtoÏe se v prÛtokomûru pfii
kaÏdé otoãce vfietene zachytí konstantní mnoÏství tekutiny, je prÛtok pfiímo
úmûrn˘ úhlové rychlosti vfietene (Obrázek 3-1 A).
ZPRAVODAJ
vû úspornûj‰í, z umûlé hmoty. Smáãené
díly, jako napfiíklad kotouã a vfieteno,
jsou obvykle vyrobeny z bronzu, gumy,
hliníku, neoprenu, z materiálu buna-N,
nebo z nûkterého fluoroelastomeru, jako je napfiíklad Viton‚. Kyvné kotouãové prÛtokomûry jsou projektovány pro
práci s vodou a pfii práci s jin˘mi tekutinami musí b˘t materiály, ze kter˘ch
jsou zhotoveny, zkontrolovány, zda
jsou s tûmito tekutinami kompatibilní.
Mûfiiãe s gumov˘m kotouãem mají lep‰í pfiesnost neÏ pfiístroje s kovov˘m diskem, dÛvodem je, Ïe lépe tûsní.
Kyvné kotouãové prÛtokomûry jsou
k disposici v rozmûrech od 5/8 palce
do 2 palcÛ vnitfiního prÛmûru potrubí.
Jsou vhodné pro práci pfii pracovním
tlaku 150 psig, kter˘ lze pfiekroãit aÏ
na maximální hodnotu 300 psig. Jednotky pro mûfiení prÛtoku studené vody
jsou omezeny teplotou vody 120 °F. Pro
teplou vodu jsou k dispozici jednotky
aÏ do 250 °F.
viskozita tekutiny mÛÏe mít za následek
zv˘‰ení pfiesnosti mûfiení, niÏ‰í viskozita tekutiny a opotfiebení mûfiiãe v prÛbûhu jeho aplikace pfiesnost mûfiení
sniÏuje. AWWA vyÏaduje, aby byly
mûfiiãe mnoÏství vody dodané do domácností kalibrované co 10 rokÛ. ProtoÏe je chod mûfiiãÛ dodávky vody do
domácností pfieru‰ovan˘, odpovídá tato doba u mûfiiãÛ domácí spotfieby vody o velikosti 5/8 palce a 3/4 palce
kalibraci poté, co odmûfiily 5 milionÛ
galonÛ vody. V prÛmyslov˘ch aplikacích je ale pravdûpodobné, Ïe mûfiiãe
pfiekroãí tuto hranici mnohem dfiíve.
Maximální spojit˘ prÛtok kyvn˘m kotouãov˘m prÛtokomûrem je obvykle asi
60% aÏ 80 % z maximálního prÛtoku
v pfieru‰ovaném provozu.
Rotaãní lopatkové mûfiiãe (Obrázek
3-1 B) mají na pruÏinách uloÏené lopatky, lopatky kapalinu zachycují mezi
excentricky uloÏen˘ rotor a skfiíÀ mûfiiãe. Otáãení, rotace, lopatkového kola
âíslo 4
35
3
zpÛsobuje, Ïe se pfiírÛstek tekoucí kapaliny pohybuje od vstupu pfiístroje
k jeho v˘stupu, odkud vytéká. Normální pfiesnost mûfiiãe je 0.1 % okamÏité
hodnoty mûfieného prÛtoku (AR), u mûfiiãÛ vût‰ích rozmûrÛ nebo pfii práci s te-
prÛchodnost kritická (Obrázek 3-2).
Tyto mûfiiãe lze také pouÏívat pro mûfiení dodávek vody do domácností. Mûfiiãi mÛÏe procházet tekutina s urãit˘m
omezen˘m mnoÏstvím neãistot, jako
jsou napfiíklad usazeniny na stûnû trub-
rance, vyÏadují tyto pfiístroje pravidelnou údrÏbu. Mûfiiãe s oscilujícím pístem
jsou k disposici v rozmûrech od 1/2
palce do 3 palcÛ, lze je obecnû pouÏívat pro tlaky mezi 100 psig aÏ
150 psig. Nûkteré prÛmyslové varianty
A
B
A
B
A
A) prÛtokomûr s ováln˘mi koly
B) vaãkov˘ prÛtokomûr
C) prÛtokomûr s obûÏn˘mi koly
Obrázek 3-3: Rotaãní odmûrné objemové mûfiiãe
kutinou o vût‰í viskozitû lze dosáhnout
pfiesnosti aÏ 0.05 % mûfieného prÛtoku.
Rotaãní lopatkové mûfiiãe se pravidelnû pouÏívají v ropném prÛmyslu
a jsou schopné mûfiit velké prÛtoky, napfiíklad prÛtok o hodnotû 17 000 gpm,
surové ropy s pfiímûsemi pevn˘ch ãástic. Tlakové a teplotní meze jejich pouÏití jsou závislé na materiálech, ze kter˘ch jsou konstruovány. Mohou mít
hodnoty aÏ 350 °F a 1000 psig. Hranice viskozity jsou 1 centipoise aÏ
25 000 centipoise.
U jednoho typu rotaãních odmûrn˘ch objemov˘ch prÛtokomûrÛ pracuje
stfiední dráÏkovan˘ rotor ve stálé vzájemné poloze ke dvûma stíracím rotorÛm, jeden jeho cyklus má ‰est pracovních fází. Jeho aplikace a vlastnosti
jsou podobné jako aplikace a vlastnosti rotaãních lopatkov˘ch mûfiiãÛ.
• Pístové měřiče
Typickou aplikací prÛtokomûrÛ s oscilujícím pístem je jejich pouÏíváni pro mûfiení prÛtoku viskozních tekutin, napfiíklad mûfiení prÛtoku nafty v zafiízeních
pro zkou‰ení motorÛ, kde není jejich
36
âíslo 4
ky, nebo jemn˘ písek (rozmûru 200
mesh, které projdou sítem o 200 okách
na palec, odpovídajících velikosti
75 mikronÛ), nesmí ale obsahovat vût‰í
nebo abrasivní pevné ãástice.
Mûfiící komora má válcovit˘ tvar, má
dûlicí stûnu, která oddûluje její vstupní
otvor od jejího v˘stupního otvoru. Píst
je také válcovit˘ a je opatfien˘ velk˘m
mnoÏstvím otvorÛ, umoÏÀujících v obou
smûrech voln˘ prÛtok tekutiny obûma
boãními stûnami pístu (Obrázek 3-2).
Píst je mûfiící komorou veden˘ pomocí
opûrného kola, pohyb pístu je pfiedáván na magnetick˘ sledovaã, nacházející se na vnûj‰í stranû komory. Magnet
magnetického sledovaãe mÛÏe b˘t pouÏit˘ buì pro fiízení vysílaãe, nebo pro
ovládání registraãního zafiízení, poãítadla, nebo pro oba tyto úãely. ProtoÏe
je pohyb pístu omezen˘ do jedné roviny, je jeho pohyb oscilaãní (není rotaãní). PrÛtok mûfiiãem je pfiímo úmûrn˘
frekvenci oscilací pístu.
Vnitfiní ãásti tohoto prÛtokomûru lze
vyjmout bez demontáÏe mûfiiãe z potrubí. ProtoÏe musí mít díly mûfiiãe pro zaji‰tûní tûsnûní pístu a pro minimalizaci
ztráty netûsností zachovány pfiesné tole-
jsou dimenzovány pro tlaky do 1500
psig. V nepfieru‰ovaném provozu mohou mûfiit prÛtoky od 1 gpm do
65 gpm, v mûfiících intervalech pfieru‰ovaného provozu do 100 gpm. Mûfiiãe
se dimenzují tak, aby tlaková ztráta na
mûfiiãi byla pfii maximálním prÛtoku
men‰í neÏ 35 psid. Pfiesnost prÛtokomûru se pohybuje v rozmezí od 0.5 %
AR pfii viskozních tekutinách do 2 %
AR v aplikacích s malou viskozitou.
Horní mezní hodnota viskozity je
10 000 centipoise.
Nejstar‰ími konstrukcemi PD mûfiiãÛ
jsou pravdûpodobnû mûfiiãe s vratn˘m
pístem. K dispozici jsou pfiístroje s mnoha písty, pfiístroje s dvojãinn˘mi písty,
nebo pfiístroje s rotujícími písty. Stejnû
jako ve vratném pístovém motoru je tekutina tlaãena do komory nad jeden
píst mûfiiãe v dobû, kdy je druh˘m pístem z mûfiiãe vytlaãována. Pro regulaci
otevfiení a zavfiení odpovídajících otvorÛ mûfiiãe se pouÏívá buì zalomen˘ klikov˘ hfiídel nebo horizontální ‰oupátkov˘ mechanismus. Tyto mûfiiãe mají
obvykle men‰í rozmûry (dostupné jsou
v rozmûrech men‰ích neÏ 1/10 palce
vnitfiního prÛmûru potrubí) a pouÏívají
ZPRAVODAJ
3
• Zubové & vačkové měřiče
PD prÛtokomûr s ováln˘mi ozuben˘mi
koly má dvû pfiesná oválná ozubená
kola, na Obrázku 3-3 A jsou zobrazena v okamÏiku, kdy se del‰í osa prvního kola nachází ve vertikální poloze,
osa druhého kola je v horizontální poloze, ozubení kol zde do sebe zapadají na spodním konci prvního kola a na
horním konci druhého kola (Obrázek
3-3 A). Oba rotory tak rotují v opaãném smûru a pfii rotaci zachycují do
mûsíãkovit˘ch prostorÛ mezi koly a stûnou skfiínû protékající tekutinu. Pokud
se ztráta netûsností mezi skfiíní a ozuben˘mi koly udrÏuje malá, mohou b˘t
tyto mûfiiãe pfiesné. Pokud má technologická tekutina vût‰í viskozitu neÏ 10
centipoise a pokud je prÛtok prÛtokomûrem vût‰í neÏ je 20 % jeho jmenovitého prÛtoku, lze dosáhnout pfiesnosti
mûfiení lep‰í neÏ 0.1 % AR. Pfii men‰ích
prÛtocích a pfii men‰í viskozitû se ztráta netûsností zvût‰uje a pfiesnost mûfiiãe
klesá na 0.5 % AR nebo je je‰tû hor‰í.
PrÛchodnost prÛtokomûru s ováln˘mi
ozuben˘mi koly je rovnûÏ ovlivnûna
mazacími vlastnostmi technologické tekutiny. U kapalin, které kola dobfie nemaÏou je nutno, aby se zabránilo opotfiebení pfiístroje, maximální rychlost rotorÛ sníÏit. Jinou moÏností, jak se sníÏí
opotfiebení pfiístroje je udrÏet pokles
tlaku na pfiístroji pod hodnotou
15 psid. Pfii práci s viskozními tekutinami je proto maximální prÛtok prÛtokomûrem omezen velikostí poklesu tlaku
na pfiístroji.
Vaãkové typy PD prÛtokomûrÛ a typy
DP prÛtokomûrÛ s obûÏn˘m kolem jsou
variantami k prÛtokomûru s ováln˘mi
koly, nemají ale ozubená kola v pfiesném provedení jako prÛtokomûr s ováln˘mi koly. U konstrukce s rotujícími
vaãkami proti sobû rotují dvû tvarované
vaãky, vaãky jsou umístûné v oválné
skfiíni (Obrázek 3-3 B). Pfii jejich rotaci
se do voln˘ch prostorÛ zachycuje vÏdy
stejn˘ dan˘ objem kapaliny, pfiená‰ené
smûrem k v˘stupu mûfiiãe. ProtoÏe jsou
obû vaãky stále ve stejné vzájemné poloze, staãí mûfiit rychlost otáãení pouze
ZPRAVODAJ
u jedné z nich. Vaãka je buì pomocí
pfievodovky spojena s registraãním zafiízením, poãítadlem, nebo je magneticky spojena s vysílaãem impulsÛ. Vaãkové mûfiiãe mohou b˘t dodávány v rozmûrech 2 palce aÏ 24 palcÛ vnitfiního
prÛmûru potrubí. Jejich jmenovit˘ prÛtok je od 8 gpm - 10 gpm do 18 000
gpm u vût‰ích rozmûrÛ. Poskytují, pfii
velkém prÛtoku, dobrou opakovatelnost
mûfiení (lep‰í neÏ 0.015 % AR) a mohou b˘t pouÏívány pfii velk˘ch pracovních tlacích (aÏ 1200 psig) a vysok˘ch
teplotách (aÏ 400 °F).
Vaãkové mûfiiãe jsou k disposici ve
velkém rozsahu konstrukãních materiálÛ, poãínaje termoplastick˘mi umûl˘mi
hmotami po kovy s velkou odolností
proti korosi. Mezi nev˘hody tohoto fie‰ení prÛtokomûru patfií velká ztráta
pfiesnosti pfii mûfiení mal˘ch prÛtokÛ.
Také maximální prÛtok, kter˘ lze tímto
mûfiiãem mûfiit je men‰í, neÏ prÛtok
u stejnû velkého mûfiiãe s kyvn˘m kotouãem nebo s oscilujícím pístem.
U rotaãních mûfiiãÛ s obûÏn˘m kolem
zachycují tekutinu velké zuby ozuben˘ch kol, stejné dané objemy tekutiny
jsou pfii kaÏdé otáãce kol dopravovány
k v˘stupu pfiístroje. (Obrázek 3-3 C).
Pokud je viskozita tekutiny vysoká
z velké ‰kály kovÛ, vãetnû nerezavûjící
oceli, mohou b˘t také zhotoveny
z umûl˘ch hmot které jsou odolné proti
korozi, napfiíklad z polyvinylidenfluoridu (Kynar). Rotaãní mûfiiãe s obûÏn˘m
kolem se pouÏívají pro mûfiení prÛtoku
nátûrov˘ch barev a také, protoÏe jsou
k dispozici v hygienickém provedení
3A, pro mûfiení prÛtoku mléka, ‰Èáv,
dÏusÛ a ãokolády.
U tûchto jednotek se obvykle snímá
prÛchod magnetÛ umístûn˘ch v lalocích
rotujících obûÏn˘ch kol kolem snímaãe
reagujícího na pfiiblíÏení magnetu
(pouÏívá se obvykle detektor, pracující
na principu Hallova jevu), snímaã je
umístûn˘ vnû prÛtokové komory mûfiiãe. Snímaã generuje impulzní proud
a pfiená‰í ho k ãítaãi impulsÛ, nebo
k regulátoru prÛtoku. Tyto mûfiiãe jsou
k dispozici v rozmûrech od 1/10 palce
do 6 palcÛ a mohou pracovat pfii tlacích aÏ do 3000 psig a pfii teplotách aÏ
do 400 °F.
• Měřiče se šroubovicovými koly
Mûfiiãe s koly se ‰roubovicov˘m ozubením jsou odmûrné objemové prÛtokomûry, které mají dvû kola s radiálním
‰roubovicov˘m ozubením, kter˘mi spojitû zachycují protékající technologic-
+10
+1.0
chyba
se pro mûfiení velmi mal˘ch prÛtokÛ viskozních kapalin.
0.1
-1.0
>1000cP
300cP
100cP
30cP
10cP
3cP
-10
0.1
1.0
10
100
prÛtok, % FS
Obrázek 3-4: Vliv viskozity na pfiesnost mûfiení mal˘ch prÛtokÛ
a pokud je konstantní, nebo pokud se
mûní v úzkém pásmu hodnot, je pfiesnost tûchto mûfiiãÛ 0.5 % hodnoty prÛtoku. Tyto mûfiiãe mohou b˘t zhotoveny
kou tekutinu. Rotace kol v rovinû potrubí je vyvolaná silou, generovanou
proudící tekutiou. Pro generování imâíslo 4
37
3
pulzního proudu s frekvencí pfiímo
úmûrnou frekvenci otáãení ozuben˘ch
kol se pouÏívají optické nebo magnetické snímaãe. Síla potfiebná pro otáãení ‰roubovicov˘ch kol je pomûrnû malá
• Měřící čerpadla
Mûfiící ãerpadla jsou PD mûfiiãe, které
navíc zvy‰ují kinetickou energii mûfiené
technologické tekutiny. Vyskytují se ve
tfiech základních fie‰eních, kter˘mi jsou
tekutina tekla opaãn˘m smûrem. Tak jako v‰echna odmûrná objemová ãerpadla dodávají i pístová ãerpadla pulzující prÛtok. Pro zmen‰ení pulzací se
buì pouÏívají ãerpadla s více písty, ne-
v˘tok
v˘tok
nastaviteln˘
v˘stupní ventil
membrána
píst
píst
opûrné desky
tûsnûní
(ucpávka)
hydraulická
kapalina
sání
zpûtn˘ ventil
A) pístové mûfiící ãerpadlo
vstup
vstupní ventil
B) membránové mûfiící ãerpadlo
sání
Obrázek 3-5: Konstrukce mûfiících ãerpadel
a pokles tlaku na pfiístroji je proto,
v porovnání s jin˘mi PD mûfiiãi, relativnû nízk˘. Nejlep‰í dosaÏitelná pfiesnost
je asi 0.2 % hodnoty prÛtoku.
Obrázek 3-4 ukazuje, Ïe chyba mûfiení roste s poklesem pracovního prÛtoku a/nebo s poklesem viskozity tekutiny.
Mûfiiãe se ‰roubovicov˘mi koly mohou
mûfiit prÛtoky tekutin které mají velkou
viskozitu (od 3 cP do 300 000 cP). Jsou
proto ideální pro mûfiení prÛtoku
hust˘ch tekutin, jako jsou lepidla nebo
polymery s velkou viskozitou. Maximální pokles tlaku na mûfiiãi by nemûl b˘t
vût‰í neÏ 30 psid, maximální jmenovit˘
prÛtok mûfiícím pfiístrojem se proto s rÛstem viskozity tekutiny zmen‰uje. Poku
má technologická tekutina dobré mazací vlastnosti, mÛÏe b˘t redukce mûfiiãe
aÏ 100:1, typiãtûj‰í jsou ale pfiístroje
s men‰ími rozsahy (10:1) redukce.
38
âíslo 4
peristaltická ãerpadla, pístová ãerpadla a membránová ãerpadla.
Peristaltická ãerpadla, pumpy, pracují tak, Ïe palci nebo vaãky zmáãknou, postupnû po její délce, pruÏnou
trubici proti stûnû skfiínû, která zároveÀ
slouÏí jako vedení trubice. Tento typ
mûfiících fierpadel se pouÏívá v laboratofiích, ve velkém mnoÏství aplikací
v medicinû, ve vût‰inû systémÛ pro odbûr vzorkÛ Ïivotního prostfiedí, a také
pfii vypou‰tûní chloranov˘ch roztokÛ.
Trubice a její potrubí v pfiístroji mohou
b˘t zhotoveny ze silikonového kauãuku,
nebo, pokud se poÏaduje materiál, kter˘ je více odoln˘ proti korozi, z polytetrafluoroetylénu.
Pístová ãerpadla, pumpy, dodávají
pevnû dan˘ objem kapaliny pfii kaÏdém “v˘fukovém“ taktu a nabírají do
své komory pevnû dan˘ objem kapaliny pfii kaÏdém “sacím“ taktu (Obrázek
3-5 A). Zpûtné ventily zabraÀují, aby
bo se pouÏívají nádrÏe v provedení tlumiãÛ pulzací. ProtoÏe je píst a válec,
kter˘ píst obklopuje, zhotoven˘ s pfiesn˘mi tolerancemi, musí se v aplikacích,
kde se pracuje s abrazivními tekutinami, zafiízení vybavit proplachovacím
mechanismem. Pístová ãerpadla se dimenzují podle zdvihu pístu, podle poÏadovaného prÛtoku a podle tlaku na
v˘stupu ãerpadla. Zpûtné ventily (nebo,
v kritick˘ch aplikacích, zdvojené zpûtné ventily), se vybírají tak, aby zabránily zpûtnému toku tekutiny.
NejbûÏnûj‰í prÛmyslová PD ãerpadla, pumpy, jsou membránová ãerpadla
(Obrázek 3-5 B). Typická sestava ãerpadla se skládá z jedné membrány,
z komory a ze sacího a z v˘tokového
zpûtného ventilu, ventily zabraÀují
zpûtnému toku tekutiny. Hnací píst mÛÏe b˘t buì pfiímo spojen˘ s membránou, nebo mÛÏe membránu pohánût
tlakem na hydraulickou kapalinu. Maximální v˘stupní tlak ãerpadla je asi
ZPRAVODAJ
3
125 psig. Variantní fie‰ení obsahuje
konstrukce s membránov˘mi mûchy,
hydraulicky pohánûné dvojité membrány, a vzduchem ovládané vratné dvojité membrány.
• PD měřiče pro měření průtoku plynů
PD pfiístroje pro mûfiení prÛtoku plynu
fungují tak, Ïe urãují poãet zachycen˘ch znám˘ch objemÛ pfiepraveného
plynu, pracují podobnû jako PD mûfiiãe
pouÏívané pro kapaliny. Hlavním rozdílem je to, Ïe plyny jsou stlaãitelné.
Pro mûfiení prÛtoku zemního plynu se
nejãastûji, zejména pokud jde o mûfiení
spotfieby plynu v domácnostech, pouÏívají membránové mûfiiãe. Mûfiiã je vyroben˘ z hliníkov˘ch odlitkÛ, má vyztuÏené pryÏové membrány. Mûfiiã má ãtyfii
komory, dvû membránové komory nacházející se na vstupní a v˘stupní stranû
membrány a vstupní a v˘stupní komoru
v tûlese mûfiiãe. Pfii prÛchodu plynu mûfiiãem se vytváfií mezi obûma membránov˘mi komorami tlakov˘ rozdíl, membrána na vstupní stranû se stlaãí
komory. Funkce komor se mûní ‰oupátkov˘m rozvodem umístûn˘m ve vrchní
ãásti mûfiiãe, kter˘ také synchronizuje
funkci membrán a ovládá klikov˘ mechanismus poãítadla mûfiiãe.
Membránové mûfiiãe se obecnû kalibrují pro mûfiení zemního plynu, kter˘
má jmenovitou váhu 0.6 (relativní hodnota vzhledem ke vzduchu). Je tedy nutno, pokud je pfiístroj pouÏit˘ pro mûfiení jiného plynu, mûfiiã pro tento plyn kalibrovat. Kalibrace pro hodnotu prÛtoku
jiného plynu (QN) se získá násobením
odeãtu pÛtoku zmûfieného mûfiiãem kalibrovan˘m pro zemní plyn (QC) odmocninou z pomûru jmenovit˘ch vah
zemního plynu a plynu, pro kter˘ se kalibrace provádí (SGN, specific gravity).
QN = QC (0.6 / SGN) 0.5
Membránové mûfiiãe obvykle udávají prÛtok v krychlov˘ch stopách za hodinu a jsou dimenzovány pro pokles
tlaku o hodnotû 0.5 palce H2O aÏ
2 palce H2O. Mûfií s pfiesností zhruba
1 % pfii pomûrovém rozpûtí rozsahu
M
smûr toku plynu
PDC
obvykle zneãistûn˘ (napfiíklad plyn
vznikající destilací, nebo recyklovan˘
metan vznikající pfii kompostování nebo pfii hnití), mÛÏe po urãitou dobu
pracovat membánov˘ mûfiiã jen s malou údrÏbou, nebo bez údrÏby.
Pro mûfiení plynÛ se rovnûÏ pouÏívají mûfiiãe s vaãkov˘mi ozuben˘mi koly
(naz˘vají se také mûfiiãe s vaãkov˘mi
obûÏn˘mi koly). Pfiesnost mûfiiãÛ pfii
práci s plyny je 1 % z mûfiené hodnoty pfii pomûrovém rozpûtí rozsahu
10:1, typick˘ pokles tlaku je 0.1 psid.
ProtoÏe jsou vyrábûny v pfiesn˘ch tolerancích, je tfieba pfied mûfiiãi, umístûn˘mi v potrubích kde není plyn ãist˘, provádût filtraci.
Mûfiiãe s rotujícími lopatkov˘mi koly
mûfií prÛtok plynu ve stejn˘ch rozsazích
jako mûfiiãe s vaãkov˘mi ozuben˘mi
koly (aÏ do 100 000 krychlov˘ch stop
za hodinu), mohou b˘t ale pouÏívány
ve vût‰ím, 25:1, pomûrovém rozpûtí
rozsahu. Pfii stejné pfiesnosti mûfiení zaná‰ejí do systému men‰í, 0.05 palce
H2O, pokles tlaku, a protoÏe u nich nejsou nedostatky v tûsnosti tak nepromi-
stejnosmûrn˘
elektromotor
odmûrn˘ objemov˘
prÛtokomûr
odmûrn˘ objemov˘
prÛtokomûr
M
fólie s
malou
citlivostí
snímaãe/
pfievodníky
odchylky polohy
PDC
fólie s
velkou
citlivostí
píst pro detekci
diferenãního tlaku
A) prÛtokomûr pro plyny
nulovací solenoidní ventily
B) prÛtokomûr pro kapaliny
Obrázek 3-6: Velmi pfiesné mûfiiãe vyrovnávají vstupní a v˘stupní tlak
a membrána na v˘stupní stranû se rozepne. Touto ãinností se, podle svého
stavu, vyprázdní a naplní v‰echny ãtyfii
ZPRAVODAJ
200:1. UdrÏují si svoji pfiesnost po
dlouhou dobu, jsou tedy dobrou volbou
pro mûfiení v aplikacích maloobchodního prodeje plynu. Pokud není plyn ne-
nutelné, není filtrace plynu pfied mûfiiãem tak kritická.
âíslo 4
39
3
• PD systémy s vysokou přesností
0.25 % z hodnoty mûfiení pfii pomûrovém rozpûtí rozsahu 50:1 a pfii
pracovním tlaku aÏ 150 psig. Velmi
pfiesné prÛtokomûry se pouÏívají
v zafiízeních pro zkou‰ení motorÛ,
kde se jimi mûfií prÛtok paliva (benzinu, nafty, líhu, atd.). Typické rozsahy
prÛtoku jsou v rozmezí od 0.04 gph
do 40 gph, galonÛ za hodinu. Aby se
v mûfiiãi zabránilo zachycování páry,
Velmi pfiesné mûfiiãe prÛtoku plynu jsou
obvykle hybridy, které kombinují standardní PD mûfiiã s pohonem, kter˘ eliminuje pokles tlaku na mûfiiãi. Vyrovnáním
vstupního a v˘stupního tlaku se odstraní ztráta netûsností, “prokluzové“ toky,
prosakování, tj. neÏádoucí prÛtoky plynu. U instalací velmi pfiesn˘ch prÛtokomûrÛ se pro detekci tlakového rozdílu
kalibrovaná komora (trubka)
oddûlovací píst
1. snímaã
2. snímaã
smûr toku
kalibrovan˘
objem
Obrázek 3-7: Provozní zku‰ební zafiízení s montáÏí do potrubí
pouÏívají velmi citlivé fólie, pro mûfiení
vych˘lení fólií se pouÏívají snímaãe odchylky polohy (Obrázek 3-6 A). Mûfiiã
je navrÏen˘ tak, aby pracoval pfii normální teplotû okolního prostfiedí pfii tlaku plynu aÏ 30 psig. Pfii pomûrovém
rozpûtí rozsahu 50:1 poskytuje pfiesnost 0.25 % z mûfiené hodnoty, pfii pomûrovém rozpûtí rozsahu 100:1 má
pfiesnost 0.5 %. Maximální prÛtok se
pohybuje v rozmezí 0.3 scfm aÏ
1500 scfm.
Pfii mûfiení prÛtoku kapalin je tlak
na mûfiiãi vyrovnávan˘ pohánûním
prÛtokomûru s ováln˘mi koly servomotorem. Zvût‰uje se tím pfiesnost
mûfiení pfii mal˘ch hodnotách prÛtoku
a pfii mûnících se hodnotách viskozity
(Obrázek 3-6 B). Tento prÛtokomûr
pouÏívá pro detekci diferenãního tlaku na mûfiiãi velmi citliv˘ pístov˘ mechanizmus, kter˘m se také fiídí rychlost servomotoru tak, aby se tlakov˘
rozdíl udrÏoval v blízkosti nulové
hodnoty. Je uvádûno, Ïe tato konstrukce pfiístroje poskytuje pfiesnost
40
âíslo 4
jsou obvykle mûfiiãe vybaveny separátory páry.
• Testování, zkoušky,
kalibrace & testovací zařízení
V‰echny mûfiiãe, které mají pohyblivé
díly vyÏadují periodické testování, kalibraci a opravy, protoÏe se jejich opotfiebováváním zvût‰uje jejich netûsnost.
Nová kalibrace mûfiiãe mÛÏe b˘t povádûna buì v laboratofii, nebo, s pouÏitím testovacího zafiízení, pfiímo v jejich
instalaci v potrubí. PrÛtokomûry pro
mûfiení plynu se kalibrují pomocí zvonového kalibrátoru - kalibrovaného
válcovitého zvonu, utûsnûného kapalinou v nádobû. Pfii ponofiování zvonu se
ze zvonu vytûsÀuje známé mnoÏství
plynu, které prochází testovan˘m mûfiiãem. Pfiesnost urãení objemu je u zvonového testovacího zafiízení fiádu 0.1
% z jeho objemu, k disposici jsou testovací zafiízení o objemech 2, 5, 10
krychlov˘ch stop a vût‰í.
PrÛtokomûry pro mûfiení prÛtoku ka-
paliny lze kalibrovat v laboratofii buì
kalibrací porovnáním s kalibrovan˘m
sekundárním normálem, nebo pomocí
gravimetrického prÛtokového okruhu.
Kalibrace v laboratofii mÛÏe poskytovat
vysokou pfiesnost kalibrace (aÏ 0.01 %
z hodnoty prÛtoku), vyÏaduje ale demontáÏ a pfieru‰ení práce prÛtokomûru.
V mnoha aplikacích, zejména v ropném prÛmyslu, je obtíÏné, nebo i nemoÏné, prÛtokomûr kvÛli kalibraci z ãinnosti vyfiadit. Byla proto vyvinuta provozní testovací zafiízení a testovací zafiízení, která lze pouÏívat pfii normálním
pracovním chodu prÛtokomûru. Tento
typ zafiízení sestává z kalibované komory ve které se nachází oddûlovací píst
(Obrázek 7-3). Ve známé vzdálenosti od
sebe (oddûluje je tedy znám˘ objem)
jsou umístûny dva snímaãe. Pfii prÛchodu
tekutiny komorou se posuvn˘ píst pohybuje ve smûru jejího proudûní. Dûlením
objemu komory ãasem, kter˘ píst potfiebuje k pfiekonání vzdálenosti mezi prvním a druh˘m snímaãem se získá kalibrovaná hodnota prÛtoku. Tato hodnota
prÛtoku se potom porovná s hodnotou,
odeãtenou na testovaném prÛtokomûru.
Opakovatelnost testovacích zafiízení
je fiádu 0.02 %, testovací zafiízení mohou pracovat aÏ do tlakÛ 3000 psig
a do teplot aÏ 165 °F (75 °C). Jejich
pracovní rozsah se pohybuje od mal˘ch prÛtokÛ jen 0.001 gpm do velk˘ch
prÛtokÛ aÏ 20 000 gpm. Tato zafiízení
jsou k dispozici v provedení pro umístûní na desce stolu, pro montáÏ na korby nákladních automobilÛ, na pfiívûsy
a návûsy, nebo pro montáÏ do potrubí.
• Příslušenství PD měřičů
Pfiíslu‰enství PD mûfiiãÛ zahrnuje síta,
filtry, sestavy pro odvedení par, tlumiãe
pulsací, systémy pro teplotní kompensaci, a mnoÏství ventilÛ umoÏÀujících
práci dávkovacích systémÛ. Mechanická poãítadla mohou b˘t vybavena mechanick˘mi nebo elektronick˘mi tiskárnami formuláfiÛ, slouÏících pro regulaci zásob a pro místní prodej. K disposici jsou jiÏ dávkovací poãítaãe, také jsou
jiÏ k disposici inteligentní analogové
nebo ãíslicové pfievodníky/vysílaãe signálu. Zafiízení pro dálkové mûfiení
AMR (automatic meter reading) umoÏZPRAVODAJ
3
Àují pracovníkÛm sluÏeb a vefiejnû prospû‰n˘ch podnikÛ dálkov˘ odeãet mûfien˘ch hodnot.
Turbínové průtokoměry
Turbínov˘ prÛtokomûr, vynalezen˘
v osmnáctém století Reinhardem Woltmanem, je pfiesn˘m a spolehliv˘m prÛtokomûrem, pouÏívá se pro mûfiení prÛtoku kapalin i plynÛ. Sestává s rotoru
s mnoha na smûr proudûní kolm˘mi lopatkami, rotor je uloÏen˘ volnû v loÏiskách a je ponofien˘ do proudu tekutiny.
PrÛmûr rotoru je velmi blízk˘ vnitfinímu
prÛmûru mûfiící komory, rychlost rotace
rotoru je pfiímo úmûrná velikosti objemového prÛtoku. Rychlost rotace rotoru
turbíny lze mûfiit polovodiãov˘mi zafiízeními (reluktranãními, induktanãními,
8 A). KaÏd˘ generovan˘ impulz odpovídá urãitému objemu kapaliny. Poãet
impulzÛ na objemovou jednotku se naz˘vá parametr K mûfiiãe.
U induktanãního odeãtu je permanentní magnet zabudován do rotoru,
nebo jsou lopatky na rotoru zhotoveny
z materiálu, kter˘ je trvale zmagnetizovan˘ (Obrázek 3-8 B). Pfii prÛchodu
kaÏdé lopatky kolem cívky se v cívce generuje elektrick˘ napûÈov˘ impulz. U nûkter˘ch konstrukcí je zmagnetizovaná
pouze jedna lopatka a jeden impulz odpovídá jedné úplné otáãce rotoru.
V˘stupy z cívek reluktanãních a induktanãních snímaãÛ jsou spojité sinusové signály s frekvencí impulzního
proudu pfiímo úmûrnou mûfienému prÛtoku. Pfii malém prÛtoku mÛÏe mít v˘stup hodnotu (velikost napûÈového impulzu) 20 mVpp. Pfiená‰et tak mal˘ sig-
jeden impuls
na jednu
lopatku
lují. Namísto snímaãÛ se snímacími cívkami lze také pouÏít tranzistorÛ s Hallov˘m jevem. Nacházejí-li se tyto tranzistory i ve velmi slabém magnetickém
poli (fiádovû 25 gaussÛ), mûní tyto tranzistory svÛj stav.
U takov˘chto turbínov˘ch prÛtokomûrÛ se na vrcholy lopatek rotoru zabudovávají velmi malé magnety. Rotory
se v obvyklém provedení zhotovují
z nemagnetick˘ch materiálÛ jako je polypropylen, Ryton nebo polyvinylidenfluorid (Kynar). V˘stupní signál ze snímaãÛ pracujících na principu Hallova
jevu je proud obdélníkov˘ch impulzÛ,
jehoÏ frekvence je pfiímo úmûrná objemovému prÛtoku.
ProtoÏe signály snímaãe na principu
Hallova jevu nejsou ovlivÀovány rychlostí vzniku magnetického pole, mohou tyto mûfiiãe pracovat s men‰ími rychlostmi
jeden cyklus
za jednu
otáãku
jedna
jednotka
objemu
permanentní
magnet
cívka
kuÏel
cívka
Meter
Body
Meter
lopatka
Body
rotor
N
permanentní
magnet
reluktranãní snímaã
S
A)
B)
induktanãní snímaã
Obrázek 3-8: Generování signálu o prÛtoku u turbínového mûfiiãe
pracujícími na principu Hallova jevu)
nebo mechanick˘mi snímaãi (ozuben˘mi koly nebo magnetick˘mi pohony).
U reluktanãního odeãtu je cívka navinuta na permanentním magnetu a lopatky turbíny jsou vyrobeny z magneticky vodivého materiálu. Pfii prÛchodu
kaÏdé lopatky kolem cívky se v cívce
generuje elektrické napûtí (Obrázek 3ZPRAVODAJ
nál na velkou vzdálenost se nedoporuãuje. Vzdálenost mezi snímaãem impulzÛ a pfiipojenou elektronikou displeje
nebo pfiipojen˘m pfiedzesilovaãem musí b˘t proto malá.
Kapacitanãní snímaãe vytváfiejí sinusov˘ prÛbûh signálu tak, Ïe generují
vysokofrekvenãní signál, kter˘ pohybem lopatek rotoru amplitudovû modu-
proudûní (0.2 stop/s) neÏ prÛtokomûry
s magnetick˘m snímáním (0.5 stop/s aÏ
1 stopa/s). Snímaãe na principu Hallova jevu navíc generují signál o velké
amplitudû (typicky pravoúhl˘ impulzní
signál o velikosti 10.8 V), která umoÏÀuje, aby byl signál bez zesílení pfiená‰en mezi snímaãem a pfiíslu‰nou elektronikou na vzdálenost aÏ 3000 stop.
âíslo 4
41
3
notu leÏící mezi 98.5 % aÏ 101.5 %
skuteãné hodnoty maximálního prÛtoku.
Turbínové mûfiiãe tfiídy Class II musí ukazovat hodnotu leÏící mezi 98.5 % aÏ
101.5 % skuteãné hodnoty prÛtoku. Jak
mûfiiãe tfiídy Class I, tak mûfiiãe tfiídy
Class II musí mít mechanická poãítadla.
100
lineární rozah pro toleranci±0.15%
99
jmenovitá hodnota parametru K
+0.25%
98
-0.25%
kalibraãní kfiivka
97
minimální prÛtok pro lineární rozah s tolerancí ±0.25%
96
A
0
100
maximální prÛtok pro lineární rozsah
parametr K mûfiiãe (impulsÛ na galon)
V prÛmyslovém odvûtví, zab˘vajícím
se rozvodem vody, jsou stále normálem
prÛtokomûry s Woltmanovou turbínou
a s mechanick˘m pohonem ukazatele
a ãítaãe. Tyto turbínové mûfiiãe mají
ozubené pfievodové soukolí, kter˘m se
pfiená‰ejí otáãky rotoru na otáãky verti-
B
200
300
400
500
prÛtok (galononÛ za minutu)
600
700
800
Obrázek 3-9: Typická kalibraãní kfiivka turbínového prÛtokomûru
kálnû uloÏeného hfiídele. Hfiídel prochází mechanick˘m tûsnûním mezi mûfiící
trubicí a sekcí poãítadla, otáãí hfiídelí
mechanického ozubeného pfievodového
systému ukazatele prÛtoku a ovládá
mechanick˘ ãítaã proteklého mnoÏství.
V poslední dobû vodárensk˘ prÛmysl
zaãal pouÏívat magnetick˘ pohon, kter˘ pfiedstavuje vylep‰ení na údrÏbu nároãn˘ch turbínov˘ch mûfiiãÛ s mechanick˘m pohonem. Tento typ mûfiiãÛ má
tûsnící kotouã, kter˘ se nachází mezi
mûfiící komorou a poãítadlem. Na stranû mûfiící komory nepohání hfiídel pfievod s ozuben˘mi koly, ale otáãí magnetem. Na stranû poãítadla je protilehl˘
magnet, kter˘ otáãí ozuben˘m soukolím. Toto fie‰ení umoÏÀuje, Ïe se pouÏívá zcela izolované poãítadlo s mechanick˘m pfievodním mechanizmem.
V USA definuje normy pro turbínové
mûfiiãe pouÏívané v systémech rozvodu
vody organizace AWWA. Norma Standard C701 platí pro dvû tfiídy turbínov˘ch prÛtokomûrÛ (tfiída Class I a tfiída
Class II). Turbínové mûfiiãe tfiídy Class
I musí pfii svém testování ukazovat hod42
âíslo 4
Konstrukce, které mají polovodiãové
snímání dat o prÛtoku jsou ménû náchylné na mechanické opotfiebení, neÏ
mûfiiãe AWWA Class I a Class II.
• Konstrukce & konstrukční varianty
Vût‰ina turbínov˘ch prÛtokomûrÛ urãen˘ch pro aplikace v prÛmyslu je vyrábûna z nerezavûjící oceli (skupiny
301SS, 303SS, 304SS). Turbínové mûfiiãe, urãené pro komunální mûfiení dodávek vody jsou z bronzu, nebo z litiny. Materiály pro rotor a loÏiska se volí tak, aby odpovídaly technologické tekutinû a práci mûfiiãe. Rotory se ãasto
vyrábûjí z nerezavûjící oceli a loÏiska
z grafitu, karbidu wolframu, keramiky,
nebo, ve speciálních pfiípadech, ze
syntetického kauãuku nebo z kombinace safíru a karbidu wolframu. Ve v‰ech
pfiípadech se loÏiska a hfiídele fie‰í tak,
aby mûly minimální tfiení a co nejvût‰í
odolnost proti opotfiebení. Nûkteré konstrukce, které jsou odolné proti korosi,
jsou provedeny z umûl˘ch hmot, jako je
napfiíklad PVC.
Malé turbínové mûfiiãe se také ãasto
naz˘vají barstock, kolíky, protoÏe mají
rozmûry od 3/4 palce do 3 palcÛ
a jsou vyrábûny z ‰estihranné tyãoviny
z nerezavûjící oceli. Turbína s loÏisky je
vloÏena mezi dva segmenty, které slouÏí pro uchycení turbíny a také pro
usmûrnûní proudûní. Toto fie‰ení je
vhodné pro vysoké pracovní tlaky (aÏ
5000 psig).
Vnofiené turbínové prÛtokomûry jsou
zafiízení, která mûfií, podobnû jako Pitotovy prÛtokomûry které mûfií diferenãní tlak, rychlost proudûní v jednom bodû. Jsou projektovány tak, aby byly zasunuty do potrubí pfiepravujícího kapalinu nebo plyn. Rotor turbíny má mal˘
prÛmûr. Zasouvají se do hloubky, ve
které bude rotor turbíny mûfiit stfiední
rychlost proudûní v prÛfiezu potrubí. JelikoÏ jsou velice citlivé na rychlostní
Novátorské turbínové mûfiiãe zamûnily vysílání signálu za místní indikaci na LCD displejích
ZPRAVODAJ
3
hybuje od 0.2 % do 0.02 %.
ProtoÏe pfii v˘robû prÛtokomûrÛ dochází k mal˘m odchylkám, jsou v‰echny turbínové prÛtokomûry pfied svou
expedicí kalibrovány. V˘sledná hodnota parametru K, udávajícího poãet impulzÛ na jednotku objemu, se mûní uvnitfi rozsahu udaného ve specifikaci linearity pfiístroje. Pfiesto je moÏné uloÏit
hodnoty parametru K, platné pro urãité
ãásti rozsahu prÛtoku, do pamûti
a elektronicky mezi nimi pfii zmûnû mûfieného prÛtoku pfiepínat. Samozfiejmû,
Ïe lze hodnoty parametru K pouÏít
profil proudící tekutiny, musí se jimi mûfiení provádût ve více bodech profilu potrubí.
Vnofiené turbínové prÛtokomûry mohou b˘t navrÏeny pro mûfiení plynÛ
(mal˘ lehk˘ rotor) nebo pro mûfiení kapalin (vût‰í rotor, mûfienou kapalinou
mazaná loÏiska). PouÏívají se ãasto
u potrubí která mají velké rozmûry, kde
by bylo neúsporné mûfiiã pro mûfiení
v celém prÛtoãném profilu potrubí instalovat. Mohou b˘t ãasto vkládány do existujících potrubí (o rozmûrech 6 palcÛ
nebo vût‰ích) ventilov˘m systémem tech-
kuÏelovit˘
souos˘ díl
usmûrÀovaã
proudûní
10 X D
2.5 D
alternativní fie‰ení, lamely
pro usmûrnûní proudûní
D, vnitfiní
prÛmûr potrubí
usmûrÀovací element
tvofien˘ svazkem trubek
jmenovit˘ prÛmûr
D palcÛ
• Dimenzování a volba přístroje
Turbínové mûfiiãe by mûly b˘t dimenzovány tak, aby pfiedpokládan˘ prÛmûrn˘ prÛtok leÏel mezi 60 % aÏ 75 % maximální hodnoty, kapacity, mûfiiãe. Pokud je potrubí pfiedimenzováno, (pokud je rychlost proudûní men‰í neÏ 1
stopa/s), je tfieba volit mûfiiã se snímaãem pracujícím na principu Hallova jevu a o men‰ím rozmûru, neÏ je rozmûr
potrubí. Rychlost proudûní men‰í neÏ
1 stopa/s mÛÏe b˘t nedostateãná,
rychlost
proudûní
vût‰í
neÏ
10 stopa/s mÛÏe mít za následek pfií-
skfiíÀ snímãe
kuÏelovit˘
souos˘ díl
5XD
5XD
smûr toku
spojení mûfiiãe
a usmûrÀovaãe proudûní
usmûrÀovací element
tvofien˘ radiálními lamelami
Obrázek 3-10: UsmûrÀovaãe proudûní zkracují pfiímé délky potrubí
nikou montáÏe pod tlakem, bez uzavfiení prÛtoku technologické tekutiny. Pfiesnost vnofieného turbínového mûfiiãe je
obvykle 1 % FS, minimální rychlost
proudûní je asi 0.2 stopy za sekundu.
• Přesnost turbínových měřičů
Obrázek 3-9 ukazuje typickou kalibraãní kfiivku turbínového mûfiiãe. Kfiivka
popisuje vztah mezi hodnotou prÛtoku
a parametrem K pfiístroje (impulzy na
galon). Pfiesnost turbínov˘ch mûfiiãÛ se
obvykle udává v procentech z okamÏité hodnoty mûfiené veliãiny (% AR).
Uveden˘ konkrétní mûfiiã je lineární,
s toleranãním pásmem, chybou,
0.25 % v pomûrovém rozpûtí rozsahu 10:1 a chybou 0.15 % v pomûrovém rozpûtí rozsahu 4:1. Opakovatelnost mûfiení se v lineárním rozsahu poZPRAVODAJ
pouze pro kapalinu, pro kterou je mûfiiã kalibrovan˘.
Turbínové mûfiiãe typu barstock jsou
obvykle lineární s toleranãním pásmem
0.25 % AR v pomûrovém rozpûtí rozsahu prÛtoku 10:1. Linearita vût‰ích mûfiiãÛ je 0.5 % AR, rovnûÏ v pomûrovém
rozpûtí rozsahu prÛtoku 10:1. Turbinové
mûfiiãe mají typickou nelinearitu (pfiev˘‰ení u turbínového mûfiiãe, ukázané na
Obrázku 3-9) ve vzdálenosti 25 % aÏ
30 % rozsahu mûfiiãe od dolní meze
rozsahu. Pokud se provádí mûfiení nad
touto oblastí, lze u men‰ích turbínov˘ch
prÛtokomûrÛ dosáhnout pfiesnosti
0.15 %, u vût‰ích 0.25 %. Pokud nepostaãuje dynamick˘ rozsah 10:1, lze
pouÏít nûkteré turbínové prÛtokomûry,
které mají, pfii sníÏení pfiesnosti na hodnotu 1 % plného rozsahu pfiístroje (FS),
pomûrové rozpûtí rozsahu 100:1.
li‰né opotfiebení mûfiiãe. Vût‰ina turbínov˘ch prÛtokomûrÛ je konstruována
pro maximální rychlost 30 stop/s.
Turbínové prÛtokomûry by mûly b˘t
dimenzovány tak, aby byl pfii maximálním prÛtoku mûfiiãem na mûfiiãi pokles
tlaku v rozmezí 3 psid aÏ 6 psid. ProtoÏe pokles tlaku roste se ãtvercem prÛtoku, bude pfii pouÏití co nejmen‰ího
mûfiiãe pokles tlaku znaãnû velk˘.
Pfiesnost a linearitu turbínov˘ch mûfiiãÛ ovlivÀuje viskozita tekutiny. Je proto dÛleÏité kalibrovat mûfiiã pro konkrétní tekutinu, která se má pfiístrojem
mûfiit. Opakovatelnost mûfiení není
zmûnami viskozity obecnû pfiíli‰ ovlivnûna a turbínové mûfiiãe se ãasto pouÏívají pfii regulaci prÛtoku viskozních
tekutin. Obecnû platí, Ïe turbínové mûfiiãe dobfie pracují pfii hodnotách
âíslo 4
43
3
Reynoldsova ãísla vût‰ích neÏ 4000
a men‰ích nebo rovn˘ch 20 000. Viskozita závisí na teplotû. Teplotní zmûny
proto také mohou ovlivÀovat pfiesnost
mûfiiãe a musí b˘t kompenzovány, nebo
musí b˘t teplota regulována. Turbínové
• 25
prÛmûrÛ potrubí pro neúplnû
otevfien˘ ventil
• 50 prÛmûrÛ pro dvû kolena ohnutá v rÛzn˘ch rovinách nebo v pfiípadû, Ïe tekutina teãe ve spirále
nebo ve ‰roubovici.
100 mg/l, nebo pokud jsou vût‰í neÏ
75 mikronÛ, je nutno pfied prÛtokomûr
do vzdálenosti alespoÀ 20 prÛmûrÛ potrubí instalovat proplachovací Y -síto
nebo pouzdro s motorizovan˘m filtrem.
snímaã otáãek
lopatkového kola
tûsnící
matice
smûr
toku
A) vrtulov˘ mûfiiã
B) mûfiiã s lopatkov˘m kolem
T-kus
Obrázek 3-11: Konstrukce rotaãních prÛtokomûrÛ
mûfiiãe pracují v teplotním rozsahu
-200 °C aÏ +459 °C (-328 °F aÏ +840 °F).
Hustotou tekutiny není funkce turbínového mûfiiãe pfiíli‰ ovlivÀována. Pfii
nízk˘ch hustotách tekutin (SG < 0.7) se
minimální prÛtok zvût‰uje vzhledem ke
zmen‰enému kroutícímu momentu,
pfiesnost mûfiiãe tím ale obvykle není
ovlivnûna.
• Instalace & příslušenství
Turbínové mûfiiãe jsou citlivé na geometrii potrubí pfied mûfiiãem, potrubí
zde mÛÏe zpÛsobit vznik vírÛ a vífiivého proudûní. Specifikace vyÏadují, aby
pfied mûfiiãem bylo pfiímé potrubí o délce deseti aÏ patnácti prÛmûrÛ potrubí,
za mûfiiãem aby bylo pfiímé potrubí
o délce pûti prÛmûrÛ potrubí. Pokud se
v‰ak v potrubí pfied mûfiiãem nachází
nûkterá z dále uveden˘ch pfiekáÏek,
vyvolává poÏadavek, aby pfiímé potrubí pfied mûfiiãem mûlo délku vût‰í neÏ
patnáct prÛmûrÛ potrubí, a to
• 20 prÛmûrÛ potrubí pro pravoúhlé
koleno, T-profil, filtr, síto, sondu termoãlánku
44
âíslo 4
Aby bylo moÏno tyto poÏadavky na
pfiímé potrubí zmûn‰it, pouÏívají se lamelové usmûrÀovaãe proudûní. Jako
externí usmûrÀovaãe proudûní lze instalovat svazkové nebo lamelové
usmûrÀovaãe proudûní, umisÈují se do
vzdálenosti nejménû pûti prÛmûrÛ potrubí pfied mûfiiã (Obrázek 3-10).
Za jist˘ch podmínek mÛÏe pokles tlaku na turbínû vyvolat boufiliv˘ var kapaliny nebo kavitaci. V prvním pfiípadû
mûfiiã odeãítá vysokou hodnotu, ve druhém pfiípadû dochází ke zniãení rotoru.
Aby byl pfiístroj proti tûmto vlivÛm
chránûn, musí b˘t v˘stupní tlak udrÏovan˘ na hodnotû rovné alespoÀ 1.25
násobku tlaku nasycen˘ch par plus
dvojnásobku poklesu tlaku. Malé
mnoÏství
pfiimíseného
vzduchu
(10 mg/l nebo ménû) zpÛsobuje, Ïe
prÛtokomûr ukazuje jen ponûkud vût‰í
hodnotu, velké mnoÏství pfiimíseného
vzduchu mÛÏe vést ke zniãení rotoru.
Turbínové mûfiiãe mohou b˘t také zniãeny pevn˘mi látkami, pfiimísen˘mi do
tekutiny. Pokud mnoÏství suspendovan˘ch pevn˘ch ãástic pfiesahuje hodnotu
• Nové průtokoměry
Pracovní rozsah pfiístroje pfii mal˘ch
prÛmûrech potrubí (men‰ích neÏ dva
palce) se zvy‰uje mûfiením prÛtoku kapalin turbínou se dvûma rotory. Rotory
se otáãejí v opaãn˘ch smûrech. První
rotor slouÏí pro úpravu proudûní, smûruje tok tekutiny na druh˘ rotor. Rotory
jsou hydraulicky vázané a otáãejí se
i kdyÏ se prÛtok zmen‰í i na velmi malé hodnoty.
Linearita turbínového mûfiiãe je ovlivnûna rychlostním profilem tekutiny (urãen˘m ãasto danou instalací mûfiiãe),
její viskositou a teplotou. Aby se vliv
tûchto nelinearit potlaãil, je nyní moÏné
zabudovat do pfiedzesilovaãe turbínového prÛtokomûru systém linearizaãních funkcí. Pokroky v technologii prÛmyslov˘ch sbûrnic navíc umoÏÀují, aby
byl turbínov˘ prÛtokomûr korigovan˘
na vliv teplotních zmûn a zmûn viskozity nepfieru‰enû opakovanou kalibrací.
Poãítaãe pro mûfiení prÛtoku jsou
schopné provádût linearizaci, automatickou korekci na teplotu, v˘poãet dávky celkového mnoÏství, v˘poãet tepla
ZPRAVODAJ
3
v BTU (British thermal unit, britská jednotka tepla) sbûr dat, a pamatování
mnoha hodnot parametru K. V poãítaãi
pro stanovení dávky celkového mnoÏství mÛÏe b˘t nastavena Ïádaná cílová
hodnota mnoÏství, poãítaã odeãítá celkové proteklé mnoÏství od nastavené
hodnoty a pfii dosaÏení nulové hodnoty
rozdílu poãítaã dávku ukonãí. Takovéto
celky jsou vybaveny obvody pro dávkování po kapkách, predikci plnûní
a obvody pomalého dokapávání. Pracují buì tak, Ïe spínají reléov˘ kontakt,
nebo generují lineárnû rostoucí signál.
Tyto prostfiedky slouÏí k minimalizaci
rozlití nebo pfieplnûní tekutiny a umoÏÀují pfiesné ukonãení dávky.
• Turbíny pro měření průtoku plynu
& průtokoměry s bočním potrubím
Mûfiiãe pro mûfiení plynu musí svojí
konstrukcí kompenzovat men‰í kroutící
moment plynu, dan˘, v porovnání s kapalinami, jejich men‰í hustotou. Tato
kompenzace se provádí velk˘mi náboji
rotoru, velmi lehkou sestavou rotoru
a vût‰ím poãtem lopatek rotoru. Turbíny
pro plyn jsou k dispozici v rozmûrech
od 2“ do 12“ a pro prÛtoky aÏ 150
000 krychlov˘ch stop za hodinu. Pokud
pracují pfii zv˘‰en˘ch tlacích plynu
(+1400 psig), lze u vût‰ích prÛtokomûrÛ dosáhnout pomûrového rozpûtí rozsahu 100:1. Pfii niÏ‰ích tlacích je typické pomûrové rozpûtí rozsahu 20:1 pfii
linearitû 1 %. Minimální poÏadavek
na pfiímé potrubí pfied pfiístrojem je
dán délkou 20 prÛmûrÛ potrubí.
PrÛtokomûry s boãním potrubím se
pouÏívají pfii práci s plyny a s vodní párou. Sestávají z clony, umístûné v hlavním potrubí a ze sestavy s rotorem ve
vedlej‰ím obtokovém potrubí. Tyto pfiístroje jsou k dispozici v rozmûrech
2 palce a vût‰ích, jejich pfiesnost je 2
% pfii pomûrovém rozpûtí rozsahu 10:1.
Ostatní rotační průtokoměry
Mezi ostatní typy prÛtokomûrÛ s rotaãními elementy patfií konstrukce s vrtulí
(s obûÏn˘m kolem), s boãníkem a s lopatkov˘m kolem.
Vrtulové prÛtokomûry se bûÏnû pouZPRAVODAJ
Ïívají s potrubími o velkém prÛmûru
(vût‰ím neÏ 4 palce) v zavlaÏovacích
systémech a v systémech rozvodu vody.
Jejich základními rysy jsou malá cena
a malá pfiesnost (Obrázek 3-11 A).
Norma AWWA C-704 urãuje kritérium
pfiesnosti vrtulov˘ch prÛtokomûrÛ na 2
% z mûfiené hodnoty. Pomûrové rozpûtí rozsahu mají asi 4:1 a vykazují velmi
malou kvalitu, pokud rychlost proudûní
klesne pod 1.5 stopy/s. Vût‰ina vrtulov˘ch mûfiiãÛ je vybavena mechanick˘mi
poãítadly. Mechanické opotfiebení mûfiiãÛ, jejich poÏadavky na usmûrnûní
a na úpravu proudûní jsou stejné, jako
u turbínov˘ch mûfiiãÛ.
PrÛtokomûry s lopatkov˘mi koly pouÏívají rotor, jehoÏ osa rotace je kolmá
na smûr proudûní (Obrázek 3-11 B).
Vût‰ina mûfiiãÛ s lopatkov˘mi koly má
rotor s ploch˘mi lopatkami, mûfiiãe jsou
vût‰inou svojí podstatou schopné mûfiit
proudûní v obou smûrech. Nûktefií v˘robci v‰ak pouÏívají rotory s dráÏkovan˘mi lopatkami, které rotují pouze
v dopfiedném smûru. Pro men‰í potrubí
(1/2 “ aÏ 3“) jsou tyto mûfiiãe k dispozici pouze s pevnou hloubkou zanofiení, pro vût‰í rozmûry potrubí (4“ aÏ
48“) jsou k disposici mûfiiãe, které mají
hloubku zanofiení nastavitelnou. Pokud
se pro odeãet otáãek pouÏije snímaã
s kapacitanãní vazbou nebo snímaã
pracující na principu Hallova jevu, roz-
‰ifiuje se rozsah mûfiiãÛ s lopatkov˘m
kolem v oblasti prÛtokÛ o malé rychlosti aÏ po rychlost 0.3 stopa/sec.
Mûfiiãe mal˘ch prÛtokÛ (obvykle
o rozmûrech men‰ích neÏ 1 palec) mají malou d˘zu, která usmûrÀuje proudící tekutinu na Peltonovo kolo. RÛzn˘m
poÏadavkÛm na velikost prÛtoku odpovídají rÛzné velikosti a tvary d˘zy. Lze
takto získat prÛtokomûr, kter˘ má pfiesnost 1 % FS a pomûrové rozpûtí rozsahu 100:1. Vût‰í pfiesnost lze získat kalibrací mûfiiãe a sníÏením jeho rozsahu.
Vzhledem k malému rozmûru trysky,
otvoru d˘zy, lze tyto mûfiiãe pouÏívat
pouze pfii práci s ãist˘mi tekutinami,
mûfiiãe zaná‰ejí do procesu pokles tlaku asi 20 psid. Mezi konstrukãní materiály mûfiiãÛ patfií polypropylen, polyvinylidenfluorid, tetrafluoroethylen, polyvinylfluoroacetát, mosaz, hliník a nerazavûjící ocel.
T
OMEGA Press,1995.
• Flow Measurement Engineering Handbook, Miller, McGraw-Hill, 1982.
• Flow Measurement, D. W. Spitzer, ISA, 1991.
• Flowmeters in Water supply, Manual M33, AWWA, 1989.
• Instrument Engineer’s Handbook, Bela Liptak, editor, CRC Press, 1995.
• “Turbine Flowmeter Extends Flow Range“, E. Piechota, Flow Control, February, 1997.
• Water Meters - Selection, Instalation, Testing and Maintenance, Manual M6,
AWWA, 1986.
âíslo 4
45
4
Elektronické prÛtokomûry
Magnetické prÛtokomûry
PrÛtokomûry vortex
Ultrazvukové prÛtokomûry
P
rÛtokomûry, popisované v této kapitole nejsou v˘luãnû elektronické.
V‰echny elektronické prÛtokomûry
zde nejsou ani uvedeny. Pfiesto pfiedstavují dále uvedené magnetické prÛtokomûry, vírové prÛtokomûry, dále: prÛtokomûry vortex, a ultrazvukové prÛtokomûry logicky vytvofienou skupinu pfiístrojÛ pro urãitou technologii mûfiení
prÛtoku. Îádn˘ z nich nemá pohyblivé
díly (nepoãítáme-li vibrující díly), proudûní ru‰í relativnû málo, v jejich konstrukci se uplatÀuje souãasná pokroãilá
elektronika.
Magnetické prÛtokomûry jsou z uveden˘ch typÛ podstatou své ãinnosti plnû
elektrické funkci nejblíÏe, hlavní princip
jejich práce je zaloÏen˘ na vyuÏití Faradayova zákona. Jádrem mûfiiãÛ vortex je
piezoelektrick˘ snímaã, kter˘ poãítá víry
odtrÏené od pevné pfiepáÏky. A dne‰ní
ultrazvukové prÛtokomûry vdûãí za úspûch sv˘ch aplikací pokroãilé technice
ãíslicového zpracování signálu.
Magnetické průtokoměry
âíslo 4
E=Kw
Rozdílnost rychlostí v jednotliv˘ch
bodech prÛtoãného pofilu se kompenzuje jedin˘m váhov˘m koeficientem.
Kompenzace se také provádí tvarováním budících cívek magnetického pole,
které se provádí tak, aby byl magnetick˘ tok nejvût‰í tam, kde má váhov˘ parametr nejmen‰í hodnotu a naopak.
V˘robci urãují hodnotu parametru
K pro kaÏd˘ magmetr kalibrací kaÏdé
trubice prÛtokomûru na vodu. Takto urãená hodnota K platí pro kaÏdou vodivou kapalinu, a vztah je lineární v celém rozsahu prÛtokomûru. Z tohoto dÛvodu se trubice prÛtokomûru obvykle
kalibrují pouze pro jednu rychlost
proudûní tekutiny. Magmetry mohou
mûfiit prÛtok v obou smûrech proudûní,
pfii stejném absolutním prÛtoku má
zmûna smûru toku za následek zmûnu
polarity signálu, nemá za následek
zmûnu jeho absolutní hodnoty.
Hodnota parametru K získaná pfii
testování mûfiiãe na vodu nemusí b˘t
platná pro tekutiny, které nejsou Newtonovské (u kter˘ch viskozita tekutiny
závisí na rychlosti proudûní tekutiny),
nebo pro magnetické kaly (kaly, které
obsahují magneticky vodivé ãástice).
Tyto typy tekutin mohou ovlivÀovat intensitu magnetického pole, procházejícího trubicí. Pracuje-li se s nûkterou
z tûchto tekutin, je vhodné zváÏit pfiímou provozní kalibraci pfiístroje a nebo jeho speciální konstrukci, která bude tento jev kompenzovat.
• Buzení magmetru
Napûtí, které na elektrodách magmetru
vzniká, je signál o velikosti milivoltÛ. Tento signál se typicky pfievádí, pfiímo u trubici prÛtokomûru nebo v její blízkosti, na
normovan˘ proudov˘ v˘stupní signál
(4 mA aÏ 20 mA), nebo na kmitoãtov˘
v˘stupní signál (0 aÏ 10 000 Hz). Inteligentní pfievodníky/vysílaãe magnetického prÛtokomûru s ãíslicov˘m v˘stupem umoÏÀují pfiímé napojení pfiístroje
na systém distribuovaného fiízení. ProtoÏe je v˘stupní signál z magmetru slab˘, mûlo by b˘t, je-li pfievodník/vysílaã
vzdálen˘, signální vedení stínûné
a kroucené.
Budící cívky magmetru mohou b˘t
ES
D
46
tû (H), vzniká na elektrodách elektrické
napûtí o hodnotû (E), které je, podle
Faradayova zákona, pfiímo úmûrné
rychlosti proudûní tekutiny (w). ProtoÏe
jsou jak intenzita magnetického pole,
tak prÛmûr trubice konstantní, mohou
b˘t slouãeny do kalibraãního parametru (K), ãímÏ se rovnice pro urãení rychlosti proudûní redukuje do tvaru
H
Práce magnetick˘ch prÛtokomûrÛ je
zaloÏena na vyuÏití Faradayova zákona o elektromagnetické indukci. Magnetické prÛtokomûry, magmetry, mohou mûfiit pouze prÛtok elektricky vodiv˘ch tekutin. Magmetry prvních konstrukcí vyÏadovaly, aby mûla mûrná
vodivost tekutiny hodnotu alespoÀ jeden aÏ pût mikrosiemensÛ na centimetr. Nová fie‰ení magmetrÛ tento poÏadavek sníÏily zhruba stokrát na 0.05
S/cm aÏ 0.1 S/cm.
Magnetick˘ prÛtokomûr sestává
z nemagnetické trubice, vyloÏené vloÏkou z isolaãního materiálu. Dvojice budících cívek magnetického pole je umístûna podle Obrázku 4-1. Déle je zde
dvojice elektrod, které procházejí trubicí a jejím vyloÏením. Pokud proudí trubicí o prÛmûru (D) vodivá kapalina
a prochází zde budícími cívkami generovan˘m magnetick˘m polem o intensi-
Elektronické průtokoměry
W
ES
elektroda
budící cívka
Obrázek 4-1: Magnetick˘ prÛtokomûr a jeho díly
ZPRAVODAJ
4
napájeny buì stfiídav˘m, nebo stejnosmûrn˘m budícím proudem (Obrázek
4-2). Pokud se pouÏívá buzení stfiídav˘m proudem, pfiivádí se na budící cívky stfiídavé síÈové napûtí. V˘sledkem je,
Ïe má signál, udávající velikost prÛtoku
(pfii konstantním prÛtoku) rovnûÏ sinusov˘ ãasov˘ prÛbûh. Amplituda tohoto
signálu je pfiímo úmûrná rychlosti proudûní. Do smyãky s elektrodami se také
indukuje, navíc k signálu o velikosti
prÛtoku, ‰um. Pokud nemá ‰um stejnou
fázi jako má signál, lze ho snadno odfiltrovat. Odstranûní ‰umu kter˘ má
stejnou fázi ale vyÏaduje prÛtok (pfii
zaplnûné trubici) zastavit a nastavit na
pfievodníku/vysílaãi signálu nulovou
v˘stupní hodnotu. Hlavním problémem
práce s magmetry konstruovan˘mi se
stfiídav˘m buzením je, Ïe se ‰um mÛÏe
mûnit se zmûnami podmínek procesu
a Ïe je pro udrÏení pfiesnosti mûfiení
vyÏadováno jejich ãasté nulování.
U konstrukcí se stejnosmûrn˘m buzením se pro napájení budících cívek pouÏívá nízkofrekvenãní (7 Hz aÏ 30 Hz)
stejnosmûrn˘ impulz. Bûhem trvání generovaného impulzu (Obrázek 4-2) snímá pfievodník/vysílaã souãet signálu
udávajícího velikost prÛtoku a ‰umu.
V ãasovém intervalu mezi impulzy snímá pfievodník/vysílaã pouze ‰umov˘
signál. ·um mÛÏe b˘t proto spojitû, po
kaÏdém mûfiícím cyklu, z mûfiení odstranûn.
Tato technika zaji‰Èuje stabilní polohu nuly signálu a eliminuje drift nuly.
Oproti mûfiiãÛm se stfiídav˘m buzením
jsou tedy mûfiiãe se stejnosmûrn˘m buzením pfiesnûj‰í a umoÏÀují lépe mûfiit
malé prÛtoky. Jsou také ménû velké,
snadnûji se instalují, spotfiebovávají
ménû energie a celkovû jsou pro své
majitele levnûj‰í. Jedna z nov˘ch konstrukcí stejnosmûrného mûfiiãe má
oproti pfiístrojÛm star‰í generace podstatnû vût‰í pfiíkon, prÛtokomûr proto
generuje vût‰í signál.
Jiné nové fie‰ení prÛtokomûru pouÏívá unikátní systém dvojího buzení. Pro
zaji‰tûní stability mûfiení se cívky budí
impulzy o kmitoãtu 7 Hz, pro získání
vût‰ího, silnûj‰ího, v˘stupního signálu
se cívky budí impulzy o kmitoãtu 70
Hz. Pfievodníky/vysílaãe magmetrÛ lze
napájet buì stfiídav˘m, nebo stejnoZPRAVODAJ
smûrn˘m, napájecím napûtím. K dispozici je také vnitfinû, jiskrovû, bezpeãn˘
stejnosmûrn˘ magnetick˘ prÛtokomûr,
pracující ve dvouvodiãovém zapojení,
kter˘ je napájen˘ energií mûfiící smyãky. Parametry tohoto mûfiiãe jsou ale
vzhledem k omezení parametrÛ jeho
napájení, hor‰í.
V souãasné dobû byly také na trh
uvedeny impulzní, stfiídav˘m napájením buzené, mûfiiãe, které, ve srovnání
sinusov˘ prÛbûh proudu
impulsní buzení
stejnosmûrn˘m proudem
buzení stfiídav˘m
sinusov˘m proudem
konstantní
prÛbûh proudu
Obrázek 4-2: Buzení magnetického prÛtokomûru
se star‰ími konstrukcemi stfiídav˘ch mûfiiãÛ, problémy s nestabilitou nuly nemají. Tyto mûfiiãe obsahují obvody, které stfiídavé napájení periodicky pfieru‰ují a odstraÀují z v˘stupního signálu
sloÏku, vznikající jako dÛsledek provozního ‰umu.
V souãasné dobû se v asi 85 procentech instalací pouÏívají prÛtokomûry se
stejnosmûrn˘m buzením a ve zb˘vajících
asi 15 procentech aplikací mûfiiãe se stfiídav˘m buzením. Jejich pouÏití je zdÛvodnitelné za následujících podmínek:
• jestliÏe se v proudící tekutinû objevuje
velké mnoÏství zaneseného vzduchu
• jestliÏe je technologická tekutina kal
a jestliÏe nemají pevné ãástice jednotné rozmûry a/nebo nejsou s kapalinou rovnomûrnû promí‰ené
• jestliÏe je prÛtok tekutiny pulzující,
s kmitoãtem impulzÛ men‰ím neÏ 25 Hz
Pokud mûfiení splÀuje nûkter˘ ze tfií
v˘‰e uveden˘ch bodÛ, je pravdûpodobné, Ïe by byl v˘stupní signál ze stejnosmûrn˘m signálem buzeného mûfiiãe
naru‰en˘ ‰umem. V nûkter˘ch pfiípadech lze problém se ‰umem minimalizovat (udrÏet fluktuace signálu pod hodnotou 1 % ze skuteãné hodnoty mûfieného
signálu) filtrací a tlumením v˘stupního
signálu. Pokud je ale nutné, aby byla
ãasová konstanta tlumícího filtraãního
ãlánku vût‰í neÏ 1s aÏ 3s, je vÏdy lep‰í
pouÏít mûfiiã se stfiídav˘m buzením.
• Trubice průtokoměru,
jejich vyložení & sondy
Vlastní rozmûry trubic prÛtokomûrÛ
s pfiírubami (instalaãní délky) obvykle
splÀují doporuãení ISO, Internationl
Organisation for Standardization. Také
rozmûry magmetrÛ v krátkém provedení se tûmito návody fiídí. Trubice magnetick˘ch prÛtokomûrÛ a jejich vyloÏení, vloÏky, jsou k dispozici v provedení
z velkého poãtu materiálÛ a pouÏívají
se ‰iroce ve v‰ech technologick˘ch odvûtví prÛmyslu, vãetnû potravináfiského
a farmaceutického prÛmyslu, hornictví,
a kovoprÛmyslu.
VyloÏení, vloÏky, z nûkter˘ch materiálÛ (konkrétnû z Teflonu‚) mÛÏe b˘t zniãeno, pouÏívají-li se pfii jejich instalaci
do potrubí, nebo pfii jejich vyjímání
z potrubí pákové nástroje. Mohou b˘t
rovnûÏ zniãeny pfiíli‰ velk˘m dotaÏením
pfiírubov˘ch matic. Aby se takovémuto
zniãení zabránilo, jsou k dispozici
chrániãe vloÏek.
KaÏdá trubice prÛtokomûru mÛÏe
b˘t obecnû pouÏívána s kaÏd˘m pfievodníkem/vysílaãem, nabízen˘m stejn˘m v˘robcem. V závislosti na konstrukci a parametrech magnetického
prÛtokomûru se mÛÏe cena dvoupalcového mûfiiãe pohybovat v rozsahu od
1500 USD do 5000 USD. Toto cena se
sniÏuje, je ale stále vût‰í neÏ cena nejménû drah˘ch snímaãÛ.
Magnetické prÛtokomûry mohou b˘t
také sestaveny jako kompaktní sondy,
a zasunuty otvory do technologického
potrubí. Takovéto sondy obsahují jak
elektrody, tak budící cívky. Protékající
technologická tekutina indukuje do
elektrod napûtí, jehoÏ velikost ukazuje
na rychlost proudûní ve vstupu sondy,
neukazuje prÛmûrnou rychlost proudûní v potrubí. Tyto magmetry jsou levné
a lze je vyjímat. Technologick˘ proces
proto nemusí b˘t pfii jejich instalaci nebo vyjímání zastaven. Pfiesnost mûfiení
tûmito magmetry velmi závisí na na
vztahu mezi mûfienou rychlostí a prÛmûrnou rychlostí proudûní v potrubí.
âíslo 4
47
4
• Elektrody
kají povlaky usazenin.
U bûÏn˘ch trubic prÛtokomûrÛ mají
elektrody kontakt s technologickou tekutinou. Mohou b˘t vymûnitelné nebo,
jsou-li vyrobeny z kapek tekuté platiny
která se pfii prÛchodu vyloÏením spéká
s keramikou vloÏky, spojuje se s kysliãníkem hlinit˘m a dokonale se tak zatûsÀuje, pevnû zabudované. Tomuto fie‰ení se dává pro jeho nízkou cenu, odolnost proti opotfiebení abrasí, necitlivosti na radiaãní záfiení, pfiednost. Uvedená konstrukce je v˘hodná pro aplikace
Je-li magnetick˘ prÛtokomûr vybaven˘
kapacitanãním snímaãem v˘‰ky hladniny, snímaã se zabudovává do potrubí,
mÛÏe mûfiit i prÛtok v ãásteãnû zaplnûném potrubí. U tûchto konstrukcí snímaãe jsou elektrody magmetru, aby
zÛstaly pokryté tekutinou, umístûny
u dna trubice (ve v˘‰ce pfiibliÏnû 1/10
prÛmûru potrubí). Vliv umístûní elektrod
mm
00
"
12
"
14
"
16
"
18
"
(2
8"
10
5
2
1
0.01
0.1 (0.023)
1 (0.23)
10 (2.3)
100 (22.7)
1000 (227)
24
"(
60
42
0m
36
54 "
"(
m)
"
9
4
00
66
8"
mm
78 " 60
90 " 7 "
)
"
8 2"
95 4"
"
)
mm
)
)
50
(1
6"
m)
mm
5m
0m
00
(1
4"
(7
3"
(5
2"
5m
(2
1"
m)
m)
)
m
1
2 " (15
m
4
1"
(6
.3
mm
mm
)
)
)
mm
10
32 5" (4
.5
10 1" (2
stop za sekundu (m/s)
30
20
je, aby jejich vodivost byla vût‰í neÏ je
minimální vodivost, poÏadovaná
u konkrétní konstrukce prÛtokomûru.
U lep‰ích konstrukcí mûfiiãÛ leÏí, pfii
rychlosti proudûní vût‰í neÏ 1 stopa/s,
oãekávaná pfiesnost prÛtokomûru
v rozmezí 0.2 % aÏ 1 % z mûfiené hodnoty, pomûrové rozpûtí rozsahu leÏí
v rozmezí 10:1 aÏ 30:1. Pfii men‰ích
rychlostech (i pfii rychlostech men‰ích
neÏ 1 stopa/s) chyba mûfiení roste, mûfiení ale zÛstává opakovatelné.
DÛleÏité je, aby byla vodivost tech-
10,000 (2273)
100000
galonÛ za minutu (m3/h)
Obázek 4-3: Nomogram pro dimensování magnetick˘ch prÛtokomûrÛ
ve zdravotnictví, protoÏe zde nejsou
Ïáné dutiny, ve kter˘ch by se mohly
mnoÏit bakrérie. Na druhé stranû keramické trubice nelze namáhat na ohyb
nebo na tah, nemohou b˘t náhle ochlazovány a nemohou pracovat s oxidaãními kyselinami, nebo s hork˘mi a koncentrovan˘mi Ïíravinami.
U novûj‰ích konstrukcí s kapacitanãní vazbou se pouÏívají elektrody, které
nemají s tekutinou pfiím˘ kontakt.
V tûchto konstrukcích se jako elektrody
pouÏívají plochy kovové vrstvy, nacházející se mezi vrstvami materiálu, ze
kterého je zhotoveno vyloÏení, vloÏka.
Tyto prÛtokomûry jsou k dispozici
v prÛmûrech o men‰ích rozmûrech neÏ
osm palcÛ, vloÏky mají keramické.
Magmetry které pouÏívají takovéto nekontaktní elektrody mohou mûfiit prÛtoky tekutin, jeÏ mají 100 krát men‰í vodivost, neÏ jaká je potfiebná pro práci
prÛtokomûrÛ s bûÏn˘mi trubicemi. ProtoÏe se elektrody nacházejí ve vloÏce,
jsou tyto konstrukce také vhodnûj‰í pro
práci v obtíÏn˘ch aplikacích, kde vzni48
âíslo 4
na signál se kompenzuje, kalibrace se
provádí pro situaci, kdy je trubice zaplnûná, kdy jí neteãe Ïádn˘ prÛtok (kalibruje se statická hladina) a pro práci
pfii ãásteãnû zaplnûné trubici.
Jin˘m v souãasné dobû vyvinut˘m
pfiístrojem je magnetick˘ prÛtokomûr
z uhlíkové oceli, kter˘ nemá vloÏku.
U tohoto fie‰ení se elektrody umisÈují
vnû trubice a budící cívky generují
magnetické pole, které je patnáctkrát
silnûj‰í, neÏ magnetické pole bûÏn˘ch
prltokomûrÛ. Toto magnetické pole proniká hluboko do technologické tekutiny
(ne pouze do okolí elektrod, jako je tomu u standardních magnetometrick˘ch
sond). Hlavní v˘hodou této konstrukce
jsou nízké náklady na pofiízení pfiístroje a také na jeho v˘mûnu, protoÏe je
tfieba vymûÀovat pouze snímaãe.
• Volba & dimenzování přístroje
Magnetické prÛtokomûry mohou mûfiit
prÛtok ãist˘ch, vícefázov˘ch, zneãi‰tûn˘ch, korozivních, erozivních, nebo
viskozních kapalin a kalÛ, podmínkou
nologické tekutiny jednotná. JestliÏe je
technologická tekutina tvofiena smûsí
dvou tekutin a jestliÏe se vodivost jedné
sloÏky v˘znamnû li‰í od vodivosti její
druhé sloÏky, je dÛleÏité, aby byly, dfiíve neÏ smûs vstoupí do magmetru, její
sloÏky zcela promíchané. Nebude-li
smûs jednorodá, bude v˘stupní signál
zatíÏen˘ ‰umem. Aby se tomuto ‰umu
zabránilo, je moÏné odstranit kapsy tekutiny s rÛznou vodivostí pouÏitím pevného míchãe, umístûného pfied magmetrem.
Rozmûr magmetru se urãuje pomocí
tabulek nebo diagramÛ, publikovan˘ch
v˘robcem magmetru. Obrázek 4-3
ukazuje nomogram pro dimensování
magnetick˘ch prÛtokomûrÛ pro prÛmûry potrubí v rozmezí od 0.1 palce do
96 palcÛ. U vût‰iny aplikací by mûla
rychlost proudûní leÏet mezi hodnotami
3 stopy/s aÏ 15 stop/s. Pro korosivní
tekutiny by mûla b˘t normální rychlost
proudûní 3 stopy/s aÏ 6 stop/s. Pokud
trubice magmetru trvale pracuje s rychlostmi men‰ími neÏ 3 stopy za sekundu,
dochází ke sníÏení pfiesnosti mûfiení.
ZPRAVODAJ
4
Na druhé stranû, pokud je pracovní
rychlost trvale vy‰‰í neÏ je horní mez
normálního rozsahu rychlosti, zkracuje
se doba Ïivotnosti mûfiiãe.
Z podstaty konstrukce magmetru vypl˘vá, Ïe v mûfiiãi nejsou Ïádné prvky,
kde by docházelo ke zúÏení prÛtoku,
coÏ zmen‰uje pravdûpodobnost jeho
ucpávání a také trvalá tlaková ztráta
na magmetru je stejná, jako tlaková
ztráta na stejné délce pfiímého potrubí.
Mal˘ pokles tlaku je Ïádoucí, protoÏe
sniÏuje náklady na ãerpací systém
a nezhor‰uje funkci gravitaãního tlakového systému.
• Problémy při aplikacích magmetru
Magmetr nedokáÏe rozli‰it vzduch zanesen˘ do tekutiny od technologické tekutiny. Bublinky vzduchu proto zpÛsobují, Ïe je hodnota ukazovaná magmetrem pfiíli‰ velká. Pokud není zachycen˘ vzduch v tekutinû rovnomûrnû
rozpt˘len˘, ale je ve formû vût‰ích
vzduchov˘ch pûn nebo vût‰ích vzduchov˘ch bublin (o rozmûru elektrody),
bude v˘stupní signál za‰umûn˘, nebo
dokonce i znehodnocen˘. V aplikacích,
kde je moÏné, Ïe bude docházet k zaná‰ení vzduchu, je proto vhodné mûfiiã
dimensovat tak, aby byla rychlost
proudûní tekutiny za normálních podmínek 6 stop/s aÏ 12 stop/s.
Jin˘m bûÏn˘m problémem magmetrÛ je pokr˘vání elektrod povlakem. Nánosy usazenin, tvofiící se na vnitfiním
povrchu mûfiiãe mohou elektricky izolovat elektrody od technologické tekutiny.
To mÛÏe mít za následek ztrátu signálu,
nebo vznik chyby mûfiení, ke které dochází buì v dÛsledku zmen‰ení prÛmûru trubice prÛtokomûru, nebo zmûnou
mûfiícího rozsahu a posunem nulové
hodnoty. Nejlep‰ím fie‰ením tohoto problému je pfiirozenû jeho prevence. Jedním z preventivních krokÛ je dimensovat mûfiiã tak, aby byla za normálních
podmínek rychlost proudûní mûfiiãem
pomûrnû velká, alespoÀ 6 stopa/s aÏ
12 stopa/s, nebo tak velká, kolik
umoÏÀují ohledy na korozi a opotfiebování, erosi, mûfiiãe.
Jinou metodou prevence je pouÏívat
elektrody, které zasahují do proudu teZPRAVODAJ
kutiny a vyuÏít v˘hody turbulencí a jejich ãistícího efektu. U aplikací s obtíÏnûj‰ími parametry lze pro odstranûní
povlakÛ a nanesen˘ch usazenin instalovat a pouÏívat, v pfieru‰ovaném nebo
nepfietrÏitém provozním reÏimu, mechanické ãistící systémy.
• Instalace
Magnetické prÛtokomûry musí b˘t vÏdy
plnû zaplnûné kapalinou. Dává se proto pfiednost umístûní magmetru ve vertikálním potrubí, ve kterém tekutina
proudí zdola nahoru. Instalace v horizontálnû poloÏen˘ch potrubích je pfiijatelná tehdy, nachází-li se sekce s trubicí v nejniÏ‰ím bodu potrubí a není-li
Ïádná z elektrod na horní stranû trubice. ZabraÀuje se tím tomu, aby elektrody pfii‰ly do kontaktu se vzduchem. Pokud je technologickou tekutinou kal
a je-li magmetr instalován v nejniÏ‰ím
bodu potrubí, mûl by b˘t pfii dlouh˘ch
odstaveních procesu vyjímán, aby uvnitfi pfiístroje nedo‰lo k usazování pev-
metru, empty tube zero option. Pfii aktivaci této volby je v˘stupní signál pfievodníku/vysílaãe nulován a zÛstává na nulové hodnotû. Detekce prázdné trubice se
provádí obvody spojen˘mi se zvlá‰tními
elektrodami trubice prÛtokomûru. Operaci vyprazdÀování trubice lze aktivovat
také externím kontaktem, napfiíklad kontaktem udávajícím stav ãerpadla.
Aby byla chyba mûfiení co nejmen‰í
a aby se minimalizovalo opotfiebení
vloÏky, vyÏadují magmetry pfiímé potrubí pfied mûfiiãem o délce pûti prÛmûrÛ a za mûfiiãem o délce dvou prÛmûrÛ
potrubí. Pro ochranu nástupn˘ch hran
vloÏek pfied abrazivním pÛsobením
technologick˘ch tekutin jsou k dispozici
chrániãe vloÏek. Je-li magmetr instalovan˘ v horizontálním potrubí, které je
del‰í neÏ 30 stop, mûlo by b˘t potrubí
na obou stranách mûfiiãe podepfiené.
Magnetick˘ prÛtokomûr musí b˘t
elektricky uzemnûn˘ na technologickou
kapalinu. Toto uzemnûní se provádí
proto, protoÏe magmetr tvofií ãást vodivelmi rychle proudící tekutina
smûr
toku
postupující
víry
ustálenû
proudící tekutina
odtrhová vrstva
1D
W
d
l
Obrázek 4-4: V˘poãet rychlosti proudûní vírov˘m mûfiiãem vortex
n˘ch ãástic a ke tvofiení povlaku.
Pokud je dÛleÏité, aby byla tekutina
z magmetru periodicky vypou‰tûna, je
moÏné magmetr vybavit voliteln˘m doplÀkem pro vyprazdÀování trubice mag-
vé cesty pro kaÏd˘ bludn˘ proud, kter˘
teãe potrubím nebo technologickou kapalinou. Vazba, provedená uzemnûním obou koncÛ magmetru na technologickou tekutinu tvofií pro bludné proudy zkrat, takÏe jsou tyto proudy vedeny
âíslo 4
49
4
kolem trubice magmetru a trubicí magmetru neteãou. Pokud systém není
správnû uzemnûn, mohou bludné proudy zpÛsobovat u v˘stupního signálu
magnetického prÛtokomûru posun nuly.
Elektrická vazba na technologickou
tekutinu mÛÏe b˘t provedena kovov˘mi
zemnícími páskami. Tûmito páskami se
propojí kaÏd˘ z koncÛ trubice mûfiiãe
s pfiíslu‰n˘mi pfiírubami potrubí, které
jsou zase v kontaktu s technologickou
kapalinou. Pásky se pouÏívají, pokud je
potrubí elektricky vodivé. Pokud potrubí
není elektricky vodivé, nebo pokud je
vyloÏené, pouÏívají se zemnící krouÏky.
Zemnící krouÏky mají tvar podobn˘ clonovému kotouãi, s otvorem s rovn˘m
jmenovitému rozmûru (vnitfinímu prÛmûru) trubice prÛtokomûru. UmisÈují se
pfied mûfiiã a za mûfiiã mezi trubici prÛtokomûru a potrubí, na které je trubice
zemnící elektrodu (tfietí do trubice umístûná elektroda, kterou se realizuje vazba na technologickou tekutinu). Jinou
cenovû úspornou moÏností je pouÏít
zemnící krouÏek vyroben˘ z umûlé
hmoty, krouÏek má v sobû kovovou
elektrodu zabudovanou.
Průtokoměry vortex
Jako mladík, rybafiící v horsk˘ch potocích v Transylvánsk˘ch Alpách, Theodor von Karman objevil, Ïe pokud se
do cesty rychle tekoucího proudu vody
umístí objekt, kter˘ nemá proudnicov˘,
hydrodynamick˘, tvar (naz˘van˘ také
bluff body, pfiekáÏka, pfiímé, vibraãní,
náporové tûleso), oddûluje se, stfiídavû
na koncích jeho obou stran, od objektu
tekutina a jak se její okrajová vrstva
• Konstrukce měřiče vortex
snímaã
síla pÛsobící na snímaã
smûr toku
otoãná osa otáãení
síla vyvolaná
odtrÏen˘m vírem
odtrhová tyãinka
Obrázek 4-5 Snímaã pro detektci vírÛ u mûfiiãe vortex
napojena. Trubice prÛtokomûru se propojí s technologickou tekutinou spojením s kovov˘mi zemnícími krouÏky,
a uzemní se, pevn˘m zemnícím spojem,
na dobr˘ vodiã, jak˘m je napfiíklad potrubí rozvodu studené vody.
U vût‰ích rozmûrÛ potrubí a v pfiípadû neobvykl˘ch, exotick˘ch, materiálÛ
se stávají zemnící krouÏky drah˘m prostfiedkem. Místo krouÏkÛ zde lze pouÏít
50
âíslo 4
se od pfiekáÏky odpojí, odtrhne. Tento
vír je následovan˘ vírem, kter˘ se tvaruje na opaãné stanû pfiekáÏky (Obrázek 4-4). Víry vznikající na jedné stranû pfiekáÏky jsou od sebe vzdáleny
o stejnou vzdálenost.
Jev s odtrhováním vírÛ lze pozorovat
pfii odtrhování vzduchu od vlajkového
stoÏáru (kter˘ slouÏí jako pfiekáÏka),
zpÛsobuje, jak kaÏd˘ mÛÏe pozorovat,
pravidelné tfiepetání praporu. Víry se
také odtrhují od mostních pilífiÛ, sloupÛ,
stojanÛ vrtn˘ch plo‰in a od vysok˘ch
budov. Pfii fie‰eních tûchto konstrukcí je
tfieba síly, které tyto víry vyvolávají,
brát do úvahy. V uzavfieném potrubí je
vliv vírÛ ve vzdálenosti nûkolika prÛmûrÛ potrubí za pfiekáÏkou jiÏ zanedbateln˘ a víry nezpÛsobují Ïádnou ‰kodu.
oddûlí a stoãí k sobû zpût, vznikají
v proudící tekutinû víry (naz˘vají se také Karmánovy víry). V‰iml si také, Ïe
vzdálenost mezi dvûma víry je konstantní, a Ïe závisí pouze na rozmûru
kamene, kter˘ je vytváfií.
Na té stranû pfiekáÏky, na které se
tvaruje vír, je rychlost proudûní vy‰‰í
a tlak je men‰í. Jak se vír po proudu
pohybuje, roste jeho síla a velikost, aÏ
Vírov˘ prÛtokomûr, dále prÛtokomûr
vortex, se obvykle vyrábí z nerezavûjící oceli nebo ze slitiny Hastelloy a zahrnuje pfiekáÏku, sestavu snímaãe vortex a elektroniku vysílaãe, vysílaã mÛÏe
b˘t také umístûn vnû prÛtokomûru (Obrázek 4-5). PrÛtokomûry jsou obvykle
k dispozici s pfiírubami v rozmûrech od
1/2 palce do 12 palcÛ. U rozmûrÛ
men‰ích neÏ ‰est palcÛ je cena instalace prÛtokomûrÛ vortex srovnatelná
s cenou instalace prÛtokomûrÛ se clonou. Kotouãové mûfiiãe (bez pfiírub)
jsou levnûj‰í, mûfiiãÛm s pfiírubami se
dává pfiednost pfii mûfiení nebezpeãn˘ch tekutin nebo pfii mûfiení tekutin
o velk˘ch teplotách.
Experimentálnû, aby se získaly poÏadované charakteristiky pfiístroje, byly
ovûfieny a navrÏeny rozmûry a rÛzné
profily pfiekáÏky (ãtvercov˘, pravoúhl˘,
T-profil, lichobûÏníkov˘). Zkou‰ky ukázaly, Ïe se s tvarem pfiekáÏky jak lineaita pfiístroje, tak dolní mezní hodnota
Reynoldsova ãísla a citlivost mûfiiãe na
rychlostní profil mûní jen málo. Pokud
jde o velikost pfiekáÏky, musí b˘t, vzhledem k prÛmûru potrubí, dostateãnû velká, aby se na odtrhování vírÛ zúãastÀovala v‰echna protékající tekutina. Za
druhé, na pfiední stranû musí mít pfiekáÏka vyãnívající ostré hrany, aby byla
ãára, na které se od ní tok oddûluje
ZPRAVODAJ
4
pevnû daná a nezávisela na rychlosti
proudûní. Za tfietí, délka pfiekáÏky na
smûru proudûní musí b˘t jist˘m násobkem její ‰ífiky.
V dne‰ní dobû pouÏívá vût‰ina mûfiiãÛ vortex pro detekci tlakov˘ch pulzací
podél pfiekáÏky piezoelektrické nebo
kapacitanãní snímaãe. Tyto detektory
reagují na tlakové oscilace, impulzy,
signálem krer˘ má malé napûtí a stejn˘
kmitoãet, jak˘ mají tlakové oscilace. Takovéto snímaãe mají modulární konstrukci, jsou levné, snadno vymûnitelné,
a mohou pracovat v ‰irokém rozsahu
teplot - od mûfiení kryogenních kapalin
po mûfiení pfiehfiáté páry. Snímaãe lze
umístit buì do tûlesa mûfiiãe, nebo externû k mûfiiãi. Smáãené snímaãe jsou
namáhány pfiímo tlakov˘mi zmûnami
zpÛsobovan˘mi víry, jsou uzavfiené do
tvrzen˘ch skfiíní, aby vydrÏely pÛsobení korozních a erozních vlivÛ.
Externí snímaãe, v typickém provedení piezoelektrické tenzometrické sondy, snímají signál z pulzaãního prÛtokomûru vortex nepfiímo pomocí síly,
které je vystavena odtrhová tyãinka Externím snímaãÛm se dává, z dÛvodu
sníÏení cenov˘ch nákladÛ, pfiednost pfii
aplikacích s vysoce korozivními a nebo
erozivními tekutinami, snímaãe umístûné uvnitfi pfiístroje mají lep‰í pomûrové
rozpûtí rozsahu (lep‰í citlivost pfii nízk˘ch prÛtocích). Jsou také ménû citlivé
na vibrace potrubí. SkfiíÀ elektroniky je
obvykle v provedení pro práci ve v˘bu‰ném prostfiedí a je vodotûsná, obsahuje elektronick˘ modul vysílaãe, svorkovnici, a, jako volitelnou variantu,
ukazatel hodnoty prÛtoku a/nebo ukazatel celkového proteklého mnoÏství.
• Dimenzování & poměrové rozpětí
rozsahu
Frekvence signálu pulzaãního prÛtokomûru vortex je pfiímo úmûrná rychlosti
tekutiny v potrubí, je tedy pfiímo úmûrná objemovému prÛtoku. Frekvence
odtrhování vírÛ nezávisí na takov˘ch
parmetrech tekutiny jako je hustota, viskosita, vodivost, atd., podmínkou je, Ïe
proudûní musí b˘t, aby k odtrhování vírÛ docházelo, turbulentní. Závislost mezi frekvencí vírÛ a mezi rychlostí prouZPRAVODAJ
dûní je dána rovnicí
prÛtoãného prÛfiezu, ponechaného pro
tekutinu pfiekáÏkou a plného prÛtoãného prÛfiezu potrubí. V˘‰e uvedenou
rovnici lze pfiepsat do tvaru
St = f (d / w)
kde St je Strouhalovo ãíslo, f je kmitoãet strhávan˘ch vírÛ u pulzaãních vírov˘ch snímaãÛ vortex, d je ‰ífika pfiekáÏky a w je stfiední rychlost proudûní
Q=fK
kde K je koeficient mûfiiãe, kter˘ je
vírov˘
mûfiiã vortex
pfiímé potrubí
pfied mûfiiãem
centrick˘
reduktor
pfiímé potrubí
za mûfiiãem
centrick˘
expandér
A) redukce prÛmûru potrubí na prÛmûr mûfiiãe
h
h>0
B) proudûní
zdola nahoru
smûr
toku
smûr
toku
C) proudûní shora dolu
h
h>0
smûr toku
D) vodorovné proudûní
Obrázek 4-6: Doporuãení pro instalaci
tekutiny. Hodnota Strouhalova ãísla se
urãuje experimentálnû a obecnû platí,
Ïe zji‰tûná hodnota je pro velké rozsahy Reynoldsova ãísla konstantní. Strouhalovo ãíslo reprezentuje pomûr vzdálenosti odtrÏen˘ch vírÛ (l) a ‰ífiky pfiekáÏky (d), jeho velikost je rovna pfiibliÏnû ‰esti (Obrázek 4-4). Strouhalovo
ãíslo je bezrozmûrn˘ kalibraãní parametr, pouÏívá se pro popis rÛzn˘ch
pfiekáÏek. Mají-li dvû rÛzné pfiekáÏky
stejné Strouhalovo ãíslo, jsou jejich parametry a chování podobné.
ProtoÏe je hodnota objemového prÛtoku Q rovna souãinu stfiední rychlosti
proudûní a prÛtoãného prÛfiezu potrubí
(A), je
Q = A w = (A f d B) / St
kde B je parametr popisující zatarasení potrubí, definovan˘ jako pomûr
rovn˘ souãinu (A f d B). Podobnû jako je
tomu u turbínov˘ch mûfiiãÛ, nebo u jin˘ch mûfiiãÛ generujících kmitoãet, lze
K definovat jako poãet impulzÛ na jednotku proteklého mnoÏství (impulzÛ na
galon, impulzÛ na krychlovou stopu,
atd.). PrÛtok lze tedy urãit tak, Ïe se urãí poãet mûfien˘ch impulzÛ za jednotku
ãasu. Frekvence impulzÛ u snímaãÛ vortex se pohybují, v závislosti na rychlosti
proudûní, na charakteru proudící tekutiny a na rozmûru mûfiiãe, v rozmezí od
jednoho impulzu za sekundu do tisícÛ
impulzÛ za sekundu. V aplikacích, kde
se mûfií prÛtok plynu, jsou frekvence impulzních proudÛ asi desetkrát vût‰í neÏ
v aplikacích, kde se mûfií prÛtok kapalin.
Hodnota koeficientu mûfiiãe K je stanovená v˘robcem pfiístroje. Urãuje se
vût‰inou v laboratofiích pro mûfiení prÛtoku kalibrací mûfiiãe pro vodu. ProtoÏe
je hodnota koeficientu K pfii pouÏití
âíslo 4
51
4
prÛtokomûru pro mûfiení prÛtoku kapalin, plynÛ a par stejná, lze hodnotu koeficientu K, zji‰tûnou kalibrací pro vodu, pouÏít pfii mûfiení kaÏdé jiné tekutiny. Pfii nepfiíli‰ velk˘ch Reynoldsov˘ch
ãíslech není hodnota kalibraãního koeficientu K citlivá na zmûny ostrosti hran
nebo na jiné rozmûrové zmûny, které
ovlivÀují funkci mûfiiãÛ s clonov˘mi kotouãi s pravoúhl˘mi hranami.
mûfienû pracuje jak pfii minimálním, tak
pfii maximálním prÛtoku technologické
tekutiny, pro kterou je urãen˘. Doporuãuje se, aby byla minimální hodnota
prÛtoku mûfiené tekutiny alespoÀ dvakrát vût‰í, neÏ je minimální hodnota
prÛtoku, kterou dokáÏe mûfiiã detekovat. Maximální hodnota prÛtoku kterou
mÛÏe prÛtokomûr mûfiit by mûla b˘t
alespoÀ pûtkrát vût‰í, neÏ je oãekávaná
pfievodník na zaãátku
úseku potrubí (T1)
ãástice v proudící tekutinû
vysílací pfievodník
(typická poloha)
fo
a
smûr
proudûní
fl
pfii prÛtocích blízk˘ch nule stále nûjak˘
údaj, je u mûfiiãe vortex daná minimální prahová hodnota prÛtoku, pod kterou je v˘stupní signál mûfiiãe automaticky zablokován na nulové hodnotû
(u analogov˘ch vysílaãÛ na hodnotû 4
mA). Tato prahová hodnota odpovídá
Reynoldsovu ãíslu 10 000, nebo men‰ímu. Pokud je minimální prÛtok, kter˘ se
má mûfiit alespoÀ dvakrát vût‰í, neÏ
a
a
pfiijímací pfievodník
(typická poloha)
A) prÛtokomûr na principu Dopplerova jevu
a = úhel refrakce, lomu
B) prÛtokomûr mûfiící
dobu prÛchodu signálu
rychlostní
profil proudûní
pfievodník na konci
úseku potrubí (T2)
Obrázek 4-7: Konstrukce ultrazvukov˘ch prÛtokomûrÛ
I kdyÏ jsou rovnice pro v˘poãet prÛtoku prÛtokomûrem vortex oproti rovnicím pro v˘poãet prÛtoku z mûfiení na
clonû jednoduché, zÛstává zde mnoho
pravidel a závislostí, které je tfieba pfii
jejich aplikaci mít na pamûti. V˘robci
ãasto nabízejí bezplatn˘ poãítaãov˘
software pro dimensování mûfiiãe, pfii
jeho pouÏití uÏivatel zadává vlastnosti
tekutiny (hustotu, viskositu, poÏadovan˘ rozsah prÛtoku) a program urãuje
rozmûr mûfiiãe automaticky.
Síla generovaná tlakov˘m impulzem
prÛtokomûru vortex je funkcí souãinu
hustoty tekutiny a druhé mocniny rychlosti tekutiny. Velikost pomûrového rozpûtí rozsahu je dána poÏadavkem, aby
bylo proudûní turbulentní a aby byla
tato síla dostateãnû velká k vybuzení
snímaãe impulzÛ. Síla musí b˘t tak velká aby ji bylo moÏno rozpoznat od ‰umu. Typick˘ prÛtokomûr vortex o velikosti dva palce má napfiíklad rozsah
prÛtoku od 12 gpm do 230 gpm. Máli tekutina jinou hustotu nebo jinou viskositu neÏ voda, dochází ke zmûnû
rozsahu mûfiiãe.
Aby se minimalizoval ‰um mûfiení, je
dÛleÏité zvolit takov˘ mûfiiã, kter˘ pfii52
âíslo 4
maximální hodnota mûfieného prÛtoku.
• Přesnost & poměrové rozpětí
rozsahu
ProtoÏe pfii rÛstu viskozity tekutiny její
Reynoldsovo ãíslo klesá, tak pfii rÛstu
viskozity pomûrové rozpûtí rozsahu
prÛtokomûru vortex trpí. Mezní hodnota maximální viskozity je závislá na
pfiípustné pfiesnosti pfiístroje a jeho rozpûtí rozsahu, pohybuje se mezi osmi
centipoise aÏ tfiiceti centipoise. Pokud
byl mûfiiã vortex pro danou aplikaci
správnû dimenzován, pak lze pfii mûfiení prÛtoku plynu a páry oãekávat pomûrové rozpûtí rozsahu lep‰í neÏ 20:1,
v aplikacích s kapalinami o malé viskozitû lep‰í neÏ 10:1.
Pfiesnost vût‰iny vírov˘ch mûfiiãÛ vortex leÏí pfii Reynoldsov˘ch ãíslech vût‰ích neÏ 30 000 v rozmezí 0.5 % z mûfiené hodnoty aÏ 1 % z mûfiené hodnoty. S poklesem hodnoty Reynoldsova
ãísla se chyba mûfiení zvût‰uje. Pfii Reynoldsov˘ch ãíslech men‰ích neÏ 10 000
mÛÏe chyba dosáhnout 10 % ze skuteãné hodnoty prÛtoku.
Zatímco vût‰ina prÛtokomûrÛ udává
prÛtok odpovídající prahové hodnotû
prÛtoku, nevzniká z tohoto dÛvodu Ïádn˘ problém. Na druhé stranû to mÛÏe
stále b˘t nedostatek mûfiiãe a nev˘hoda
v pfiípadû, Ïe se poÏaduje informace
o mal˘ch prÛtocích bûhem najíÏdûní
nebo odstavování procesu, nebo pfii jin˘ch neustálen˘ch stavech procesu.
Pokroãilé mûfiiãe vortex mají ãíslicov˘
v˘stupní signál, kter˘ obsahuje více informací, neÏ pouze údaj o velikosti
prÛtoku. Mikroprocesor v prÛtokomûru
mÛÏe automaticky provádût korekci na
nedostateãné délky pfiímého potrubí,
na rozdílnost mezi prÛmûrem trubice
prÛtokomûru a prÛmûrem potrubí do
kterého je vloÏena, na teplotní roztaÏnost pfiekáÏky a na zmûny koeficientu
K v pfiípadû, Ïe se hodnota Reynoldsova ãísla zmen‰í pod 10 000.
Inteligentní pfievodníky/vysílaãe jsou
rovnûÏ vybaveny diagnostick˘mi podprogramy pro odhalení poruch signálov˘ch komponentÛ nebo jin˘ch poruch. Pokroãilé pfievodníky/vysílaãe
mohou zahájit testovací postupy pro
ZPRAVODAJ
4
urãení problémÛ vznikl˘ch jak v mûfiícím pfiístroji, tak v dané aplikaci. Takovéto na poÏádání provádûné testy mohou také pomáhat pfii ovûfiování systému podle ISO 9000.
Nûkteré prÛtokomûry vortex, které
jsou v souãasné dobû uvádûné na trh,
mohou mûfiit hmotnostní prÛtok. U jednoho fie‰ení takovéhoto pfiístroje se
souãasnû mûfií jak frekvence vírÛ, tak
jejich síla. Z takto zmûfien˘ch údajÛ lze
urãit hustotu technologické tekutiny
a lze vypoãítat hmotnostní prÛtok
s pfiesností lep‰í neÏ 2 % z rozpûtí rozsahu mûfiiãe.
Jiné nové konstrukce jsou vybavené
více snímaãi. Nesnímají pouze frekvenci odtrhování vírÛ, ale také teplotu
a tlak technologické tekutiny. Na základû tûchto údajÛ urãují jednak hustotu
tekutiny, jednak její hmotnostní prÛtok.
Pro mûfiení hmotnostního prÛtoku kapalin nabízejí tyto mûfiiãe pfiesnost
1.25 %, prÛtok plynÛ a páry mûfií
s pfiesností 2 %. Pokud je z nûjakého jiného dÛvodu znalost tlaku a teploty v˘znamná, poskytuje tento mûfiiã pohodlnou a levnûj‰í alternativu k instalaci samostatn˘ch snímaãÛ a pfievodníkÛ.
ná‰et na ni usazeniny, b˘vá tomu tak
pfii práci s kaly nebo s ka‰emi, mÛÏe
dojít ke zmûnû koeficientu K mûfiiãe. Pro
takovéto aplikace se pulzaãní vírové
prÛtomomûry vortex nedoporuãují. Máli ale zneãi‰tûná tekutina pouze malé
mnoÏství pevn˘ch ãástic které povlak
nevytváfiejí, je moÏné, Ïe bude pouÏití
prÛtokomûru pfiijatelné. Tento závûr byl
ovûfien dvoulet˘m testováním mûfiiãe pfii
práci s vápenn˘m kalem. Na konci testu bylo zji‰tûno, pfiestoÏe byla pfiekáÏka
a trubice mûfiiãe znaãnû po‰krábané
a jamkovité, Ïe se jeho koeficient
K zmûnil pouze o 0.3 % své pÛvodní
hodnoty, urãené kalibrací v továrnû.
Mûfií-li se prÛtoky vícefázov˘ch médií (pevné ãástice v plynu nebo v kapalinû, bublinky plynu v kapalinû, kapénky kapaliny v plynu), pak pfiesnost mûfiiãe vortex klesá, protoÏe mûfiíã nepozná rozdíly mezi fázemi. Jednou z takov˘chto aplikací je mûfiení prÛtoku
mokré, málo kvalitní páry: kapalná fáze by mûla b˘t v páfie rovnomûrnû rozpt˘lena a, aby se zabránilo zpomalení
proudûní jedné z fází, mûfiiã by se nemûl umisÈovat do vertikálního potrubí.
Pokud je potrubí horizontální, je prav-
Trvalá tlaková ztráta na vírovém mûfiiãi vortex je asi poloviãní neÏ na clonû,
zhruba dvû rychlostní v˘‰ky (rychlostní
v˘‰ka je definovaná jako w2/2g kde
w je rychlost proudûní a g je gravitaãní konstanta, vyjádfiená v odpovídajících jednotkách). Pokud je potrubí
a mûfiiã správnû dimenzované, a pokud mají stejn˘ rozmûr, lze oãekávat,
Ïe na mûfiiãi vznikne pokles tlaku pouze nûkolik psi, liber na ãtvereãní palec.
Poddimenzování mûfiiãe (instalace mûfiiãe o men‰ím prÛmûru neÏ je prÛmûr
potrubí), provádûné s cílem zvût‰ení
Reynoldsova ãísla, mÛÏe v‰ak tlakovou
ztrátu zvût‰it na více neÏ 10 psi. Je také tfieba se ujistit, Ïe tlak ve vena contracta nepoklesne pod tlak nasycen˘ch
par technologické tekutiny, protoÏe by
tento stav mohl vyvolat kavitaci. Pfiirozenû, jestliÏe je protitlak na mûfiiãi niÏ‰í neÏ je tlak nasycen˘ch par, bude
technologická tekutina boufilivû vafiit
a údaj poskytovan˘ pfiístrojem bude
znehodnocen˘.
Hlavní v˘hodou mûfiiãÛ vortex je jejich malá citlivost na zmûny provozních
podmínek a jejich relativnû malé, pfii
srovnání se clonami nebo s turbínov˘mi
• Aplikace & jejich omezení
Mûfiiãe vortex se obvykle nedoporuãují
pro odmûfiování dávek a pro jiné aplikace, kde je prÛtok tekutiny pfieru‰ovan˘. Je tomu tak proto, protoÏe mal˘,
odkapávací, prÛtok v dávkovací stanici
mÛÏe zpÛsobit pokles Reynolsova ãísla
pod dolní mez mûfiiãe. V˘sledná chyba
je obvykle tím v˘znamnûj‰í, ãím je celková dávka men‰í.
Plyny o malém tlaku (malé hustotû)
nevyvolávají, zejména pokud je rychlost proudûní malá, dostateãnû silné
tlakové impulzy. Je tedy pravdûpodobné, Ïe v takov˘ch aplikacích bude pomûrové rozpûtí rozsahu mûfiiãe malé
a malé prÛtoky budou nemûfiitelné. Na
druhé stranû, je-li zmen‰ená hodnota
pomûrového rozpûtí rozsahu pfiijatelná
a je-li mûfiiã pro normální prÛtok správnû dimenzovan˘, lze o pouÏití prÛtokomûru vortex uvaÏovat.
Má-li technologická tekutina tendenci
vytváfiet na pfiekáÏce povlaky nebo naZPRAVODAJ
vysílací
element
pfiijímací
element
smûr toku
odraÏeãe
Obrázek 4-8: Upínan˘ ultrazvukov˘ prÛtokomûr
dûpodobné, Ïe se bude kapalná fáze
pohybovat u dna potrubí. Vnitfiek potrubí by mûl b˘t proto ve své spodní
ãásti, u dna, stále voln˘. Toho se mÛÏe
dosáhnout tak, Ïe se pfiekáÏka umístí
v horizontálním smûru. V takovéto aplikaci je pfiesnost mûfiení asi 5 % ze skuteãné hodnoty prÛtoku, mûfiení má ale
dobrou opakovatelnost.
mûfiiãi, opotfiebovávání. Malé jsou také
pofiizovací náklady a náklady na jejich
údrÏbu. Z tûchto dÛvodÛ získávají
u uÏivatelÛ stále lep‰í pfiijetí.
• Doporučení pro instalaci
JestliÏe se prÛtokomûr vortex instaluje
do stávajícího technologického potrubí,
âíslo 4
53
4
ve kterém není rozsah prÛtoku tekutiny
znám˘, doporuãuje se nejdfiíve provést
nûjaká pfiibliÏná mûfiení (s pouÏitím
pfienosného zafiízení s Pitotovou trubicí,
nebo pomocí ultrazvukového upínaného zafiízení). V opaãném pfiípadû nelze
zaruãit, Ïe bude mûfiiã vortex, dimenzovan˘ podle prÛmûru potrubí, dávat
vÛbec nûjak˘ signál.
Mûfiiã vortex vyÏaduje tekutinu
s ustálen˘m a symetrick˘m rychlostním
profilem, nesmí se v nûm vyskytovat
Ïádné ru‰ení nebo víry. To vyvolává ne-
zÛstávaly zaplnûné tekutinou. Mûfiiã
mÛÏe b˘t udrÏován v zaplnûném stavu
jeho instalací ve vertikálním potrubí
s proudûním zdola nahoru (Onrázek 46 B). Instaluje-li se prÛtokomûr do potrubí vedoucího shora dolÛ (Obrázek
4-6 C), nebo do potrubí vedoucího horizontálnû (Obrázek 4-6 D), mûlo by
b˘t potrubí za mûfiiãem zv˘‰eno. Pro
udrÏení zaplnûní trubice mûfiiãe kapalinou v situaci, kdy je její prÛtok nulov˘,
lze pouÏít zpûtné ventily. Uzavírací
ventily a ventily v obtoku jsou nutné
ukazuje pfiíli‰ velkou hodnotu, nebo Ïe
neukazuje, pfii nulovém prÛtoku, nulovou hodnotu. Vût‰ina elektronick˘ch
obvodÛ, kter˘mi jsou mûfiiãe vybaveny,
umoÏÀuje nastavit zv˘‰ené potlaãení
‰umu filtrací, zv˘‰ením potlaãení ‰umu
se ale obvykle zároveÀ sniÏuje citlivost
mûfiiãe pro mûfiení mal˘ch prÛtokÛ.
Jednou z variant je pfiemístit mûfiiã do
té ãásti provozu, kde je ‰um men‰í.
pfievodník B
ústí s pfiírubou
ústí s pfiírubou
V
L
q
tûtivov˘
A)
pfievodník A
prÛmûrov˘
B)
Obrázek 4-9: Konstrukce s válcovitou sekcí pro velmi pfiesné ultrazvukové mûfiení prÛtoku
zbytn˘ poÏadavek na usmûrnûní proudûní pfied mûfiiãem a za mûfiiãem pomocí pfiímého potrubí. Pfiímé potrubí
musí mít po celé délce stejn˘ vnitfiní
prÛmûr jako mûfiiã (Obrázek 4-6) a jeho délka by mûla b˘t stejná, jako je vyÏadována pro instalaci clony s pomûrov˘m koeficientem beta rovn˘m 0.7
(viz kapitola 2). Vût‰ina v˘robcÛ prÛtokomûru doporuãuje instalovat mûfiiã
alespoÀ 30 prÛmûrÛ potrubí za regulaãní ventily a minimálnû tfii aÏ ãtyfii
prÛmûry pfied odbûry tlaku. Snímaãe
teploty by mûly b˘t malé a mûly by b˘t
umístûny za mûfiiãem, ve vzdálenosti
alespoÀ pûti aÏ ‰esti prÛmûrÛ potrubí.
Asi polovina v‰ech instalací mûfiiãÛ
vortex vyÏaduje provést zmen‰ující “redukci“ pfiíli‰ velkého provozního potrubí, redukce se provádí pomocí centrického redukroru a expandéru. Urãitá
délka pfiímého (usmûrÀovacího) potrubí
se stále vyÏaduje i v pfiípadû, Ïe jsou
nainstalovány usmûrÀovaãe proudûní.
Mûfiiãe vortex lze instalovat ve vertikální, horizontální, nebo libovolnû naklonûné poloze, poÏadavkem je, aby
54
âíslo 4
v pfiípadû, kdyÏ u konkrétní instalace je
pfii v˘mûnû snímaãe zapotfiebí jednak
zastavit, jednak otevfiít prÛtok technologické tekutiny.
Pfiipojovací pfiíruby (na spojovacím
potrubí tfiídy 40 nebo 80) musí mít
hladk˘ povrch a stejn˘ vnitfiní prÛmûr
jako má prÛtokomûr. Pfiednost se dává
pfiírubám se svafiovan˘mi hrdly. Nemûly by se pouÏívat redukãní pfiíruby.
Vnitfiní povrch pripojovacího potrubí
nesmí mít do vzdálenosti ãtyfi prÛmûrÛ
potrubí pfied mûfiiãem a dvou prÛmûrÛ
potrubí za mûfiiãem okuje, dolíky, díry,
nesmí zde b˘t záfiezy a v˘stupky. Otvory mûfiiãe, tûsnûní a pfiipojovací potrubí musí b˘t peãlivû vyrovnány, aby zde
nebyla Ïádná zúÏení, pfiekáÏky, nebo
schodky.
Pfiíli‰né vibrace potrubí mohou b˘t
odstranûny podepfiením potrubí na
obou stranách mûfiiãe, nebo natoãením
mûfiiãe tak, aby se snímaã vych˘lil z roviny vibrací. ·um v technologické tekutinû, vznikající v dÛsledku chvûní ventilÛ, zachycování páry nebo práce ãerpadel mÛÏe mít za následek, Ïe pfiístroj
Ultrazvukové průtokoměry
Rychlost, s jakou se zvuk ‰ífií tekutinou
závisí na hustotû tekutiny. Je-li ov‰em
hustota tekutiny konstantní, lze vyuÏít
mûfiení doby, nutné pro projití ultrazvuku tekutinou (nebo pro jeho návrat po
odrazu), pro urãení rychlosti proudící
tekutiny.
Nûktefií v˘robci vyrábûjí systémy
s pfievodníky, které pracují ve sdíleném
reÏimu, ve kterém vysílají jedin˘ impulz
a poté také jedin˘ impulz pfiijímají.
Systémy s úzk˘m paprskem jsou bûÏnû
ovlivnitelné únikem (signál zcela mine
pfievodník, umístûn˘ ve smûru proudûní) Systémy se ‰irok˘m paprskem lom
paprsku pfiekonávají a pfii zmûnû hustoty kapaliny pracují lépe. S oãekávan˘m pfiíchodem ãíslicového zpracování
signálu bude moÏné pouÏít ãíslicové
kódování vysílaného signálu. To mÛÏe
v prÛmyslu zpracování kapalin odstranit mnoho problémÛ, spojen˘ch se ‰umem a se zmûnami parametrÛ kapalin.
ZPRAVODAJ
4
• Dopplerův jev
V roce 1842 Christian Doppler objevil,
Ïe se vlnová délka zvuku, vnímaného
stacionárním pozorovatelem jeví krat‰í
kdyÏ se zdroj zvuku k pozorovateli pfiibliÏuje a del‰í, kdyÏ se zdroj zvuku
vzdaluje. Tento posun kmitoãtÛ je základem na kterém pracují v‰echny ultrazvukové prÛtokomûry, zaloÏené na
vyuÏití Dopplerova jevu.
Dooplerovy prÛtokomûrné pfievodníky pracují na kmitoãtu 0.640 MHz
(konstrukce s upínáním) a na kmitoãtu
1.2 MHz u smáãen˘ch snímaãÛ. Pfievodník vysílá do proudící tekutiny ultrazvukov˘ impulz neboli paprsek, Zvukové vlny se odráÏejí od nespojitostí akustického prostfiedí, jako jsou pevné ãástice, bublinky zaneseného vzduchu, nebo dokonce víry turbulentího proudûní,
zpût (Obrázek 4-7 A). U konstrukcí
s upínáním se pfiesnost mûfiení pohybuje v rozmezí od 1 % FS do 5 % FS,
(FS, full scale, pln˘ rozsah pfiístroje).
Pro v˘poãet prÛtoku mûfiiã nemûfií,
pfiesnû fieãeno, rychlost proudûní tekutiny, mûfií rychlost proudûní nespojitostí. Rychlost proudûní w lze urãit podle
vztahu
w = (f0 - f1) Ct / 2 f0 cos (a)
kde Ct je rychlost zvuku v pfievodníku,
fo je kmitoãet, frekvence, vysílaného
signálu, f1 je kmitoãet odraÏeného signálu, a je velikost úhlu, kter˘ svírají
krystal vysílaãe a krystal pfiijímaãe
s osou potrubí. ProtoÏe má Ct / 2 f0
konstantní hodnotu (K), lze vztah zjednodu‰it do tvaru
a pouÏíváním ovûfiené pravidlo fiíká, Ïe
pro správn˘ odraz signálu je tfieba, aby
v tekutinû bylo minimálnû 80 mg/l 100 mg/l pevn˘ch ãástic o rozmûrech
+200 mesh (+75 mikronÛ). V pfiípadû
bublinek se poÏaduje aby vytûsnily kapalinu v pomûru 100 mg/l aÏ
200 mg/l, prÛmûr bublinek má leÏet
mezi +75 mikrony aÏ +150 mikrony.
Pokud se rozmûr nebo koncentrace
akustick˘ch nespojitostí mûní, mûní se
amplituda odraÏeného signálu a do
mûfiení se zaná‰í chyba.
Dopplerovy prÛtokomûry se ãasto
pouÏívají pro mûfiení takov˘ch tekutin,
jako jsou kaly. Pokud je koncentrace
pevn˘ch látek pfiíli‰ velká (pfiesahuje
45 % váhy tekutiny), nebo pokud je
v tekutinû zachyceno pfiíli‰ mnoho
vzduchu nebo plynu (zejména tehdy
pokud jsou jeho bublinky velmi jemné),
budou tyto akustické nespojitosti odraÏen˘ signál tlumit aÏ na úroveÀ, kdy
nebude rozeznateln˘ od ‰umu, kter˘ se
v potrubí vytváfií jako ‰um pozadí.
Kmitoãet odraÏeného signálu je pÛsobením Dopplerova jevu posunut˘
oproti kmitoãtu vysílaného signálu asi
o 6 Hz na kaÏdou jednotku, stopa/s,
rychlosti tekutiny. Pro mûfiení pfii rychlosti proudûní men‰í neÏ jedna stopa
za sekundu není proto ultrazvukov˘
prÛtokomûr vhodn˘. Nezdá se, Ïe by
mûla, pro bûÏnou aplikaci, mûfiitelná
rychlost proudûní nûjakou horní mez,
• Měření doby průchodu
signálu tekutinou
U tohoto fie‰ení prÛtokomûru se mûfií
doba, za kterou ultrazvukov˘ signál
projde mezi dvûma pfievodníky - jednen je umístûn na zaãátku, druh˘ na
konci daného úseku potrubí (Obrázek
4-7 B). Rychlost proudûní je urãena ãasov˘m rozdílem mezi mezi dobami,
potfiebn˘mi pro prÛchod signálu ve
smûru a proti smûru proudûní.
Pokud je rychlost proudûní nulová, je
doba, potfiebná pro prÛchod signálu od
T1 k T2, stejná, jako doba, potfiebná pro
prÛchod signálu od T2 k T1. Nenulov˘
prÛtok má za následek zv˘‰ení rychlosti ‰ífiení signálu ve smûru po smûru toku
a sníÏení rychlosti ‰ífiení signálu ve smûru proti toku tekutiny. Rychlost proudûní
w lze urãit podle vztahu
w = K dt / TL
kde K je kalibraãní konstanta, závislá
na pouÏit˘ch objemov˘ch a ãasov˘ch
jednotkách, dt je ãasov˘ rozdíl mezi
mezi dobami, potfiebn˘mi pro prÛchod
signálu ve smûru a proti smûru proudûní a TL je doba prÛchodu signálu pfii
nulovém prÛtoku.
Teoreticky mohou b˘t ultrazvukové
mûfiiãe velmi pfiesné (nûkdy se uvádí
pfiesnost 0.1 % z mûfiené hodnoty).
Pfiesnost tûchto mûfiení je ale omezena
smûr toku
w = (f0 - f1) K
Je tedy rychlost proudûní w (stopa/s)
pfiímo úmûrná zmûnû kmitoãtu. PrÛtok
(Q, gpm), v potrubí o daném vnitfiním
prÛmûru (D, palec) lze získat podle
vztahu
Q = 2.45 w D2 = 2.45 (f0 - f1) K D2
Pfiítomnost akustick˘ch nespojitostí je
pro správnou práci Dopplerova prÛtokomûru podstatná. Obecnû pfiijaté
ZPRAVODAJ
sestava pro malé potrubí
Obrázek 4-10: Axiální prÛtokomûr
protoÏe jsou dobfie zdokumentovány
úspû‰né aplikace pfii rychlostech proudûní v rozsahu 40 stop/s aÏ 50 stop/s.
jednak moÏnostmi elektroniky, pouÏité
pro zpracování signálÛ, urãit dobu prÛchodu signálu, jednak stupnûm, do kterého je rychlost zvuku (C) konstantní.
Rychlost zvuku v tekutinû je závislá na
âíslo 4
55
4
hustotû tekutiny a na teplotû tekutiny. Je
proto tfieba oba tyto vlivy kompenzovat. Navíc, pfii zmûnû rychlosti zvuku
se mÛÏe zmûnit úhel refrakce (na Obrázku 4-7 B oznaãen˘ jako “a“), na
kterém zase závisí délka dráhy, kterou
musí signál pfiekonat. V extrémních pfiípadech mÛÏe signál zcela minout pfiijí-
nebo pfieru‰ovat tok technologické tekutiny. Tohoto cíle ale zatím nedosáhly.
Na upínané Dopplerovy prÛtokomûry pÛsobí ru‰ení stûnou vlastního potrubí, a také ru‰ení,dané jak˘mkoliv zavzdu‰nûn˘m prostorem mezi snímaãem
a stûnou potrubí. Pokud je stûna potrubí vyrobena z nerezavûjící oceli, mÛÏe
1.00
K = 1, asymptota pro
ploch˘ rychlostní profil
0.95
0.90
K
0.85
0.80
0.75
K = 0.75, asymptota pro laminární proudûní
0.70
1
10
100
104
1,000
105
106
107
Re
Obrázek 4-11: Závislost koeficientu K na hodnotû Reynoldsova ãísla
maã, kter˘ je umístûn˘ po smûru toku.
Zopakujme, Ïe tento typ chyby se naz˘vá chyba únikem.
• Konstrukční varianty
Upínané ultrazvukové mûfiiãe jsou dodávány ve variantách s jedním, nebo
se dvûma snímaãi.
U varianty s jedním snímaãem jsou
jak krystal vysílaãe, tak krystal pfiijímaãe, zabudovány do jednoho tûlesa snímaãe, které se upíná do jednoho místa
na vnûj‰í povrch potrubí (Obrázek 48). U varianty se dvûma snímaãi se
krystal vysílaãe nachází v jednom,
a krystal pfiijímaãe ve druhém tûlese
snímaãe.
Upínané mûfiiãe, mûfiící dobu prÛchodu signálu tekutinou, jsou k disposici od zaãátku sedmdesát˘ch let minulého století. Jejich cílem je dosáhnout
kvality a pfiesnosti mûfiiãÛ se smáãen˘mi díly snímaãÛ, aniÏ by ale bylo nutno
pfii jejich instalaci rozpojovat potrubí
56
âíslo 4
vést vysílan˘ signál dostateãnû daleko,
aby vracející se ozvûna byla dostateãnû posunuta a ru‰ila odeãítan˘ údaj.
Potrubí, která jsou vedená, vyloÏená
nebo vystuÏená betonem, umûlou hmotou nebo sklolaminátem mají akustické
nespojitosti v sobû jiÏ pfiímo zabudované. Tyto nespojitosti jsou dostateãnû v˘znamné, aby vysílan˘ signál rozptylovaly nebo aby odraÏen˘ signál tlumily.
Tím se pfiesnost prÛtokomûru dramaticky sniÏuje (na ménû neÏ pouze
20 %), ve vût‰inû pfiípadÛ upínané
mûfiiãe v situacích, kdy je potrubí vyloÏené, nemûfií vÛbec.
Dostupné smáãené pfievodníky, oba
jejich typy, Dopplerovy pfievodníky
i pfievodníky mûfiící dobu prÛchodu signálu tekutinou, mnoho z tûchto omezujících tlumení signálu pfiekonávají.
Smáãen˘ mûfiiã doby prÛchodu signálu, kter˘ mûfií v celém profilu potrubí,
v principu sestává z mûfiící válcovité
sekce s pfiírubami a se smáãen˘mi pfievodníky umístûn˘mi v jímkách pfievod-
níkÛ ve stûnû trubice. Pfievodníky jsou
umístûny na opaãn˘ch stranách trubice
pod úhlem 45° k ose potrubí (Obrázek
4-9 A). PrÛtokomûry mûfiící dobu prÛchodu signálu tekutinou mohou b˘t fie‰eny buì jako jednocestné, nebo jako
vícecestné (Obrázek 4-7 B).
Jednocestné prÛtokomûry mají jednu
dvojici pfievodníkÛ, které mûfií rychlost
proudûní v jedné pfiímce. Pro kompenzaci mûnícího se rychlostního profilu
a pro kompenzaci nerovnomûrností
mûfiící sekce pfievodníku se pouÏívá koeficient pfievodníku, jehoÏ hodnota je
urãená pfiedem, pfii kalibraci pfiístroje.
U konstrukcí vícecestn˘ch pfievodníkÛ je v rÛzn˘ch smûrech vedoucích prÛfiezem trubice umístûno nûkolik sad
pfievodníkÛ. Snahou je mûfiit rychlostní
profil v celém prÛfiezu potrubí. Vícecestné pfiístroje se pouÏívají u kanálÛ
o velk˘ch prÛmûrech, napfiíklad u komunálních stok a v ostatních aplikacích,
kde nemá rychlostní profil proudûní
jednotn˘ tvar.
Pfievodníky mûfiící dobu prÛchodu
signálu tekutinou mohou b˘t pouÏívány
k mûfiení jak velmi tepl˘ch (napfiíklad
tekuté síry), tak velmi chladn˘ch (napfiíklad tekutého dusíku), tekutin, mohou
také mûfiit velmi malé prÛtoky. Smáãené pfievodníky pro malá potrubí (men‰í
neÏ 1/2 palce) se naz˘vají axiální, nebo koaxiální, prÛtokomûry (Obrázek
4-10). Tato zafiízení umoÏÀují provádût
mûfiení doby prÛchodu signálu na
vzdálenost která je podstatnû vût‰í neÏ
je prÛmûr potrubí, ãímÏ se citlivost pfiístroje pfii mal˘ch prÛtocích zvût‰uje.
Podle své pracovní podstaty jsme ultrazvukové prÛtokomûry rozdûlili na
prÛtokomûry pracující na principu
Dopplerova jevu na prÛtokomûry pracující na principu mûfiení doby prÛchodu signálu tekutinou. Novûj‰í prÛtokomûry jsou schopné mûfiit prÛtok jak
ãist˘ch tekutin, tak kalÛ, tekutin se zanesen˘mi pevn˘mi ãásticemi nebo tekutin s jin˘mi akustick˘mi nespojitostmi.
Mikroprocesory umoÏÀují automatické
pfiepínání mûfiiãe z reÏimu pro mûfiení
ãist˘ch tekutin do zvlá‰tního reÏimu zaloÏeného na vyuÏití “korelaãních koeficientÛ“. Tento algoritmus velice zvy‰uje
celkovou pfiesnost. U nûkter˘ch peãlivû
ZPRAVODAJ
4
navrÏen˘ch a proveden˘ch aplikací byla uvedena pfiesnost mûfiení lep‰í neÏ
0.5 % z mûfiené hodnoty.
• Aplikace & parametry
Dopplerovy prÛtokomûry se nedoporuãují pro aplikace, kde se pracuje
s ãist˘mi tekutinami. Na druhé stranû,
prÛtokomûry, mûfiící dobu prÛchodu
signálu tekutinou, se ãasto pouÏívají
pro mûfiení prÛtoku surové ropy a jednoduch˘ch frakcí v ropném prÛmyslu.
Dobfie pracují s viskozními kapalinami
pokud je Reynoldsovo ãíslo pfii minimálním prÛtoku buì men‰í neÏ 4000
(laminární proudûní), nebo vût‰í neÏ
10 000 (turbulentní proudûní). V pfiechodné oblasti se nacházejí v˘znamné
nelinearity (Obrázek 4-11).
PrÛtokomûry, mûfiící dobu prÛchodu
signálu tekutinou jsou normálem pro
mûfiení prÛtoku kryogenních kapalin do
teplot blíÏících se - 273 °C, pouÏívají
se také pro mûfiení pÛtoku roztaven˘ch
kovÛ. âasto je publikováno mûfiení prÛtoku kapalného argonu, kapalného dusíku kapalného hélia a tekuté síry. Pro
takovéto aplikace se nejãastûjí pouÏívají pfievodníky s mûfiící válcovitou sekcí, zejména axiální nebo koaxiální pfievodníky.
V aplikacích mûfiení prÛtoku neupravené odpadní vody je pro pouÏití
Dopplerov˘ch prÛtokomûrÛ obvykle
k dispozici pfiíli‰ málo akustick˘ch nespojitostí. Na druhé stranû není neupravená odpadní voda dostateãnû
ãistá, aby bylo moÏno pro mûfiení pouÏít prÛtokomûry, mûfiící dobu prÛchodu
signálu tekutinou. Jsou rovnûÏ problematické i jiné aplikace mûfiení prÛtoku
odpadní vody, protoÏe zde mÛÏe b˘t
koncentrace pevn˘ch ãástic pro správnou práci jak Dopplerov˘ch prÛtokomûrÛ, tak prÛtokomûrÛ, mûfiící dobu
prÛchodu signálu tekutinou, pfiíli‰ vysoká. U je‰tû jin˘ch aplikacích mûfiení
prÛtoku neupravené odpadní vody je
problémem, Ïe se akustickou pohltivostí pevn˘ch, vût‰inou organick˘ch, ãástic
ultrazvukové signály tlumí.
Pro mûfiení prÛtoku odpadní vody
a de‰Èové vody je bûÏné pouÏití vícecestn˘ch prÛtokomûrÛ, Dopplerovy
ZPRAVODAJ
prÛtokomûry nebo hybridní prÛtokomûry pracující s v˘poãtem vzájemné
korelaãní funkce se nejãastûji pouÏívají
pro mûfiení aktivovan˘ch, oÏiven˘ch,
kalÛ a vyhnívan˘ch kalÛ.
Dopplerovy prÛtokomûry obvykle
dobfie pracují pfii mûfiení dÛlních kalÛ.
Mezi málo problémov˘ch aplikací zde
patfií mûfiení na polyetylenovém potrubí, protoÏe stûna potrubí je dostateãnû
ohebná, aby docházelo v mûfiící oblasti ke zmûnû efektivního prÛmûru potrubí. Tento jev ovlivÀuje pfiesnost mûfiiãe.
Ohyb stûny potrubí mÛÏe navíc ãasto
zpÛsobit chybu pfieru‰ením akustické
vazby pfievodníku k obvodÛm, nacházejícím se vnû potrubí. Jin˘m problé-
mem je mûfiení kalÛ, které jsou akusticky pohltivé, takov˘mito kaly mohou b˘t
vápenné kaly nebo kaolinové ka‰e.
V tûchto aplikacích jsou uvedené mûfiiãe neúspû‰né, protoÏe vysoce pohltivé
pevné ãástice sníÏí sílu signálu pod vyuÏitelnou hladinu. Pro práci v takov˘chto aplikacích byly zkou‰eny snímaãe pracující s nízk˘mi kmitoãty
(0.45 MHz), úspû‰nost jejich pouÏití je
ale omezená.
Vícecestné prÛtokomûry mûfiící dobu
prÛchodu signálu tekutinou se také
pouÏívají v elektrárnách pro mûfiení
prÛtoku plynu v ‰achtách praãek plynu,
a to i v ‰achtách, které mají skuteãnû
velk˘ prÛmûr.
T
OMEGA Press,1995.
• „An Intelligent Vortex Flowmeter“, T. Kamano and others, 1SA/92
Proceedings, Industrial Society of America, 1992.
• "Application
and Installation Guidelines for Volumetric and Mass
Flowmeters", D. Ginesi and C. Annarummo, ISA Transactions, Instrument Society of America, 1994.
• “Clamp-On Leak Detectors Protect Mid-Valley Line“. S. Douglas and
J. Baumoel, Pipeline & Gas Journal, April 1993.
• “Committee
Report: Transit Time Ultrasonic Flowmeters“, AWWA
Subcommittee on Ultrasonic Devices, AWWA Journal, July 1997.
• Flow Measurement Engineering Handbook, R. W. Miller, McGrawHill,1996.
• Flow Measurement, D. W. Spitzer, editor, Instrument Society of America, 1991.
• "Flow Sensing: The Next Generation", D. Ginesi, Control Engineering,
November 1997.
• Flowmeters in Water Supply, Manual M33, AWWA, 1989.
• Instrument Engineer’s Handbook, Bela Liptak, editor, CRC
Press,
1995.
• Ultraconic Clamp-On Flowmeters: Have They Finally Arrived? P. Espina, Flow Control, January 1997.
• Water Meters - Selection, Instalation, Testing and Maintenance, Manual M6, AWWA, 1986.
âíslo 4
57
5
PrÛtokomûry mûfiící hmotnostní prÛtok
Průtokoměry
měřící hmotnostní průtok
Hmot.prÛtokomûry na principu Coriolisova zrych.
Tepelné hmotnostní prÛtokomûry
Tepelné hmotnostní prÛtokomûry
M
ûfiení hmotnostního prÛtoku je
základem postupÛ pro získání
pfiedepsaného sloÏení látek,
pro urãení materiálov˘ch bilancí, pro
mnoho úãetních operací a pro závazné
mûfiení pfii pfiedávání/pfiejímání pfiepravovan˘ch tekutin. Pro tato ve v˘robním provoze nejkritiãtûj‰í mûfiení prÛtoku je spolehlivost a pfiesnost mûfiení
hmotnostního prÛtoku velmi dÛleÏitá.
V minulosti se hmotnostní prÛtok ãasto vypoãítával z údajÛ mûfien˘ch objemov˘m prÛtokomûrem a mûfiiãem hustoty. Hustota se buì mûfiila pfiímo (Obrázek 5-1 A), nebo byla vypoãítávána
na základû údajÛ, poskytovan˘ch pfievodníky/vysílaãi teploty a tlaku technologické tekutiny. Tato mûfiení nebyla pfiíli‰ pfiesná, protoÏe vztah mezi tlakem
nebo teplotou technologické tekutiny
a její hustotou nebyl vÏdy pfiesnû znám˘
- kaÏd˘ snímaã také pfiispívá k celkové
chybû mûfiení svojí vlastní chybou, a také rychlost získání v˘sledkÛ pomocí ta-
technologická
tekutina
tím, Ïe tekutinu urychlovalo na konstantní úhlovou rychlost. âím vût‰í byla
hustota tekutiny, tím vût‰í úhlov˘ moment bylo nutno pro její urychlení na tuto konstantní úhlovou rychlost vynaloÏit.
Za pohánûn˘m obûÏn˘m kolem se nacházela nerotující, na perech uchycená,
turbína, na kterou tekutina s touto hybností pÛsobila. V˘sledn˘ kroutící moment (kroutící moment pera) ukazoval
hodnotu hmotnostního prÛtoku.
V‰echny tyto mûfiiãe mûly pohybující
se díly a jejich mechanické fie‰ení bylo
sloÏité. PÛvodnû byly vyvinuty pro mûfiení prÛtoku paliva pro letadla, nûkteré
se stále pouÏívají. Vzhledem ke sloÏitosti jejich funkãního principu a vzhledem k vysok˘m nákladÛm na jejich
údrÏbu jsou v‰ak postupnû nahrazovány robustnûj‰ími a na údrÏbu ménû nároãn˘mi prÛtokomûry.
Hmotnostní prÛtok lze rovnûÏ mûfiit
váÏením dávek tekutiny nebo tak, Ïe se
kombinuje pfiesn˘ snímaã v˘‰ky hladiny
budící cívka
magnetického pole
je vût‰í o hydrostatickou v˘‰ku danou
kapalinou a pevn˘m rozdílem v˘‰ek tlakomûrÛ. Diference obou tlakÛ poskytuje
údaj o hustotû materiálu v nádobû. Takovéto systémy se pouÏívají pro mûfiení
celkového hmotnostního prÛtoku kalÛ.
Hmotnostní průtokoměry na
principu Coriolisova zrychlení
Francouzsk˘ inÏen˘r G. G. Coriolis si
jako první v‰iml, Ïe tûlesa která se pohybují po zemském povrchu se v dÛsledku rotace planety, Zemû rotuje ze
západu na v˘chod, stáãejí stranou. Na
severní polokouli se odchylují od smûru
pÛvodního pohybu doprava, na jiÏní
polokouli se odchylují od smûru pÛvodního pohybu doleva. Tento pohyb hraje hlavní roli jak u pfiílivu a odlivu, tak
pfii v˘voji poãasí na Zemi.
ProtoÏe bod na rovníku vykoná za jeden den vût‰í kruhovou dráhu neÏ bod
prÛtoãn˘ prostor v obûÏném kole
Y
pero
elektroda
zdroj záfiení
detektor záfiení
gamma
budící
cívka
magnetické
magnetického pole
pole
A) mûfiiã mûfiící hustotu záfiení pro‰lou detektoru
záfiení magnetick˘m polem
Y
motor
obûÏné kolo
s konstantní rychlostí
fiez Y-Y
turbína
B) mûfiiã mûfiící kroutící moment
Obrázek 5.1: Tradiãní hmotnostní prÛtokomûr
kov˘chto v˘poãtÛ je obvykle pro detekci
skokov˘ch zmûn prÛtoku nedostateãná.
Jedna z prvních konstrukcí uceleného
hmotnostního prÛtokomûru pracovala
tak, Ïe pro svoji ãinnost vyuÏívala moment hybnosti tekutiny (Obrázek 5-1 B).
Mûla motorem pohánûné obûÏné kolo,
které tekutinû dodávalo úhlov˘ moment
58
âíslo 4
s hustomûrem. Jinou metodou je umístûní dvou pfievodníkÛ diferenãního tlaku
do rÛzn˘ch v˘‰ek ve spodní ãásti nádoby. Nádoba je otevfiená do ovzdu‰í.
V tomto pfiípadû se v˘stupní signál
z vy‰‰ího diferenãního tlakomûru mûní
s v˘‰kou hladiny v nádobû, zatímco
údaj z niÏ‰ího diferenãního tlakomûru
leÏící v blíÏe k pólÛm, odchyluje se tûleso, pohybující se smûrem k nûkterému
ze zemsk˘ch pólÛ, smûrem na v˘chod,
protoÏe si pfii prÛchodu po stále pomaleji se otáãejícím zemském povrchu ponechává svou vût‰í obvodovou rychlost
(ve v˘chodním smûru). Tento jev je znáZPRAVODAJ
5
m˘ pod názvem Coriolisovo zrychlení.
První prÛmyslov˘ patent vyuÏívající
Coriolisova jevu je datován rokem
1950 a první prÛtokomûry pro mûfiení
hmotnostního prÛtoku, hmotnostní prÛtokomûry, na principu Coriolisova
zrychlení, Coriolisovy prÛtokomûry, byly postavené v sedmdesát˘ch letech minulého století. Tyto prÛtokomûry tekoucí tekutinû umûle Coriolisovo zrychlení
dodávají a hmotnostní prÛtok mûfií mû-
které je na dostfiedivé zrychlení kolmé.
ar (dostfiedivé) = v2 r
aC (Coriolisovo) = 2 v w
Aby byl hmotnostní element dm tekutiny urychlovan˘ Coriolisov˘m zrychlením aC, musí trubice generovat sílu rovnou souãinu dm aC. Hmotnostní element tekutiny pÛsobí na trubici stejnou
silou opaãného smûru,
aC
ar
v
B
x
dm
w
T
r
Obrázek 5-2: Princip funkce Coriolisova mûfiiãe
fiením v˘sledného úhlového momentu.
Pokud tekutina protéká trubicí a pokud na tekutinu pÛsobí Coriolisovo
zrychlení vyvolané mechanick˘m uvedením trubice do rotace, je velikost vychylující Coriolisovy síly, generované
v dÛsledku Coriolisova zrychlení sertvaãností tekutiny, závislá na velikosti
hmotnostního prÛtoku tekutiny. Rotuje-li
trubice kolem pevného bodu, pak tekutina, která proudí trubicí (smûrem ke
stfiedu rotace nebo smûrem od stfiedu
rotace) generuje svojí stervaãností sílu
kolmou na smûr proudûní a touto silou
na trubici pÛsobí.
Na Obrázku 5-2 je zobrazen˘ element (dm) postupující rychlostí (w) trubicí (T). Trubice rotuje kolem pevného
bodu (B), element dm se nachází ve
vzdálenosti polomûru rotace (r) od tohoto pevného bodu. Element se pohybuje s úhlovou rychlostí (v) a pÛsobí na
nûj zrychlení, které má dvû sloÏky: dostfiedivé zrychlení ar, smûfiující do stfiedu rotace B a Coriolisovo zrychlení aC,
ZPRAVODAJ
FC = dm aC = 2 dm v w
Má-li tedy proudící tekutina hustotu
r a proudí-li prÛfiezem A trubice konstantní rychlostí, bude v úseku trubice
o délce x pÛsobit na trubici Coriolisovou silou o velikosti
FC = 2 v w A x.
ProtoÏe hmotnostní prÛtok m (mass
flow) má velikost
m=wA
má Coriolisova síla FC hodnotu FC = 2
v m F x, odtud získáme v˘sledn˘ vztah
hmotnostní prÛtok = FC / (2 v x)
V˘‰e uveden˘ pfiíklad ukazuje, jak mÛÏeme, mûfiením Coriolisovy síly, kterou
pÛsobí proudící tekutina na rotující trubici, získat údaj o hmotnostním prÛtoku
PrÛtokomûry mûfiící hmot. prÛtok
tekutiny. Rotující trubice není samozfiejmû pro konstrukci komerãních prÛtokomûrÛ vhodná, stejn˘ efekt mÛÏeme ale
získat pomocí kmitající nebo vibrující
trubice. Coriolisovy prÛtokomûry mohou mûfiit prÛtok trubicí pfii proudûní tekutiny v obou smûrech.
Ve vût‰inû pfiípadÛ je trubice ve dvou
bodech ukotvena a mezi tûmito zakotveními vibruje.
Na takovouto konfiguraci lze pohlíÏet jako na sestavu pruÏiny a setrvaãné
hmoty. Jakmile je jednou tato sestava
uvedena do pohybu, kmitá na svojí
vlastní resonanãní frekvenci, která je
závislá na hmotnosti sestavy. Vlastní resonanãní frekvence se volí proto, protoÏe pfii ní je pro udrÏení zaplnûné trubice v ustáleném kmitavém pohybu zapotfiebí nejmen‰í pÛsobící budící síla.
• Konstrukce trubice
Trubice mÛÏe b˘t zahnutá nebo pfiímá,
nûkteré konstrukce mohou mít také,
jsou-li trubice instalovány ve vertikálním smûru, pfiirozené odvodnûní (Obrázek 5-3). Pokud je konstrukce provedena pomocí dvou paralelních trubic,
je proud tekutiny v blízkosti vstupu mûfiiãe rozdûlen do dvou proudÛ rozdûlovaãem proudu. Pokud konstrukce mûfiiãe sestává z jedné trubice (nebo ze
dvou trubic zapojen˘ch sériovû), pak
se proud tekutiny v mûfiiãi nedûlí.
Ve v‰ech pfiípadech jsou trubice
rozkmitávány pohonem. Tyto pohony
sestávají z cívky, spojené s jednou trubicí a magnetem spojen˘m se druhou
trubicí. Na cívku je z generátoru pfiiveden˘ stfiídav˘ proud, kter˘ zpÛsobuje,
Ïe je magnet stfiídavû cívkou pfiitahován a odpuzován, ãímÏ na trubice pÛsobí síla, která je stfiídavû k sobû pfiibliÏuje a od sebe vzdaluje. Snímaãem lze
mûfiit polohu trubic, jejich rychlost nebo
jejich zrychlení. Pokud se pouÏívají
elektromagnetické snímaãe, mûní magnet a cívky snímaãe pfii kmitání trubic
svoji vzájemnou polohu, ãímÏ v cívce
dochází ke zmûnám magnetického pole. Sinusov˘ signál na v˘stupu cívky snímaãe proto sleduje pohyb trubic.
âíslo 4
59
5
Hmotnost trubice je známá a je konstantní. Hmotnost tekutiny je daná souãinem její hustoty r a jejího objemu
(kter˘ je rovnûÏ znám˘ a je konstantní).
Frekvenci vibrací lze proto vztáhnout
k hustotû r technologické tekutiny. Tuto
hustotu lze proto urãit na základû mûfiení resonanãní frekvence vibrujících
trubic. (Poznamenejme, Ïe hustotu lze
mûfiit, pokud jsou trubice zaplnûné tekutinou a pokud vibrují, i pfii nulovém
prÛtoku tekutiny.)
Síla stûny trubice se konstrukce od
konstrukce v˘znamnû li‰í. I nejrobustnûj‰í trubice jsou ale slab‰í, neÏ je provoz-
Pokud trubicemi tekutina neproudí,
potom, u konstrukce se dvûma trubicemi (Obrázek 5-3 A), jejich vibrace, vyvolané pohonem s cívkou a magnetem,
vedou ke stejn˘m v˘chylkám dvou mûfiících bodÛ (B1 a B2). Pokud trubicem
tekutina proudí, zpÛsobují Coriolisovy
síly dal‰í torzní kmity vzhledem k rovinû smyãky, které vedou k malé vzájemné fázové odchylce v pohybu trubic.
V mûfiících bodech je tato fázová odchylka mûfiena. Odchylka v pohybu
trubic vzniká pouze tehdy, je-li osová
rychlost tekutiny proudící trubicemi nenulová a jsou-li trubice vibrující. Vibra-
detektor
prÛtoku
(B2)
exotick˘ch, materiálÛ. Del‰í Ïivotnost
mûfiiãe lze získat volbou pfiístroje, kter˘
má, zároveÀ s poÏadovanou pfiesností
a rozsahem, trubice se silnûj‰í stûnou
a u kterého je men‰í rychlost proudûní.
Coriolisovy mûfiiãe mÛÏe b˘t nutné
vyrábût z neobvykl˘ch materiálÛ z dÛvodÛ koroze a také proto, aby se pfiede‰lo dÛlkové korozi. Pro potubí pfiepravující technologickou tekutinu lze
ãasto pouÏít uhlíkovou ocel nebo nerezavûjící ocel, protoÏe malá dÛlková koroze je zde pfiípustná. V pfiípadû
Coriolisov˘ch mûfiiãÛ nelze povolit
dÛlkovou korozi ani v malém rozsahu,
vnitfiní
rám
buzení trubice
dynamická
protiváha
prÛtoãná
trubice
budící
pohon (A)
detektor
prÛtoku
(B1)
Fi = setrvaãnãná síla
Fd = budící síla
No Flow
Fd
No Flow
Fd
Fd
Flow
Fi
Fd
elektrodynamické
snímaãe
prÛtoãná trubice
Flow
Fi
Fd
sekundární
kontejnment
v=0
Fd
Fi
dusík
Fe
v>0
Fi
v
v
Fi
A)
Fd
Fi
Fi
Fd
Fi
Fe
B)
Obrázek 5-3: Varianta Coriolisova mûfiiãe se dvûma trubicemi a varianta s pfiímou trubicí
ce trubic pfii nulovém prÛtoku, nebo nenulov˘ prÛtok bez pfiítomnosti vynucen˘ch vibrací trubice, nevedou ke vzniku
nenulového v˘stupního signálu mûfiiãe.
Vlastní rezonanãní frekvence trubkové struktury je závislá na její geometrii,
na materiálu ze kterého je vyrobena
a na hmotnosti sestavy (hmotnost trubice plus hmotnost tekutiny v trubici).
60
âíslo 4
ní technologické potrubí. Navíc, nûkteré
konstrukce pouÏívají trubice s mal˘mi
prÛmûry, ãímÏ se velice zvût‰uje rychlost
proudûní tekutiny (z 5 stop/s aÏ
10 stop/s na více neÏ 25 stop/s). Konstrukce s tenk˘mi stûnami a velk˘mi
rychlostmi proudûní (tj. s trubicemi
s mal˘mi prÛmûry) mohou vzhledem
k erozi vyÏadovat aplikaci neobvykl˘ch,
protoÏe stûny trubic jsou tenké a dÛlková koroze zpÛsobuje ve vlastní trubici
koncentraci mechanického namáhání.
Z tohoto dÛvodu nejsou bûÏné tabulky
popisující pÛsobení koroze (zaloÏené
na kritériu úbytku hmotnosti) pro v˘bûr
materiálu pro Coriolisovy trubice vhodné. Je tfieba pouÏít pfiísnûj‰í direktivy
v˘robce materiálu.
ZPRAVODAJ
5
• Konstrukce vysílače
Pfievodníky/vysílaãe, zde dále vysílaãe,
mohou pracovat buì se stfiídav˘m nebo
stejnosmûrn˘m napájením a vyÏadují
pro svoje napájení a pro svÛj v˘stupní
signál zvlá‰tní vedení. Vysílaã Coriolisova prÛtokomûru mÛÏe b˘t integrován
se snímaãem nebo mÛÏe b˘t umístûn
externû (Obrázek 5-4). Vysílaã fiídí práci pohonu a zpracovává a vysílá signály získané ze snímaãÛ. PfiizpÛsobení vysílaãe konkrétní prÛtoãné trubici je dáno
hodnotou kalibraãního koeficientu (K),
uloÏenou v pamûti vysílaãe. Tento kalibraãní koeficient definuje, pro dynamickou tuhost pruÏiny, pruÏina je tvofiená
konkrétními vibrujícími trubicemi, konstantu úmûrnosti mezi Coriolisovou silou a hmotnostním prÛtokem.
Vysílaã provádí více ãinností neÏ je
jen pfievod ze snímaãÛ pfiicházejících
vstupních signálÛ na normalizované
v˘stupní signály. Vût‰ina vysílaãÛ také
nabízí více v˘stupních signálÛ, vãetnû
údajÛ o hmotnostním prÛtoku, celkovém proteklém hmotnostním mnoÏství,
hustotû, a teplotû tekutiny. Vysílaãe mají jak analogové, tak ãíslicové v˘stupy,
inteligentní vysílaãe mohou generovat
ãíslicové v˘stupy slouÏící pro jejich integraci do systémÛ ãíslicového fiízení
DCS (digital control system).
Vysílaãe jsou ãasto vybaveny lokálním displejem a klávesnicí, umoÏÀujícími snadn˘ pfiístup k technologick˘m
provozním údajÛm. Coriolisovy vysílaãe poskytují více sluÏeb neÏ je pouze
poskytování informací o hodnotû prÛtoku a s tím spojen˘ch pomocn˘ch funkcí. K dispozici jsou také funkce pro regulaci dávek, pro monitorování procenta Brix nebo procenta HFCS, urãení
viskosity, procenta pevn˘ch ãástic, hodnoty mûrné váhy urãené podle smûrnice API, hodnoty mûrné váhy. Realizují
i funkci PID. Pokud se poÏadují údaje
o hodnotû viskozity, je tfieba mûfiit pokles tlaku tekutiny na mûfiiãi. Pro vyuÏití jin˘ch moÏností mÛÏe b˘t nutné do
pamûti vysílaãe pfiedem vloÏit urãité
údaje. Navíc, vysílaãe mají dal‰í hadwareové a softwareové alternativy, kteZPRAVODAJ
ré uÏivateli umoÏÀují jejich pfiizpÛsobení pro danou aplikaci.
• Vývoj Coriolisových měřičů
V první generaci Coriolisov˘ch mûfiiãÛ
pfiístroj sestával z jedné ohnuté tenkos-
Tato fie‰ení sniÏovala externí ru‰ení
vibrací sniÏovala, zmen‰ovala v˘kon
nutn˘ pro udrÏení trubic v kmitavém
vibraãním pohybu a minimalizovala
vibraãní v˘kon, kter˘ ze struktury trubic
vystupoval. Pro zahájení a udrÏení vibrace trubic byl pouÏit˘ jeden pohon,
KONFIGURACE Mù¤IâE
• jednotky hmotnosti,
objemu, ãasové základny
• konstanty mûfiiãe
• konfigurace v˘stupÛ
• velikost v˘stupÛ
• konfigurace vstupÛ
Mù¤ENÉ HODNOTY PRÒTOKU
• hmotnostní prÛtok
• celk. protek. hmot. mnoÏství
• objemov˘ prÛtok
• celk. protek. objem. mnoÏství
• hustota
• teplota
• procento pevn˘ch ãástic
• hmotnostní prÛtok
pevn˘ch ãástic
• celk. mnoÏství pevn˘ch ãástic
DIAGNOSTIKA
& SIMULACE
KONFIGUROVATELNÉ
VSTUPY/V¯STUPY
ANALOGOVÉ & FREKVENâNÍ
V¯STUPY
RS-485/422
KONTAKTNÍ VSTUPY
V¯STUPNÍ ALARMY
• pfiipravenost
k regulaci dávek
• alarmy pfii dosaÏení
horních/dolních mezí:
• prÛtok
• celk. protek. mnoÏ.
• hustota
• teplota
• % pevn˘ch látek
• smûr toku
• alarm pfii poru‰e
ZAJI·TùNÍ KLÁVESNICE
FUNKâNÍ POVELY
• celkov˘ reset
• kalib. pro nulov˘ prÛtok
• zpÛsob zobrazení
• nulování alarmu
• zastavení mûfiení (stop)
• zahájení mûfiení (start)
DVOUHODNOTOVÉ V¯STUPY
Obrázek 5-4: Vysílaã Coriolisova prÛtokomûru, vybaven˘ klávesnicí a displejem
tûnné trubice, ve které se dosahovalo
velké rychlosti proudûní tekutiny men‰ím prÛfiezem trubice oproti pÛfiezu
provozního potrubí s technologickou
tekutinou. Mûfiilo se vych˘lení trubice
vzhledem k urãitému pevnému bodu
nebo vzhledem k pevné rovinû. Trubice
byly buzeny tak, aby nejvût‰í ohybové
síly vznikaly v bodech, kde byly ukotveny. To mûlo za následek fiadu potíÏí
spojen˘ch s vibracemi, které byly zmírnûny konstrukcí se dvûma trubicemi
(Obrázek 5-3 A).
pro detekci Coriolisov˘ch v˘chylek byly
pouÏity dva snímaãe. I kdyÏ tato konstrukce velice provedení mûfiiãe zlep‰ovala, kombinace daná zmen‰ením prÛtoãného prÛfiezu, tenkostûnn˘mi trubkami a velk˘mi rychlostmi proudûní (aÏ
50 stop/s) mûla stále za následek dûtské nemoci a chyby pfiístroje, vãetnû
potenciální moÏnosti katastrofického
rozlití tekutiny v pfiípadû, Ïe byl mûfiiã
pouÏit˘ pro mûfiení korozivních a erozivních tekutin. Navíc byla velká trvalá
tlaková ztráta na pfiístroji (nûkdy více
âíslo 4
61
5
neÏ 50 psid) a pfiesnost pfiístroje nebyla dostateãnû vysoká, aby umoÏnila
uÏivateli pfievést v˘robní procesy pracující s dávkami na nepfietrÏité kontinu-
‰ích neÏ 12 psid). Lze je instalovat v libovolném smûru a mají pfii nasazení
pro mûfiení prÛtoku kalÛ, viskozních,
korozivních, nebo erozivních tekutin
• Přesnost & poměrové rozpětí
rozsahu
Coriolisovy mûfiiãe mûfií hmotnostní
B) konstrukce s podpûrn˘m blokem a vícenásobm˘m snímaãem
A) konstrukce s torsním namáháním
Obrázek 5-5: Vylep‰ené konstrukce Coriolisov˘ch mûfiiãÛ
ální procesy.
Novûj‰í vylep‰ení konstrukce zahrnují zavedení velkého poãtu nov˘ch
tvarÛ trubice, vãetnû tvarÛ, u kter˘ch se
proudíci tekutina nerozdûluje (Obrázek
5-3 B), a fie‰ení, ve kter˘ch je pouÏito
více pohonÛ (Obrázek 5-5 A). K vylep‰ení kvality provedení pfiístroje pfiispûly
také trubice se silnou stûnou (pûtkrát silnûj‰í neÏ byla stûna u prvních konstrukcí), pouÏití trubic se stejn˘m vnitfiním
prÛmûrem jako má technologické potrubí, masívní oddûlovací potrubí, slouÏící pro isolaci struktury trubic od vlivu
namáhání zaná‰en˘ch jejich pfiipojením na potrubí a zapouzdfiení trubic,
které je zdvojené jako dvojitá nádoba
kontejnmentu.
U nûkter˘ch konstrukcí je ohyb trubic
nahrazen jejich torsním namáháním,
zabraÀuje se tím koncentraci mechanického napûtí, které mÛÏe vést
k prasknutí trubice (Obrázek 5-5 B).
U jin˘ch konstrukcí je vliv vibrací potrubí minimalizován umístûním trubicové
soustavy ve smûru kolmém na potrubí.
Tato vylep‰ení vedla ke zv˘‰ení poãtu
dodavatelÛ a pfiispûla k v˘voji nové generace Coriolisov˘ch mûfiiãÛ, které jsou
stejnû spolehlivé a stejnû robustní jako
tradiãní objemové prÛtokomûry. Nová
fie‰ení pracují pfii men‰ích rychlostech
proudûní tekutiny (men‰ích neÏ
10 stop/s) a pfii niÏ‰ích tlacích (men62
âíslo 4
vût‰í Ïivotnost. Trubice jsou rozkmitávány tak, Ïe zdaleka nedosahují své meze únavy, v typickém provedení jsou
zhotoveny z nerezavûjící oceli, slitiny
Hastelloy, nebo z titanu.
• Rušení
Coriolisovy síly mají na vibrující trubici
mal˘ vliv. PrÛtok o velikosti plného rozsahu pfiístroje mÛÏe zpÛsobit její v˘chylku o velikosti pouze 0.001 palce.
Aby se získalo pomûrové rozpûtí rozsahu 100:1, musí b˘t snímaã schopen
zmûfiit, v prÛmyslovém prostfiedí, kde
se mûní jak tlak technologické tekutiny,
tak její teplota a hustota, a kde je mûfiení ru‰eno vybracemi provozního potrubí, v˘chylku 0.000001 palce.
PruÏnost kovov˘ch trubic se mûní
s teplotou, se zvy‰ující se teplotou se
stávají pruÏnûj‰í. Aby se této skuteãnosti odpovídající chyba mûfiení odstranila, mûfií se spojitû teplota trubice
odporov˘m teplomûrem, její hodnota je
pouÏita pro spojitou korekci mûfiení
prÛtoku na pruÏnost trubice.
Coriolisovy hmotnostní prÛtokomûry
se obvykle kalibrují na vodu, protoÏe
kalibraãní konstanty jsou platné i pro jiné kapaliny. Kalibrace na hustotu se
obvykle provádí naplnûním trubic jednou nebo více (neproudícími) kalibraãními tekutinami o znám˘ch hustotách.
prÛtok s pfiesností 0.1 % aÏ 2 % v pomûrovém rozpûtí rozsahu aÏ 100:1.
Konstrukce se zahnut˘mi trubicemi mají obecnû vût‰í rozpûtí rozsahu (od
100:1 do 200:1) neÏ mûfiiãe s pfiím˘mi
trubicemi, které jsou omezeny rozpûtím
rozsahu od 30:1 do 50:1. Také pfiesnost mûfiiãÛ s pfiím˘mi trubicemi je
men‰í. Celková nepfiesnost pfiístroje je
dána kompozicí základní nepfiesnosti
mûfiení a chyby, vzniklé posunem nuly
pfiístroje, coÏ je chyba, kterou nese nesprávn˘ nenulov˘ v˘stupní signál, generovan˘ pfii nulové hodnotû mûfieného
prÛtoku. Chyba daná posunem nuly
pfiístroje se ve spodní ãásti rozsahu pfiístroje stává hlavní ãástí celkové chyby,
velikost chyby zde leÏí mezi 1 % aÏ
2 % z mûfiené hodnoty. Nûktefií v˘robci
udávají celkovou chybu v procentech
mûfiené hodnoty prÛtoku pro prÛtoky
o hodnotách leÏících v horní ãásti rozsahu mûfiiãe a jako procento z rozpûtí
rozsahu pro prÛtoky, leÏící v dolní ãásti rozsahu mûfiiãe. Jiní v˘robci udávají
nepfiesnost tak, Ïe udávají základní
chybu v procentech mûfiené hodnoty
prÛtoku, plus chybu, zpÛsobenou posunem nuly mûfiiãe. Existuje zde velké
mnoÏství „specialit“ a kaÏd˘ si musí,
porovnává-li rÛzná zafiízení, prodejní
dokumentaci dobfie prostudovat.
Pfii pouÏití Coriolisov˘ch mûfiiãÛ pro
ZPRAVODAJ
5
mûfiení hustoty tekutiny je typick˘ rozsah, ve kterém se pohybuje chyba mûfiení, dán mezemi 0.0005 g/cm3 aÏ
0.002 g/cm3.
Chyby jsou zpÛsobovány také kapsami vzduchu nebo plynu v technologické tekutinû. V pfiípadû homogenní
disperze mal˘ch bublinek je pro udrÏení vibrace trubic zapotfiebí vût‰ího v˘konu. Pfii oddûlování plynu od kapaliny
roste jeho tlumící pÛsobení na vibrace
(a následkem toho roste chyba mûfiení).
·um je také zpÛsobovan˘ mal˘mi
prázdn˘mi dutinami, protoÏe uvnitfi
technologické tekutiny v trubici pak dochází k prudkému stfiíkání vody. Velké
dutiny mohou zv˘‰it energii potfiebnou
pro udrÏení vibrace trubic na pfiíli‰ vysokou hladinu a mohou zpÛsobit celkovou poruchu pfiístroje.
ProtoÏe je prÛtoãná trubice pfiístroje
pfii mûfiení prÛtoku namáhána osovou,
Zmûny v hustotû technologické tekutiny mohou ovlivnit kmitoãtov˘ pfienos
mechanick˘ch systémÛ, ãímÏ u star‰ích
fie‰ení vzniká nutnost provádût, aby se
zabránilo sníÏení jejich kvality, opakované nastavování nuly mûfiiãe. Novûj‰í
konstrukce mûfiiãe nejsou, v dÛsledku
uspofiádání a konfigurace jejich trubic,
zmûnami hustoty, ve velkém rozsahu
zmûn mûrné váhy tekutiny, ovlivÀovány.
• Dimenzování a pokles tlaku
Vzhledem k velkému pomûrovému rozpûtí rozsahu Coriolisov˘ch prÛtokomûrÛ (od 30:1 aÏ do vysokého rozpûtí
200:1) lze tent˘Ï prÛtok mûfiit trubicí,
vybranou ze dvou nebo tfiech nabízen˘ch rozmûrÛ prÛtoãné trubice. Volbou
nejmen‰ího moÏného mûfiiãe se sniÏují
poãáteãní náklady na pofiízení mûfiiãe,
dochází také k men‰ímu narÛstání povlakÛ v mûfiiãi. ZároveÀ se ale zvût‰uje
pfiíruby
‰ipka
ukazující
smûr toku
spoj potrubí s prÛtoãnou trubicí
POZNÁMKA:
Vzdálenost mezi napojením
potrubí na prÛtoãnou
trubicí a podpûrou
nesmí b˘t vût‰í
neÏ 15 palcÛ
‰ipka
ukazující smûr toku
A) horizontální, vodorovná, instalace
'U' - podpûra
C) podepfiení a uchycení mûfiiãe
pfiípustné, pokud je potrubí pfiedimenzované a pokud je technologická tekutina ãistá a má malou viskozitu. Pfii mûfiení korozivních, viskozních, nebo abrazivních kalÛ se nízké dimenzování nedoporuãuje. Seznam pfiípustn˘ch rozmûrÛ prÛtoãn˘ch trubic a jim odpovídající poklesy tlaku, údaje o nepfiesnosti
a rychlosti prÛtoku lze získat promocí
software, které poskytuje v˘robce pfiístoje.
Rozdílné Coriolisovy mûfiiãe zaná‰ejí do systému rozdílné poklesy tlaku,
obecnû ale pro svoji ãinnost vyÏadují
vût‰í pokles tlaku neÏ tradiãní mûfiiãe
objemového prÛtoku, které obvykle
pracují s men‰ím poklesem tlaku neÏ
10 psid. (PrÛmûrné roãní náklady na
ãerpání jednoho galonu tekutiny za minutu do tlaku vy‰‰ího o 10 psid je pfiibliÏnû 55 USD.) Tato vy‰‰í tlaková ztráta je dÛsledkem men‰ího prÛmûru prÛtoãné trubice a klikaté cesty, po které
podpûra
(obvyklá montáÏ)
skfiíÀ hmotnostního prÛtokomûru
skfiíÀ hmotnostního
prÛtokomûru
podpûra
'V' - podpûra
'V' svorka se ‰rouby
a maticemi
POZNÁMKA:
Vzdálenost mezi napojením
potrubí na prÛtoãnou trubicí a podpûrou
nesmí b˘t vût‰í neÏ 15 palcÛ
B) vertikální, svislá, instalace
obrácená závûsná
potrubní svorka
'V' podloÏka
se svorkou (lze obrátit)
Obrázek 5-6: Varianty instalace Coriolisova mûfiiãe
ohybovou a krouticí silou, mohou b˘t,
mûní-li se tyto síly v dÛsledku zmûn teploty technologické tekutiny nebo teploty
okolí, nebo mûní-i se v dÛsledku kolísání tlaku, parametry a kvalita mûfiiãe, tûmito zmûnami ovlivnûny a mÛÏe b˘t
nutné u mûfiiãe znovu nastavit nulu.
ZPRAVODAJ
opotfiebení mûfiiãe korozí a erozí. Roste také tlaková ztráta na mûfiiãi, ãímÏ se
zvût‰ují náklady na ãerpání tekutiny
a náklady na provoz zafiízení.
Nízké dimenzování mûfiiãe (pouÏití
mûfiiãe kter˘ je men‰í neÏ je potrubí) je
tekutina proudí. Kromû toho, Ïe rostou
náklady na ãerpání tekutiny, mÛÏe b˘t
tlaková ztráta závaÏná v pfiípadû, Ïe je
mûfiiã instalovan˘ v nízkotlakém systému, v pfiípadû, Ïe je zde moÏnost vzniku kavitace nebo boufilivého varu kapaliny, nebo v pfiípadû, Ïe má tekutina
âíslo 4
63
5
velmi vysokou viskozitu.
Viskozita tekutin které nejsou newtonovské je závislá na rychlosti jejich
proudûní. U nûkter˘ch tekutin (dilettante fluids) se, napfiíklad, pfii zvût‰ení
rychlosti proudûní jejich zdánlivá, dynamická, viskozita (odpor proti proudûní) zvût‰uje. Tato zdánlivá viskozita
s vlastním odvodnûním, které splÀují
poÏadavky na uzavfiené ãisté prostfiedí.
Vût‰ina mûfiiãÛ je vybavena obvody,
nacházejícími se mezi trubicí a vysílaãem,
které jsou zhotoveny v provedení s vnitfiní
bezpeãností. Hodnota budícího v˘konu,
kter˘m mÛÏe b˘t do mûfiiãe dodáván pro
buzení trubice, je proto omezená.
A) odvzdu‰Àovací potrubí je uzavfiené
300 000 centipoise. Takovéto vysoce
viskozní kapaliny mohou obsahovat aÏ
20 % homogennû, v mal˘ch bublinkách, dispergovaného, rozpt˘leného,
plynu. Plyn obsaÏen˘ v tekutinách které
mají malou viskozitu, napfiíklad v mléku, se oddûluje jiÏ pfii pouze jednoprocentní koncentraci.
B) odvzdu‰Àovací potrubí je otevfiené
odluãovaã vzduchu
zpûtn˘
ventil
nádrÏ
ãerpadlo
obousmûrn˘ tok
ventil
C) typická instalace
dodávka
tekutiny
mûfiiã
ventil pro
vytvofiení protitlaku
vypou‰tûní tekutiny
ventil
zpûtn˘ ventil
Obrázek 5-7: Odluãovaã vzduchu, umístûn˘ pfied mûfiiãem
mÛÏe b˘t mnohem vy‰‰í, neÏ viskozita
jakou mají v klidu. PfiibliÏné hodnoty
udávající viskozitu tekutiny proudící
konkrétním potrubím lze dodavateli
mûfiiãe poskytnout na základû znalosti
tlakové ztráty na jednu stopu délky potrubí (tento údaj je potfiebn˘ pfii dimenzování ãerpadla).
• Aplikace & jejich omezení
Coriolisovy mûfiiãe lze pouÏít pro mûfiení prÛtoku v‰ech kapalin vãetnû newtonovsk˘ch a nenewtonovsk˘ch, stejnû
tak je lze pouÏít pro mûfiení plynÛ které
mají malou hustotu. Pro aplikaci v provozech, které jsou nároãné z hlediska
hygieny, jsou k dispozici konstrukce
64
âíslo 4
Je-li tekutina vykládaná z nádrÏí na
nákladních automobilech, z cisteren,
nebo z Ïelezniãních cisteren, mÛÏe dojít ke zpûnûnému toku, kter˘ mÛÏe zpÛsobit, Ïe má v˘stup z mûfiiãe neoãekávanou hodnotu. Pokud je vysílaã vybaven funkcí pro zotavení po zpûnûném
prÛtoku, zastaví v okamÏiku, kdy je na
základû pfiíli‰ velkého v˘konu nutného
pro buzení trubice, nebo na základû
mûfiení poklesu hustoty tekutiny (dojde
zmen‰ení amplitudy v˘stupu snímaãe)
zpûnûn˘ prÛtok detekován, mûfiení.
MnoÏství vzduchu obsaÏeného
v technologické tekutinû, které je pro
mûfiiã pfiijatelné, se mûní s viskozitou
tekutiny. Coriolisov˘mi prÛtokomûry lze
mûfiit prÛtoky kapalin s viskozitou aÏ
Cena stfiednû velkého (men‰ího neÏ
2 palce) Coriolisova prÛtokomûru leÏí
mezi 4000 USD a 5000 USD. V aplikacích, kde pfiesnost mûfiení vede ke
sníÏení v˘robních nákladÛ (dávkování,
úãtování), nebo kde by byla potfiebná
dal‰í mûfiení (vãetnû mûfiení hustoty, teploty, tlaku), je doba návratnosti nákladÛ
na pofiízení tûchto hmotnostních prÛtokomûrÛ krátká. Na druhé stranû, pouÏijí li se v jednoduch˘ch aplikacích mûfiení prÛtoku, kde postaãují snímaãe mûfiící objemov˘ prÛtok a kde je opakovatelnost mûfiení dÛleÏitûj‰í neÏ pfiesnost
mûfiení, nemusí ve srovnání s levnûj‰ími
moÏnostmi uspût. VyuÏitím moÏnosti urãit jedin˘m mûfiícím pfiístrojem celkové
dodané mnoÏství, prÛtok pevn˘ch ãásZPRAVODAJ
5
tic, procento pevn˘ch ãástic a viskozitu
se sniÏují celkové náklady na mûfiení,
zkvalitÀuje se fiízení pocesu a získává
se redundandní informace k údajÛm
z ostatních mûfiících pfiístrojÛ.
V aplikacích mûfiení prÛtoku kalÛ
a jin˘ch vícefázov˘ch, vícesloÏkov˘ch,
tekutin se dává pfiednost mûfiiãÛm konstruovan˘m se spojitou, nedûlenou, trubicí. U mûfiiãÛ konstruovan˘ch s dûlenou trubicí je celkov˘ tok rozdûlen˘
v rozdûlovaãi proudu. V˘sledné dva
proudy nemusí mít, aby se dodrÏela
pfiesnost pfiístroje, pfiesnû stejn˘ objemov˘ prÛtok (je ale tfieba, aby v nich
byla tekutina o stejné hustotû). RÛznou
hustotou tekutiny ve dvou paralelních
trubicích se systém rozvaÏuje a vzniká
chyba mûfiení. Je-li proto v proudu tekutiny sekundární fáze, nemusí b˘t jednoduch˘ rozdûlovaã proudu schopen
proud tekutiny mezi obû trubice rovnomûrnû rozdûlit.
PrÛtokomûrÛm s nedûlenou trubicí se
ní a snáze se ãistí.
Trubice v konstrukcích s pfiím˘mi trubicemi lze ãistit mechanicky, trubice
v konstrukcích se zahnut˘mi trubicemi
se obvykle vym˘vají ãistícími roztoky pfii
rychlostech pfiekraãujících 10 stop/s.
PrÛtokomûrÛm s pfiím˘mi trubicemi se
také dává pfiednost v aplikacích, které
jsou nároãné z hlediska hygieny, kde
jsou poÏadavky na vlastní odkalování,
odvodÀování, vypou‰tûní tekutiny.
Ne v‰echny skfiínû mûfiiãÛ jsou fie‰eny tak, aby v pfiípadû prasknutí trubice
udrÏely a nepropustily natlakovanou
technologickou tekutinu, zejména ne
tehdy, kdyÏ se tekutina za takov˘chto
podmínek vypafiuje. V takovémto pfiípadû lze objednat dal‰í, sekundární,
skfiíÀov˘ konteinment, kter˘ uzavírá celou prÛtoãnou trubici i s její skfiíní. Tyto
sekundární konteinmenty lze vybavit
kotouãov˘mi prÛtrÏn˘mi bezpeãnostními pojistkami, nebo bezpeãnostními
tlakov˘mi ventily, lze je vybavit také od-
ukazatel
teplotního
rozdílu
zeno velikostí Reynoldsova ãísla tekutiny. Mûfiiãe jsou rovnûÏ necitlivé na tvar
rychlostního profilu tekutiny a na vífiení
tekutiny. Nejsou zde proto Ïádné poÏadavky na usmûrÀovací pfiímé potrubí
pfied mûfiiãem a za mûfiiãem, úpravu
proudûní pfiím˘m potrubím není nutno
provádût.
Mûfiiã by mûl b˘t instalován tak, aby
byl trvale zaplnûn˘ kapalinou a tak, aby
nedocházelo k zachycování vzduchu
v trubicích. V aplikacích, které jsou nároãné z hlediska hygieny, musí b˘t moÏné mûfiiã zcela odvodnit. Nejvhodnûj‰í
je mûfiiã instalovat ve vertikálním potrubí s proudûním zdola nahoru (Obrázek
5-6 B), umístûní mûfiiãe do horizontálního potrubí je ale rovnûÏ pfiijatelné (Obrázek 5-6 A). Nedoporuãuje se mûfiiã
instalovat do vertikálního potrubí ve kterém tekutina proudí shora dolu.
Je-li mûfiiã s provozním technologick˘m potrubím správnû podepfien˘,
pak, u novûj‰ích konstrukcí Corioliso-
smûr toku
ukazatel
hmotnostního prÛtoku
vyloÏení
zdroj konstantního
pfiíkonu (q)
odporov˘
teplomûr
odporov˘
teplomûr
odporové
otopné tûleso
T1
snímaã teploty
trubice
pfied mûfiiãem
mûfií Tf
otopné tûleso
dodává pfiíkon
q
T2
A) mûfiiã s ponofien˘m otopn˘m tûlesem
snímaã teploty
trubice za
mûfiiãem mûfií Tw
B) mûfiiã s trubicí s vnûj‰ím ohfievem
Obrázek 5-8: Konstrukce tepelného hmotnostního prÛtokomûru
rovnûÏ dává pfiednost pfii mûfiení tekutin, které tvofií povlaky, nebo které mûfiiã ucpávají. Nedûlená trubice, je-li dimensována tak, aby jí pro‰ly nejvût‰í
v technologické tekutinû obsaÏené pevné ãástice, je ménû náchylná na ucpáZPRAVODAJ
kalovacími, odvodÀovacími, vypou‰tûcími, ventily.
• Doporučení pro instalaci
PouÏití Coriolisov˘ch mûfiiãÛ není ome-
v˘ch prÛtokomûrÛ, bûÏné vibrace potrubí kvalitu Coriolisov˘ch mûfiiãÛ neovlivÀují (Obrázek 5-6 C). NepoÏaduje
se Ïádné zvlá‰tní podepfiení nebo podloÏení prÛtoãné trubice, místo toho se
na kaÏdé stranû mûfiiãe umístí bûÏné
âíslo 4
65
5
pevné úchytné podpûry potrubí. Pokud
jsou v návodu na instalaci speciální
technické prostfiedky, úchyty nebo podpûry, poÏadovány, pak je dané konkrétní fie‰ení prÛtokomûru pravdûpodobnû na vibrace citlivé, a v˘robcem
mûfiiãe doporuãené tlumiãe pulzací,
pruÏné spojky a montáÏní a pfiíchytné
prvky je tfieba peãlivû nainstalovat.
Pokud Va‰e aplikace vyÏaduje instalovat v sérii dva Coriolisovy prÛtokomûry, nebo pokud vyÏaduje umístit dva
Coriolisovy mûfiiãe blízko sebe, mûli
byste, abyste pfiede‰li vzájemnému
ovlivÀování se tûchto dvou jednotek,
konzultovat problém s jejich v˘robcem.
Pokud se v technologické tekutinû
mohou nacházet bublinky vzduchu,
doporuãuje se instalovat pfied mûfiiãem
odvzdu‰Àovací zafiízení. Mezi charakteristické rysy systému, které mohou
zpÛsobovat Ïe je v tekutinû pfiítomn˘
vzduch (uvedené jevy lze ãasto vylouãit
vnûj‰í tûsnûní na sací stranû ãerpadla, ve kterém se vytváfií velk˘ podtlak, vysoké vakuum (tato situace
mÛÏe nastat pfii ãerpání tekutiny
z podzemního zásobníku),
• vypafiování nepohybující se technologické tekutiny v potrubích vystaven˘ch pfiímému sluneãnímu záfiení,
• existence velk˘ch poklesÛ tlaku na
ventilech, zpÛsobujících vypafiování
a boufiliv˘ var tekutiny,
• kaÏdé odvodÀování, vypou‰tûní, potrubí, neexistence zpûtn˘ch ventilÛ,
• povolení, aby byly nádrÏe zásobníkÛ,
automobilové cisterny, nebo Ïelezniãní cisterny, úplnû vyprazdÀovány,
• pouÏívání téhoÏ potrubí pro ãerpání,
v rÛzn˘ch dobách, rÛzn˘ch materiálÛ,
• povolení, aby se pfii vysok˘ch turbulencích tekutin ãerpan˘ch s velkou
rychlostí tvofiila pûna.
Doporuãuje se instalovat (pfied mûfiiãem) uklidÀovaãe proudûní, filtry, nebo
zachyceného vzduchu a pro jeho odstranûní vypu‰tûním. RÛstem a poklesem hladiny kapaliny v odluãovaãi zpÛsoben˘m nashromáÏdûním uvolnûného
vzduchu se uzavírá a otevírá vypou‰tûcí ventil a vzduch se vypou‰tí (Obrázek
5-7 A a B).
Dfiíve neÏ se mûfiiã nuluje, je nutno
v‰echen vzduch odstranit. MÛÏe se toho dosáhnout tak, Ïe se technologická
tekutina nechá mûfiiãem pfii rychlosti
2 stopy/s aÏ 6 stop/s po nûkolik minut
cirkulovat. Pfii dávkování tekutiny, nebo
jin˘ch aplikacích, kde je prÛtok tekutiny
pfieru‰ovan˘, by mûl zÛstávat mûfiiã naplnûn˘, aby ho nebylo nutno znovu ãistit. V‰echny mûfiiãe by mûly b˘t umístûny tak, aby je bylo moÏno nulovat ve
stavu, kdyÏ jsou zaplnûné tekutinou.
Pfii nulování mûfiiãe by mûla b˘t
v‰echna ãerpadla, pumpy, a ostatní
pfiipojená zafiízení v zapnutém stavu,
aby bylo moÏné vynulovat také ru‰iv˘
mûfiiã
teplota trubice
nulov˘
prÛtok
clona
v obtoku
clona v hlavním
potrubí
mal˘
prÛtok
TC-1
L/2
TC-2
0
L/2
délka trubice
A) obtokem protéká málo procent z celkového prÛtoku
B) teplotní profil
Obrázek 5-9: Konstrukce prÛtokomûru s obtokem
správn˘m fie‰ením stanice) patfií:
• pouÏívání téhoÏ potrubí jak pro plnûní, tak pro vyprazdÀování úloÏn˘ch nádrÏí,
• povolení vytvofiení víru v nádobách
míchaãÛ pfii nízké hladinû,
• umoÏnûní pfiisávání vzduchu pfies
66
âíslo 4
odluãovaãe vzduchu/par, potfiebné pro
odstranûní v‰ech neÏádoucích sekundárních fází tekutiny. Obrázek 5-7 C ukazuje jednu instalaci odluãovaãe vzduchu. Pracuje tak, Ïe zpomaluje rychlost
proudûní kapaliny, ãímÏ se získává ãas
pro oddûlení kapalinou strhávaného
signál, kter˘ zpÛsobují. Lze toho ve vût‰inû pfiípadÛ dosáhnout tak, Ïe se za
mûfiiãem umístí uzavírací ventil, a ãerpadlo se buì pustí do uzavfieného v˘toku, coÏ je u rotaãních ãerpadel po
krátk˘ ãasov˘ interval pfiípustné, nebo
tak, Ïe se, u dávkovacích ãerpadel, koZPRAVODAJ
5
lem ãerpadla otevfie obtok. Ventily které se pfii nulování mûfiiãe pouÏívají musí dokonale uzavírat, pfiednost se dává
ventilÛm se zdvojen˘m sedlem.
Mûfiiãe, u kter˘ch se pfiedpokládá,
Ïe budou kalibrovány in-line, zabudované do potrubí, musí b˘t vybaveny
snímaã teploty,
prÛmûr 0.125 palce
fiiãe (obvykle jiné Coriolisovy nebo turbínové mûfiiãe, kalibrované v laboratofii). PouÏívá-li se pfii kalibraci hmotnostního prÛtokomûru objemov˘ referenãní
normál, musí b˘t velmi precisnû urãena
hustota tekutiny.
Aby se u mûfiiãe zv˘‰il protitlak
snímaã rychlosti vzduchu,
prÛmûr 0.032 palce
jení obtoku), kter˘ potrubí zuÏuje.
Tepelné hmotnostní průtokoměry
Také tepelné hmotnostní prÛtokomûry
mûfií hmotnostní prÛtok plynÛ a kapalin
smûr toku, smûr
proudûní vzduchu
prÛmûr
0.25 palce
0.125 palce
0.938 palce
A) konfigurace sondy
0.125 palce
vstupní míchací síta
sonda pro odeãet sonda pro regulaci
prÛtoku (vytápûná) teplotního rozdílu
B) úprava Venturiho d˘zy
Obrázek 5-10: Tepeln˘ snímaã rychlosti
uzavírajícími ventily a ventily pro napojení obtoku tak, aby bylo moÏno,
bez pfieru‰ení technologického procesu, k mûfiiãi pfiipojit a od mûfiiãe odpojit referenãní (master) mûfiiã, slouÏící jako kalibraãní normál. Pfii kalibraci mûfiiãe zabudovaného do potrubí (pro kalibraci podle ISO 9000) se poÏaduje
porovnávat mûfiiã oproti údajÛm, získan˘m pomocí referenãního normálu
o vy‰‰í pfiesnosti. Takov˘mto normálem
mÛÏe b˘t nádrÏ, jejíÏ náplÀ je mûfiená
kalibrovanou váhou. Pfied zavedeném
Coriolisov˘ch mûfiiãÛ se pfiedpokládalo, Ïe bude mít referenãní normál fiádovû vût‰í pfiesnost neÏ kalibrovan˘
mûfiiã, vzhledem k vysoké pfiesnosti Coriolisov˘ch mûfiiãÛ dochází ale k této situaci jen zfiídka.
V ménû kritick˘ch instalacích (kde se
nepouÏívají nádoby s odváÏenou tekutinou) se pouÏívají testovací zafiízení
pracující na principu mûfiení objemu tekutiny, nebo referenãní normálové mûZPRAVODAJ
a aby se sníÏila pravdûpodobnost vzniku kavitace nebo boufilivého varu tekutiny, mûly by b˘t za mûfiiãem umístûné
regulaãní ventily.
V pfiípadû, Ïe je nutno technologickou tekutinu udrÏovat na vy‰‰í teplotû,
mohou b˘t nûkteré Coriolisovy mûfiiãe
dodávány s parními plá‰ti. Alternativou
je pfiidání elektrické topné pásky do
skfiínû mûfiiãe. Jak parní plá‰tû, tak vyhfiívací pásky, musí b˘t instalovány v˘robcem mûfiiãe.
NevyÏaduje-li se mûfiení prÛtoku,
mohou b˘t Coriolisovy mûfiiãe pouÏité
jen jako mûfiiãe hustoty tekutiny, hustomûry. V takovémto pfiípadû se, z dÛvodu sníÏení nákladÛ, instaluje mal˘ (pÛlpalcov˘) mûfiiã v potrubí obtoku. Takováto sestava je pfiijatelná pouze pfii
práci s ãist˘mi tekutinami které neucpávají mal˘ otvor mûfiiãe. Aby se zajistilo,
Ïe mûfiiãem bude tekutina protékat,
musí se, navíc, do hlavního potrubí
umístit prvek (mezi odboãky pro napo-
pfiímou metodou. Mûfií-li se objemov˘
prÛtok, je mûfiení ovlivnûno v‰emi parametry okolí a v‰emi parametry technologické tekutiny, které zpÛsobují zmûnu
objemu hmotnostní jednotky nebo které
nepfiímo ovlivÀují velikost poklesu tlaku,
mûfií-li se hmotnostní prÛtok, pak zmûnami viskozity, hustoty, teploty, nebo
tlaku mûfiení ovlivnûno není.
Tepelné hmotnostní prÛtokomûry se
ãasto pouÏívají pro sledování nebo regulaci procesÛ vztahujících se k práci
s hmotnostmi, pfiíkladem takovéhoto procesu jsou chemické reakce, jejichÏ prÛbûh je závisl˘ na vzájemném pomûru
hmotností do reakce vstupujících pfiísad.
Pfii mûfiení hmotnostního prÛtoku stlaãiteln˘ch par a plynÛ není mûfiení ovlivnûno zmûnami jejich tlakÛ a/nebo teploty.
Jednou z vlastností tepeln˘ch hmotnostních pÛtokomûrÛ je jejich schopnost
pfiesnû mûfiit malé prÛtoky plynÛ a nebo
malé rychlosti proudûní plynÛ (men‰í
âíslo 4
67
5
neÏ 25 stop za minutu), coÏ je mnohem
men‰í hodnota, neÏ kterou lze mûfiit libovoln˘m jin˘m zafiízením.
Pokud tepelné prÛtokomûry pracují
v reÏimu s konstatntním teplotním rodí-
drÏák
jehlová opûra
smûr toku plynu
element se
Ïhaven˘m drátem
Obrázek 5-11: Tepeln˘ anemometr
lem, mají velké pomûrové rozpûtí rozsahu (10:1 aÏ 100:1). Na druhé stranû, pfii konstantním pfiívodu tepla je jejich schopnost mûfiit velmi malé teplotní
rozdíly omezena, a jak jejich pfiesnost,
tak jejich pomûrové rozpûtí rozsahu, se
zmen‰ují. Pfii norrmálních prÛtocích se
chyby mûfiení prÛtokomûrem obvykle
nacházejí v rozmezí 1 % aÏ 2 % z plného rozsahu pfiístroje.
Tento mûfiiã je k dispozici v konstrukcích urãen˘ch pro vysok˘ tlak a pro vysoké teploty, dispozici jsou mûfiiãe zhotovené z rÛzn˘ch speciálních materiálÛ
vãetnû skla, Monelu a Teflonu‚. PrÛtoãné konstrukce mûfiiãe se pouÏívají pro
mûfiení mal˘ch prÛtokÛ ãist˘ch látek,
(je-li plyn ãist˘, je jeho tepelná kapacita konstantní), konstrukce s obtokem
a konstrukce ve tvaru tepelné prÛtokomûrné sondy lze pouÏít pro mûfiení velk˘ch prÛtokÛ v pfiivádûãích, kanálech,
chladících vûÏích, su‰iãkách.
• Teoretický základ funkce tepelných hmotnostních průtokoměrů
Tepelné hmotnostní prÛtokomûry se nejãastûji pouÏívají pro regulaci mal˘ch
prÛtokÛ plynu. Pracují buì tak, Ïe do
proudícího toku média pfiivádûjí známé
mnoÏství tepla a mûfií s tím spojenou
zmûnu teploty, nebo tak, Ïe udrÏují te68
âíslo 4
pelnou sondu na konstantní teplotû
a mûfií energii, které je pro udrÏení
konstantní teploty sondy zapotfiebí.
Mezi díly základního tepelného
hmotnostního prÛtokomûru patfií dva
snímaãe teploty a elektrické ohfiívací
otopné tûleso, které je umístûno mezi
tûmito snímaãi. Otopné tûleso mÛÏe vyãnívat do proudu tekutiny (Obrázek 58 A), nebo mÛÏe b˘t umístûno vnû potrubí (Obrázek 5-8 B).
Ve variantû s pfiím˘m ohfievem se do
tekutiny otopn˘m elektrick˘m tûlesem
dodává pevnû dan˘ tepeln˘ pfiíkon (q).
Potrubím proudí mûfiená tekutina, dodávan˘ tepeln˘ pfiíkon se udrÏuje na
konstantní hodnotû, a odporov˘mi teplomûry (RTD, resistance temperature
detector) se v bodech jejich umístûní
mûfií teplota tekutiny.
Hmotnostní prÛtok (m) se vypoãítá na
základû mûfieného teplotního rozdílu
(T2 - T1), hodnoty koeficientu mûfiiãe (K),
elektrického pfiíkonu topného tûlesa (q)
• Konstrukce s ohřívanou trubicí
PrÛtokomûry s ohfiívanou trubicí byly
vyvinuty proto, aby bylo ohfiívací tûleso
a elementy snímaãÛ chránûny pfied korozí a pfied povlaky, zpÛsobovanou
a vytváfien˘mi technologickou tekutinou. Jsou-li topné tûleso a snímaãe
umístûné vnû trubice (Obrázek 5-8 B),
je celková odezva mûfiení pomalej‰í
a vztah mezi hmotnostním prÛtokem
a teplotním rozdílem pfiestává b˘t lineární. Nelineárnost vztahu je dána skuteãností, Ïe je pfiivádûní tepla rozloÏeno po urãité plo‰e povrchu trubice, teplo je proto pfiená‰eno do tekutiny s nestejnû velkou, vztaÏeno na délku trubice, intensitou.
Teplota trubice je nejvût‰í v blízkosti
topného tûlesa (na Obrázku 5-8 B oznaãená jako Tw), zatímco v urãité vût‰í
vzdálenosti jiÏ není mezi teplotou stûny
trubice a teplotou tekutiny Ïádn˘ rozdíl.
V tomto místû, vzdáleném od ohfiívacího
tûlesa, mÛÏe b˘t proto teplota neohfiíva-
Integrovaný regulátor průtoku slouží jak pro měření, tak pro regulaci poměrně malých hmotnostních průtoků.
a mûrného tepla tekutiny (cp) podle následujícího vztahu:
m = K q / (cp (T2 - T1))
né tekutiny (Tf) urãena mûfiením teploty
stûny trubice. Popisovan˘ proces pfienosu tepla je nelineární, rovnice která tomuto odpovídá se od v˘‰e uvedeného lineárního vztahu li‰í, má tvar:
ZPRAVODAJ
5
m0.8 = K q / (cp (Tw - Tf))
Tyto prÛtokomûry mají dva pracovní
reÏimy. V prvním reÏimu hmotnostní
prÛtok mûfií tak, Ïe se udrÏuje elektrick˘ pfiíkon konstantní a mûfií se rozdíl
teplot pfied a za ohfiívacím tûlesem. Ve
druhém reÏimu se udrÏuje tento teplotní rozdíl konstantní a mûfií se velikost
elektrického pfiíkonu, kter˘ je pro udrÏení konstantního teplotního rozdílu
zapotfiebí. Tento druh˘ pracovní reÏim
vede k vût‰ímu pomûrovému rozpûtí
rozsahu mûfiiãe.
PrÛtokomûry s ohfiívanou trubicí se
obecnû pouÏívají pro mûfiení prÛtoku
ãist˘ch (napfiíklad plynÛ v lahvích) a ho-
6
5
vût‰ích prÛtokÛ. Sestává z tenkostûnné
kapilární trubice (o prÛmûru pfiibliÏnû
0.125 palce) a dvou vnûj‰ích navinut˘ch
odporov˘ch teplomûrÛ RTD s vlastním
ohfievem, které slouÏí jak pro ohfiev trubice, tak pro mûfiení v˘sledného nárÛstu
její teploty (Obrázek 5-9 A). Mûfiiã je
umístûn˘ na obtoku kter˘ obchází zúÏení v hlavní trubici a kter˘ je dimenzovan˘ tak, aby v nûm bylo, v celém pracovním reÏimu pfiístoje, laminární proudûní.
Pokud tekutina neproudí, zvedne se
ohfiívaãi v obtoku teplota trubice obtoku na hodnotu o pfiibliÏnû 160 oF vy‰‰í, neÏ je teplota okolního prostfiedí. Za
této situace je rozloÏení teploty po délce trubice konstantní (Obrázek 5-9 B).
KdyÏ tekutina proudí, je teplo odná‰e-
Popisovan˘ prÛtokomûr s obtokem
má malou pfiesnost (2 % z plného rozsahu pfiístroje), vyÏaduje malou údrÏbu, je levn˘. Má elektronické bloky,
umoÏÀující provádût sbûr dat, záznam
grafÛ a pfiipojení pfiístroje na poãítaã.
Tato zafiízení jsou populární v prÛmyslu v˘roby a zpracování polovodiãÛ.
Souãasné moderní jednotky jsou rovnûÏ k dispozici v sestavû kompletních
regulaãních, fiídících, smyãek, vãetnû
regulátoru a samoãinnû fiízeného regulaãního ventilu.
• Sondy pro měření rychlosti
proudění vzduchu
Pro mûfiení rychlosti proudûní vzduchu
6
5
4 4
60°
60°
1 2 3
56
4
3
1
2
3
2
1
B)
A)
Obrázek 5-12: Mûfiící stanice na vzduchovodu s kruhovám a s obdélníkovám prÛfiezem
mogenních tekutin (ne smûsí), pouÏívají
se pfii mal˘ch rozsazích teplot. Nedoporuãuje se je pouÏívat v aplikacích,
kde se mûní buì sloÏení tekutiny, nebo
její vlhkost, protoÏe v tûchto pfiípadech
se mÛÏe mûnit i mûrné teplo (cp) tekutiny. Nejsou ovlivÀovány zmûnami tlaku,
nebo zmûnami teploty. Mezi jejich
pfiednosti patfií jejich velké pomûrové
rozpûtí rozsahu (schopnost mûfiit velmi
malé prÛtoky) a jejich snadná údrÏba.
Pokud se pouÏívá toto provedení prÛtokomûru, musí b˘t teplotní rozdíl (nebo
pfiíkon topného tûlesa), geometrické
uspofiádání prÛtokomûru, tepelná kapacita, mûrné teplo tekutiny a viskozita
tekutiny bûhem mûfiení konstantní.
• Konstrukce s obtokem
Tepeln˘ hmotnostní prÛtokomûr ve variantû s obtokem byl vyvinut˘ pro mûfiení
ZPRAVODAJ
no molekulami plynu ve smûru proudûní tekutiny a teplotní profil se posune
smûrem ve smûru proudûní. Svorky snímaãÛ teploty jsou pfiipojeny na WheatstoneÛv mÛstek, kter˘ pfievádí signál
ze snímaãÛ na elektrick˘ signál udávající hodnotu prÛtoku, kter˘ je pfiímo
úmûrn˘ velikosti mûfiené zmûny teploty.
Mal˘ rozmûr trubice v obtoku umoÏÀuje minimalizovat spotfiebu elektrické
energie a zv˘‰it rychlost celkové ãasové odezvy mûfiení. Na druhé stranû je
kvÛli malému rozmûru trubice tfieba,
aby se pfiede‰lo jejímu ucpání, pouÏívat filtr. Jedním z váÏn˘ch omezení
pouÏití této konstrukce je velk˘ pokles
tlaku (aÏ 45 psi), nutn˘ pro dosaÏení
laminárního proudûní obtokem. Tento
pokles tlakuje obvykle pfiijateln˘ pouze
v aplikacích, kde se pracuje s plynem
o vysokém tlaku, a kde je zapotfiebí,
obecnû, tlak plynu sníÏit.
se pouÏívají hmotnostní prÛtokomûry
provedené jako sonda, tyto prÛtokomûry jsou necitlivé na pfiítomnost malého
mnoÏství prachu ve vzduchu. V prÛtokomûru se udrÏuje konstantní teplotní
rozdíl mezi dvûma odporov˘mi teplomûry, umístûn˘mi v trubici snímaãe.
Vnûj‰í snímaã mûfií teplotu okolního
plynu (Obrázek 5-10 A) a slouÏí ke
spojité regulaci teploty druhého snímaãe (v blízkosti hrotu sondy) udrÏované
na hodnotû o 60 °F vy‰‰í, neÏ je teplota okolního plynu. âím rychleji plyn
proudí, tím vût‰í elektrick˘ proud je zapotfiebí pro udrÏování daného teplotního rozdílu.
Jinou variantou rychlostní sondy je tepeln˘ hmotnostní prÛtokomûr, proveden˘ jako Venturiho trubice. Vyhfiívan˘
snímaã hmotnostního prÛtoku je zde
umístûn˘ v místû nejmen‰ího prÛmûru
prÛtoãného prÛfiezu Venturiho trubice,
âíslo 4
69
5
sonda pro teplotní kompenzaci je umístûna za tímto elementem, po smûru
proudûní (Obrázek 5-10 B). Míchací síto na vstupu mûfiiãe slouÏí pro promíchání protékající tekutiny tak, aby mûla
konstantní rozloÏení teploty. Tato konstrukce se pouÏívá jak pro mûfiení rychlosti plynÛ, tak pro mûfiení rychlosti kapalin (vãetnû kalÛ), rozsah mûfieného
prÛtoku je závisl˘ na velikosti Venturiho
trubice. Pokles tlaku je zde pomûrnû
mal˘ a pfiesnost mûfiení je závislá na nalezení správné hloubky zasunutí sondy.
K dispozici je také varianta provedená jako spínaã, reagující na velikost
prÛtoku. Spínaã má dva snímaãe teploty, umístûné na hrotu snímaãe. Jeden ze
snímaãÛ vyhfiívan˘, mûfien˘ teplotní
rozdíl je závisl˘ na rychlosti tekutiny.
Spínaã lze pouÏít pro detekci vysoké
nebo nízké hladiny prÛtoku s pfiesností
lep‰í neÏ 5 %.
• Použití snímačů a jejich omezení
Tepelné hmotnostní prÛtokomûry mohou mít velmi velké pomûrové rozpûtí
rozsahu a mohou mít rozumnou pfiesnost. Mají ale také váÏná omezení své
pouÏitelnosti. Mezi potenciální problémy patfií kondenzace vlhkosti (nasycen˘ch par) na snímaãi teploty. Takováto
kondenzace zpÛsobuje, Ïe snímaã mûfií niÏ‰í hodnotu teploty neÏ je správná
hodnota, a mÛÏe rovnûÏ vést ke korozi
snímaãe. Také pokr˘vání snímaãe povlakem, nebo naná‰ení, usazování,
materiálu na snímaãi, zpÛsobuje zhor‰ování pfienosu tepla, i v tomto pfiípadû
ukazuje snímaã niÏ‰í hodnotu. Dal‰ím
moÏn˘m zdrojem chyby jsou zmûny
mûrného tepla plynu, zpÛsobené zmûnami sloÏení plynu.
Nûkteré bûÏné aplikace mûfiení prÛtoku plynu tepeln˘mi hmotnostními prÛtokomûry zahrnují mûfiení spalovacího
vzduchu u velk˘ch kotlÛ, mûfiení prÛtoku plynu v prÛmyslu polovodiãÛ, vzorkování a dávkování vzduchu v atomov˘ch elektrárnách, mûfiení technologick˘ch plynÛ v chemickém a petrochemickém prÛmyslu, aplikace v oblasti
v˘zkumu a v˘voje, mûfiení pro plyno70
âíslo 4
vou chromatografii, zkou‰ení filtrÛ, detekce a mûfiení úniku plynÛ. Zatímco
pro mûfiení prÛtoku ãist˘ch plynÛ pfii
nízk˘ch rychlostech jsou nejvhodnûj‰í
tepelné anemometry, anemometry se
Ïhaven˘m drátem, lze Venturiho trubice pouÏít i v aplikacích mûfiení prÛtoku
nûkter˘ch kapalin (vãetnû kalÛ). Tepelné hmotnostní prÛtokomûry jsou velmi
vhodné pro mûfiení velmi pomal˘ch
drátu je závislá na hmotnostním prÛtoku plynu.
Obvody ohfiívaného snímacího elementu jsou fiízeny jedním ze dvou typÛ
polovodiãov˘ch obvodÛ, realizujících
jeden ze dvou typÛ regulace: udrÏování konstantního teplotního rozdílu ve
snímaãi, nebo udrÏování konstantního
pfiíkonu do snímacího elementu. U snímaãe s konstatním teplotním rozdílem
Sonda pro měření rychlosti vzduchu měří v daném bodě rychlost vzduchu s přesností 1.5 %.
prÛtokÛ ve velkém pomûrovém rozpûtí
rozsahu, lze je ale také pouÏít pfii mûfiení velk˘ch prÛtokÛ, napfiíklad pro mûfiení prÛtoku spalovacího vzduchu, pro
mûfiení prÛtoku zemního plynu, nebo
pro distribuci stlaãeného vzduchu.
Tepelné anemometry
Pojem anemometer je odvozen˘ z fieck˘ch slov “anemos“, vzduch, a “metron“, mûfiení. Mechanické anemometry byly poprve vyvinuty jiÏ v patnáctém
století, mûfiila se jimi rychlost vûtru.
Tepeln˘ anemometr sestává z elektricky ohfiívaného elementu zhotoveného z jemného drátu (prÛmûr drátu je
0.00016 palce, délka drátu je 0.05
palce), uchyceného na sv˘ch koncích
v jehlov˘ch opûrách (Obrázek 5-11).
Pro svoji pevnost a pro svoji velkou
hodnotu teplotního koeficientu resistivity se jako materiál pro drát pouÏívá
wolfram. Umístí-li se drát do proudu
pohybujícího se plynu, je drát plynem
ochlazovan˘. Intensita ochlazování
se udrÏuje konstantní teplotní rozdíl
mezi ohfiívan˘m snímaãem a referenãním snímaãem, mûfií se pfiíkon potfiebn˘
pro udrÏení tohoto teplotního rozdílu,
mûfien˘ pfiíkon je mírou hmotnostního
prÛtoku vzduchu.
Anemometry pracující s konstantním
teplotním rozdílem jsou oblíbené pro
svou ‰irokou kmitoãtovou charakteristiku, pro malou úroveÀ elektrického ‰umu,
odolnost oproti shofiení v pfiípadû, Ïe
dojde k náhlému poklesu prÛtoku vzduchu, pro svou kompatibilitu se snímaãi
teploty pouÏívajícími tenké vrstvové odpory a pro moÏnost jejich pouÏití pro
mûfiení prÛtokÛ jak kapalin, tak plynÛ.
Anemometry pracující s konstantním
pfiíkonem nemají vlastní zpûtnou vazbu.
Teplota vlákna je prostû pfiímo závislá
na velikosti prÛtoku. Jsou ménû oblíbené, protoÏe údaj, kter˘ poskytují pfii nulovém prÛtoku není stabilní, odezvy na
zmûnu teploty a na zmûnu prÛtoku jsou
pomalé a moÏnost teplotní kompenzace
prÛtokomûru je omezená.
ZPRAVODAJ
5
• Umístění anemometrů v průřezu
vzduchovodu
Ve velké mífie se anemometry pouÏívají pro vyhodnocení prÛtoku vzduchu ve
vzduchovodech.
Provádí se to umístûním urãitého poãtu anemometrÛ v prÛfiezu vzduchovodu, v prÛfiezu trubice kterou se vede
vzduch, a manuálním záznamem
odeãtÛ rychlosti proudûní, mûfiené
v tomto poãtu bodÛ. Hmotnostní prÛtok
se získává v˘poãtem stfiední rychlosti
proudûní vzduchu a násobením této
stfiední rychlosti hustotou vzduchu a velikostí prÛtoãného prÛfiezu, kter˘ má
vzduchovod v místû mûfiení.
U válcovit˘ch vzduchovodÛ je dává
nejvy‰‰í pfiesnost metoda, pfii které
jsou anemometry rozmístûny ve vzdálenostech urãen˘ch logaritmick˘m délkov˘m dûlením, protoÏe toto uspofiádání bere do úvahy vliv tfiení vzduchu
o stûny vzduchovodu. Vzhledem k poãtu mûfiících míst je promûfiení kanálu
ãasovû nároãná úloha (Obrázek 512). Pro automatizaci této ãinnosti
jsou k disposici anemometry, vyuÏívající mikroprocesory.
Vzhledem k malému rozmûru drátu
a vzhledem k jeho kfiehkosti jsou tepelné anemometry citlivé na naná‰ení neãistot a na pfietrÏení. Pozitivním
dÛsledkem jejich malé hmotnosti je
jejich rychlá odezva. ·iroce se pouÏívají v klimatizaãních a ventilaãních
aplikacích. Pro nároãnûj‰í prÛmyslové aplikace jsou také k dispozici vût‰í
a robustnûj‰í anemometry. Aby se zajistilo správné tvarování rychlostního
profilu tekutiny, vybavuje se obvykle
pfied a za jednotkou s anemometrem
instalace pfiím˘m potrubím (dlouh˘m
obvykle deset prÛmûrÛ potrubí). Pro
odstranûní vlivu hraniãní vrstvy se
pouÏívá pfiizpÛsobovací d˘za. Pokud
ZPRAVODAJ
není pro instalaci pfiímého potrubí
dostatek místa, lze do sestavy sníma-
ãe zahrnout ‰estihranné trubkové
usmûrÀovaãe proudûní.
T
OMEGA Press,1995.
• "Air Elimination Techniques for Accurate Liquid Measurement", J. R. Chester, Mechanical Engineering, February 1983.
• "Application and Installation Guidelines for Volumetric and Mass Flowmeters", D. Ginesi and C. Annarummo, ISA Transactions, Instrument Society of
America, 1994.
• Automated Process Control Electronics, John Harrington, Delmar Publishing
Inc., 1989.
• "Coriolis for the Masses", G. J. Blickley, Control Engineering, June 1995.
• "Coriolis Mass Flowmeter is Ready for the Tough Jobs", W. Chin, I&CS, February 1992.
• "Field Proving Coriolis Mass Flowmeter", R. Harold and C. Strawn, ISA/91
Proceedings, Instrument Society of America, 1991.
• Flow Measurement, D. W. Spitzer (editor), Instrument Society of America,
1991.
• "Flow Sensing: The Next Generation", D. Ginesi, ControlEngineering, November 1997.
• Instrument Engineer’s Handbook, Bela Liptak, CRC Press, 1995.
• Instrumentation for Process Measurement and Control, 3rd edition, Norman
A. Anderson, Chilton Co., 1980.
• Instruments of Science, Robert Bud and Deborah Jean Warner, Garland
Publishing Inc., 1998.
• "Metering Mass Flow", H. van der Bent, Process Engineering, May 1993.
• "On-lineViscosity Measurement with Coriolis Mass Flowmeters", P. Kalotry
and D. Schaffer, ISA/91 Proceedings, Instrument Society of America, 1991.
• Process/Industrial Instruments and Controls Handbook, 4th edition, Douglas
M. Considine, McGraw-Hill, 1993.
• "Technical Application Guide to Mass Flow Measurement", Wayne Shannon, Magnetrol International, 1998.
• The McGraw-Hill Encyclopedia of Science and Technology, 8th edition, John
H. Zifcak, McGraw-Hill, 1997.
âíslo 4
71
6
Mûfiení v˘‰ky hladiny
V˘bûr snímaãe pro mûfiení v˘‰ky hladiny
Měření výšky hladiny
Vafiící & kryogenní tekutiny
Kaly, pûny & roztavené kovy
28.
bfiezna 1979 uprchly tisíce
lidí z Three Mile Island
(blízko mûsta Harrisburg,
PA, USA), kdyÏ zde do‰lo k poru‰e
chlazení atomového reaktoru. Tato nebezpeãná situace vznikla proto, protoÏe regulátor v˘‰ky hladiny vypnul do-
spojitû, nebo bude vhodn˘ snímaã
s bodov˘m odeãtem?
● MÛÏe pfiijít snímaã do styku s technologickou tekutinou, nebo musí b˘t
umístûn˘ v parním prostoru nádoby?
● PoÏaduje se pfiímé mûfiení hladiny,
nebo je pfiijatelné její nepfiímé mûfie-
v˘‰ka hladiny %
100
vertikální válcová nádoba
kulová
nádoba
50
0
horizontální válcová
nádoba s kruhov˘m
50
100 objem %
Obrázek 6-1: Vztah mezi v˘‰kou hladiny a objemem materiálu pro rÛzné nádoby
dávku chladící tekutiny do reaktoru,
kdyÏ detekoval pfiítomnost chladící vody v blízkosti vr‰ku reaktorové nádoby.
Voda nane‰tûstí dosáhla vr‰ku reaktorové nádoby ne proto, Ïe by v jí v nádobû bylo pfiíli‰ mnoho, ale proto, protoÏe jí zde bylo tak málo, Ïe zaãala vafiit a vzkypûla k vr‰ku nádoby. Z tohoto
pfiíkladu mÛÏeme vidût, Ïe mûfiení v˘‰ky hladiny, mûfiení hladiny, je sloÏitûj‰í
úloha, neÏ pouhé urãení, zda se v urãité konkrétní nadmofiské v˘‰ce tekutina
nachází, nebo nenachází.
Výběr snímače pro měření
hladiny
Chceme-li urãit, jak˘ typ snímaãe hladiny by mûl b˘t v dané aplikaci pouÏit˘,
je tfieba odpovûdût na fiadu otázek:
● Je moÏné snímaã umístit do nádoby,
nebo by mûl b˘t cel˘ umístûn˘ vnû
nádoby?
● Je tfieba, aby snímaã mûfiil hladinu
72
âíslo 4
ní urãením hydrostatické v˘‰ky (která
se mûní jak se zmûnou v˘‰ky hladiny,
tak se zmûnou hustoty materiálu)?
● Je pfii v˘mûnû snímaãe, nebo pfii jeho
údrÏbû, pfiijatelné nádobu odtlakovat,
nebo zastavit technologick˘ proces?
Seznam snímaãÛ, ze kter˘ch je moÏno vybírat, se po vyhodnocení v˘‰e
uveden˘ch alternativ v˘znamnû zkrátí.
V˘bûr je dále zúÏen˘ pouze na ty snímaãe, které mohou b˘t zhotoveny z odpovídajících konstrukãních materiálÛ
a které mohou pracovat s poÏadovanou pfiesností, pfii poÏadované pracovní teplotû, atd. (Tabulka 4). Pokud je
hladina, která se má mûfiit tvofiena pevnou látkou, kalem, ka‰í, pûnou, nebo
pokud jde o rozhraní mezi dvûma vrstvami kapaliny, doporuãuje se neradit
se pouze s Tabulkou 4, ale prostudovat
i jiná doporuãení, napfiíklad ta, co jsou
uvedena v Tabulce 5.
Pokud se zjistí, Ïe poÏadavky aplikace splÀuje více mûfiiãÛ hladiny, je také tfieba, vzhledem k obeznámenosti
uÏivatele se zafiízením a k dostupnosti
náhradních dílÛ, pfiihlédnout k fie‰ením,
která jsou v daném konkrétním závodû
nebo konkrétním prÛmyslovém odvûtví
tradiãní, nebo kter˘m se v nûm dává
pfiednost. V ropném prÛmyslu se napfiíklad obecnû dává pfiednost typÛm snímaãÛ hladiny s ponornou mûrkou, zatímco chemick˘ prÛmysl upfiednostÀuje
snímaãe fungující na principu mûfiení
diferenãního tlaku (d/p, differential
pressure). (V ropném prÛmyslu se pouÏívají snímaãe diferenãního tlaku v pfiípadû, Ïe rozsah mûfiení pfiesahuje
60 palcÛ aÏ 80 palcÛ.)
Je-li materiál v nádobû promíchávan˘, není v ní obvykle místo, kam by se
mohl snímaã typu mûfiící sondy do nádoby, vsunout. Navíc, protoÏe povrch
kapaliny není ploch˘, nelze obvykle
pouÏít ani zvuková, ultrazvuková, nebo
radarová mûfiící zafiízení. I v pfiípadû,
Ïe se pouÏije snímaã s ponornou mûrkou, nebo snímaã diferenãního tlaku,
mÛÏe promíchávání zpÛsobit, Ïe se velikost signálu cyklicky mûní. Toto zvlnûní
nebo tyto impulsy mohou b˘t po urãení
maximální rychlosti, se kterou se v˘‰ka
hladiny mÛÏe mûnit (v dÛsledku plnûní
nebo vypou‰tûní nádoby) a pfii zane„horní“ tlak
(snímaã tlaku)
PT
„stfiední“ tlak
teplota
PT RTD (odporov˘ teplomûr)
„dolní“ tlak
PT
hmotnost +- 0.2 %
hustota +- 0.3 %
objem +- 0.28 %
Obrázek 6-2: Inteligentní mûfiící systém s více snímaãi
dbání v‰ech rychlej‰ích zmûn v˘‰ky hladiny, které se vyskytnou, odfiltrovány.
Vztah mezi v˘‰kou hladiny a objeZPRAVODAJ
6
pouÏití
F
P
F
2,000
1-2% FS
G
F-G
F
G-L
P
F
F
P
vodivostní spínaãe
1,800
1/ in
8
F
P
F
L
L
L
L
L
membránové snímaãe
snímaãe mûfiící diferenãní tlak
350
1,200
0.5% FS
0.1% AS
G
E
F
G-E
F
G
F
F
P
P
snímaãe s ponornou mûrkou
850
0.5% FS
E
P
P
F-G
plovákové sníamãe
500
1% FS
G
P
P
F
laserové snímaãe
UL
X
0.5 in
L
G
G
F
F
F
F
hladinové mûrky
mikrovlnné spínaãe
optické spínaãe
700
400
260
X
X
0.25 in
0.5 in
0.25 in
G
G
G
F
G
F
P
F
E
F
G
F-G
F
G
F
G
P
F
F
radarové snímaãe
450
X
0.12 in
G
G
F
P
P
F
P
radiaãní snímaãe
snímaãe s odporovou páskou
UL
225
X
0.25 in
0.5 in
G
G
E
G
E
G
G
G
E
E
rotaãní lopatkov˘ spínaã
500
1 in
G
F
P
zásuvné trubice
páskové hladinové snímaãe
200
300
0.5 in
0.1 in
F
E
P
F
P
P
G
G
F
F
tepelné snímaãe
850
0.5 in
G
F
F
P
TDR/PDS
221
3 in
F
F
F
G
G
F
ultrazvukové snímaãe
300
1% FS
F-G
G
G
F-G
F
F
G
vibraãní spínaãe
300
0.2 in
F
G
G
F
F
G
G
X
mem nádoby je závisl˘ na prÛfiezu nádoby. U vertikálních válcov˘ch nádob
je tento vztah lineární, zatímco u horizontálních nebo kulov˘ch nádob je tento vztah nelineární. Pokud má b˘t v˘‰ka hladiny v nádobû urãována na základû mûfiení hydrostatického tlaku materiálu, je nutno, pokud je zapotfiebí
● mûfiit skuteãnou v˘‰ku hladiny i v pfiípadû, kdyÏ se hustota a teplota
technlogické tektiny mûní,
● mûfiit jak hladinu, tak hustotu materiálu,
● mûfiit objem a hmotnost (váhu) mateZPRAVODAJ
F
lepkavé materiály
G
kusy, hroudy
rozhraní kapalin
1-2% FS
prá‰ek
kaly/ka‰e
UL
typ snímaãe
snímaãe s protlaãováním
bublinek vzduchu
kapacitanãní snímaãe
pûna
viskosní
pevné látky
ãisté
kapaliny
nepfiesnost
(1 palec = 24.5 mm)
k disposici
v bezkontaktním provedení
maximální teplota (oF)
Tabulka 4: Orientaãní tabulka pro v˘bûr snímaãe hladiny
F
F
riálu v nádobû,
pouÏít systém s více snímaãi/pfievodníky/vysílaãi.
Systém ukázan˘ na Obrázku 6-2 je
schopn˘ pomocí mûfiení tfií teplot a jednoho tlaku souãasnû mûfiit objem (v˘‰ku hladiny) materiálu, jeho hmotnost
(váhu) a hustotu. V‰echny tyto údaje urãuje s pfiesností 0.3 % z plného rozpûtí
rozsahu mûfiení.
TDR = srovnávací ãasová reflektometrie
PDS = snímaã vyhodnocující rozdíl fází
AS = % skuteãného rozpûtí rozsahu
E = vynikající
FS = % plného rozsahu pfiístroje
In = “, palec, inch
F = uspokojiv˘
G = dobr˘
L = omezené
pouÏití
P = málo vhodn˘
UL = neomezené
pouÏití
omezení
Zaná‰í do technologického materiálu cizí látky,
nároãná údrÏba
Problém zpÛsobuje mûfiení rozhraní mezi dvûma
vodiv˘mi vrstvami a mûfiení pûny
Rozhraní mÛÏe mûfiit pouze mezi vodivou
nevodivou kapalinou. Pfii mûfiení pevn˘ch
látek je ovlivÀován elektromagnetick˘m polem.
Spínaãe pouze pro práci s pevn˘mi látkami.
Ucpávání mohou odstranit pouze zvût‰ená
membránová tûsnûní nebo opakovaãe.
PouÏívají se také ãistící a tûsnící potrubní vûtve.
Nedoporuãují se pro práci
s kaly nebo ka‰emi.
Pohyblivé díly omezují pouÏití vût‰iny konstrukcí
snímaãÛ na ãistou práci s ãist˘mi materiály.
Na rozhraní pouze plováky s pfiedem zvolenou hustotou.
PouÏití omezeno na zakalené kapaliny nebo na lesklé pevné
látky v nádobách s prÛhledn˘m parním prostorem.
Nûkteré aplikace a technol. materiály nepovolují pouÏití skla.
Omezením je tvofiení siln˘ch povlakÛ.
Refrakãní typ lze pouÏít pouze pro ãisté kapaliny,
odrazov˘ typ vyÏaduje ãist˘ parní prostor.
Ru‰ení povlaky, lopatkami míchaãe, vodní tfií‰tí,
postfiikem, nebo pfiíli‰ velk˘mi turbulencemi
VyÏaduje povolení NCR, úfiadu pro jadernou bezpeãnost
PouÏití je omezené na mûfiení tekutin vystaven˘ch tlaku blíz.
atm. tlaku a teplotû blízké teplotû okolního prostfiedí
PouÏití je omezené na mûfiení such˘ch, nekorosivních
pevn˘ch látek o malém tlaku
Nespolehlivé manuální zafiízení
Pro mûfiení rozhraní je vhodn˘ pouze induktivnû
vázan˘ plovák. U vût‰íiny zafiízení jsou potenciálním
problémem potíÏe s plovákem
Mûfiení pûny a mûfiení rozhraní je omezeno
problémy s vedením tepla
Pfii mûfiení lepkav˘ch technologick˘ch materiálÛ je
kvalita funkce snímaãe omezená
Kvalita funkce snímaãe je naru‰ována pfiítomností prachu,
pûny, kapénkami v parním prostoru, polétav˘m
technol. mat. a technol. materiálem tvofien˘m chomáãky
Pfiíli‰né usazování technologického materiálu mÛÏe
zabránit funkci spínaãÛ
Vařící & kryogenní tekutiny
Pokud se pro mûfiení v˘‰ky hladiny ve
válcovém generátoru páry pouÏívá
snímaã diferenãního tlaku, instaluje se
zde obvykle snímaã/pfievodník/vysílaã, kter˘ má obrácenou stupnici (Obrázek 6-3).
Napojení vysokotlaké (HP, high pressure) strany snímaãe diferenãního tlaku
je provedeno pfies tepelnû neizolovanou
kondensaãní nádobu do parního prostoru ve vrchní ãásti bubnu. Pára v této
nádobû kondenzuje a zaplÀuje celou
âíslo 4
73
6
kondensaãní nádoba
spád
bubnov˘
generátor
páry
HP
LT
LP
(snímaã s opaãnou stupnicí)
Obrázek 6-3: Isolovaná mont. impulsního potrubí u bubnového generátoru páry
mokrou vûtev potrubí vodou, která má
teplotu okolního prostfiedí, nízkotlaká
(LP, low pressure) strana snímaãe diferenãního tlaku je napojena na hydrostatick˘ tlak vody, která vafií v bubnu.
V˘stup z pfievodníku diferenãního tlaku
odpovídá mnoÏství vody v bubnu. S poklesem vody v bubnu se v˘stupní signál
pfievodníku zvût‰uje (je tomu tak proto,
protoÏe se zrychluje vypafiování vody
a tomu odpovídající vzkypûní vody narÛstá). Z tohoto dÛvodu se doporuãuje
v takovéto aplikaci pouÏívat snímaã,
kter˘ má obrácenou stupnici.
Je-li technologickou tekutinou kapaln˘ dusík (nebo jiná kryogenní látka), je
obvykle nádoba obklopena tepelnû izolovan˘m a vakuovan˘m, vyãerpan˘m,
chladn˘m, vychlazen˘m kontejnerem.
V tomto pfiípadû je nízkotlaká (LP) strana pfiímoãinného snímaãe diferenãního
tlaku napojena do parního prostoru nad
kryogenní kapalinou (Obrázek 6-4).
Teplota kapalného dusíku v blízkosti vysokotlaké (HP) strany snímaãe diferenãního tlaku (kter˘ je umístûn vnû chladného kontejneru v místû o teplotû vnûj‰ího
prostfiedí) roste. Jakmile tato teplota dosáhne bodu varu dusíku, zaãne dusík
vafiit, a od tohoto bodu je spojovací trubice, tubka impulzního potrubí, naplnûna parou dusíku. To mÛÏe mít pfii mûfiení v˘‰ky hladiny za následek vznik ‰umu. Aby k tomu nedocházelo, realizuje
se spojovací trubice tak, aby byl její
tepelná isolace
v chladném kontejneru
pfiehfiátá
pára dusíku
kapaln˘
dusík
LP
vafiící
kapalina
LT
HP
Obrázek 6-4: Tepelnû isolovan˘ chladn˘ kontejner
úsek, kter˘ je zaplnûn˘ kapalinou, vyspádovan˘ zpût do nádoby. PrÛfiez trubice by mûl b˘t velk˘ (prÛmûr asi 1 palec), aby se minimalizovaly turbulence
zpÛsobené souãasn˘m varem a zpûtnou
kondenzací dusíku na rozhraní mezi jeho kapalnou a plynnou fází.
Tabulka 5: PouÏitelnost snímaãÛ v˘‰ky hladiny pro rÛzné technologické materiály
kapaliny
odraz zvuk. vln
mûrky
elektromechanické snímaãe
opt. snímaã s lomem paprsku
snímaãe s protlaã. bublinek
kapacitanãní snímaãe
vodivostní snímaã
snímaã mûfiící diferenãní tlak
membránov˘ snímaã
snímaã s ponor. mûrkou
plovákov˘ snímaã
plovákov˘ snímaã
snímaã s lopat. kolem
váÏ. a lan., kab., snímaã
sklenûné mûrky
magnetické mûrky
indukãní snímaãe
mikrovlnné snímaãe
radiaãní snímaãe
sonar
zvukové snímaãe
ultrazvukové snímaãe
tepelné snímaãe
vibraãní snímaãe
74
âíslo 4
P
1
1
1
2
1
1
1
3
3
1
1
1
1
1
1
1
2
C
1
1
1
1
2
1
1
1
1
1
1
1
2
-
rozhraní
kapalina
/ kapalina
P
C
1
1
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
3
3
2
2
1
3
-
pûna
P
2
1
1
3
3
2
-
kal
C
2
3
3
-
P
3
1
1
2
2
3
3
3
3
3
2
1
1
1
1
2
2
C
2
2
2
2
2
3
1
3
3
1
1
3
1
2
-
suspendované
prá‰kové
zrnité
pevné materiály lepkavé vlhké
pevné materiály pevné materiály pevné materiály
tvofiené
pevné materiály
hroudami, kusy
P
C
P
C
P
C
P
C
P
C
1
1
3
1
2
2
1
2
2
2
1
2
3
3
3
1
3
3
1
3
1
3
2
3
2
1
3
2
1
1
1
1
1
2
2
2
2
2
2
3
3
1
2
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
2
2
3
1
1
1
1
2
1
1
1
3
2
2
1
2
2
2
1
1
1
2
1
-
ZPRAVODAJ
6
Kaly, pěny & roztavené kovy
Mnoho technologick˘ch tekutin je buì
agresivních a/nebo se s nimi obtíÏnû
pracuje. Nejlep‰í je, kdyÏ se fyzickému
kontaktu s takov˘mito tekutinami pfiedejde. MÛÏe se toho dosáhnout tak, Ïe
se snímaã hladiny (snímaã na principu
váÏení, radiaãní snímaã) umístí vnû nádoby, nebo tak, Ïe se snímaã hladiny
(ultrazvukov˘, radarov˘, nebo mikro-
mûnící hladiny kalu nebo ka‰e, je jedním
z cílÛ odstranit neprÛchodné dutiny, ve
kter˘ch by se mohl kal usazovat. V‰echny povrchy, které pfiicházejí do styku
s technologickou tekutinou, by navíc mûly b˘t pokryty Teflonem®. Obrázek 6-5
B ukazuje takovouto instalaci, pouÏívají
se zde ploché, ‰iroké, Teflonem® potaÏené membrány, ãímÏ se minimalizuje usazování a naná‰ení materiálu.
opakovaã signálu
Pv
k regulátoru
snímaã/pfievodník
/vysílaã diferenãního tlaku
A) hladinov˘ spínaã
B) spojité mûfiení v˘‰ky hladiny
Obrázek 6-5: ¤e‰ení pfiístrojového vybavení pro mûfiení v˘‰ky hladiny kalÛ, ka‰í a tekutin s vysokou viskositou
vlnn˘ snímaã) umístí do parního prostoru nad technologickou tekutinu. Pokud
nejsou tyto moÏnosti dostupné, nebo
pokud nejsou pfiijatelné, musí b˘t cílem
minimalizovat údrÏbu snímaãe a minimalizovat fyzick˘ kontakt s technologickou tekutinou.
Pokud je technologickou tekutinou
kal, ka‰e, nebo vysoce viskozní polymer, a pokud je cílem detekovat urãitou
hladinu kapaliny, uvaÏuje se obvykle
o fie‰ení, ukázaném na Obrázku 6-5
A. Zdroj a pfiijímaã ultrazvukového nebo optického signálu jsou od sebe v typickém provedení vzdáleny více neÏ
‰est palcÛ. DÛvodem je, aby mohla
technologická tekutina z prostoru mezi
zdrojem a pfiijímaãem volnû odtékat.
Poté, co se hladina vrátí pod horní
mez, aktivuje se automatick˘ om˘vací
postfiik, sprcha, mûfiiãe.
Pokud se provádí mûfiení spojitû se
ZPRAVODAJ
U odma‰ÈovaãÛ, kde je cílem v co
nejkrat‰ím ãasovém intervalu prosadit
nebo vypustit fiedidlo, je zájmem udrÏet
v˘‰ku hladiny pûny pod danou maximální hodnotou. U jin˘ch procesÛ je
Ïádoucí zvlá‰È regulovat hladinu kapa-
lina pod pûnou a zvlá‰È sílu, v˘‰ku, pûny. V prÛmyslu papíru se v takov˘chto
aplikacích pouÏívají radiaãní detektory
pracující se záfiením beta (systém
Kraft). V jin˘ch prÛmyslov˘ch odvûtvích
se stupeÀ v˘vinu pûny mûfií nepfiímo
(mûfiením hodnot s tím souvisejících
konkrétních promûnn˘ch veliãin, jako
je intensita pfiivedeného tepla nebo
prÛtok par), nebo se zde pouÏívají kapacitanãní, vodivostní, akustické ladiãkové, optické nebo tepelné spínaãe,
v‰echny tyto jednotky jsou vybaveny
automatick˘m um˘vacím zafiízením.
Jinou speciální aplikací je mûfiení
v˘‰ky hladiny roztaveného skla nebo
roztaven˘ch kovÛ. NejdraÏ‰í (ale také
nejpfiesnûj‰í) dostupnou technikou mûfiení je mûfiení hladiny pomocí kapacitanãního snímaãe polohy, toto mûfiení
mÛÏe poskytnou pfiesnost 0.1 mm pfii
rozsahu mûfiení 6 palcÛ. Systémy zaloÏené na vyuÏití laseru mohou poskytnout je‰tû lep‰í rozli‰ovací schopnost
pfii rozsahu aÏ 2 stopy. Pokud se takováto pfiesnost nepoÏaduje, a pokud je
pfiedmûtem zájmu velikost nákladÛ, lze
zhotovit plovák ze Ïáruvzdorného materiálu a pfiipojit k nûmu lineární diferenãní mûfiící transformátor (LVDT linear variable differential transformer),
nebo zhotovit ze Ïáruvzdorného materiálu trubici snímaãe zaloÏeného na
protlaãování bublinek plynu a nechat
trubicí a roztavenou látkou probublávat argon nebo dusík.
T
OMEGA Press,1995.
• Instrumentation for Process Measurement and Control, Third Edition, N. A.
Anderson, Chilton, 1980.
• Measurement and Control of Liquid Level, C. H. Cho, Instrument Society of
America, 1982.
• Principles of Industrial Measurements for Control Applications, E. Smith, Instrument Society of America, 1984.
âíslo 4
75
Přístrojové vybavení
pro měření výšky hladiny
měřením tlaku/hustoty
7
Pfiístrojové vyb. pro mûfi. v˘‰ky hladiny mûfiením tlaku/hustoty
Pfiímá a isolovaná montáÏ
Trubkové syst. pro mûfi. v˘‰ky hladiny probubláváním
Plováky a ponorné mûrky
J
edním ze základních poznatkÛ, na
kter˘ch je prÛmyslové mûfiení v˘‰ky
hladiny zaloÏeno je, Ïe rÛzné materiály a rÛzné fáze téhoÏ materiálu
mají rÛznou hustotu. Tento základní
pfiírodní zákon lze vyuÏít pro mûfiení
v˘‰ky hladiny mûfiením diferenãního
tlaku (rozdílu tlaku u dna nádoby a tlaku v parním prostoru nádoby nebo atmosferického tlaku) nebo mûfiením pomocí plováku nebo ponorné mûrky jejichÏ funkce je podmínûná rozdílem
hustoty dvou fází materiálu.
Mûfiení hladiny zaloÏené na mûfiení
tlaku se také naz˘vá mûfiení pomocí
hydrostatického tlaku v nádobû (HTG,
hydrostatic tank gauging). Je zaloÏeno
na pravidlu, Ïe rozdíl mezi dvûma tlaky (d/p, difference pressure) je rovn˘
kud je hustota kapaliny konstantní, mûfiení v˘‰ky hladiny (s pfiesností lep‰í neÏ
1 %) v ‰irokém rozsahu. PouÏitím diferenãního tlakomûru se ru‰í vlivy, kter˘mi na mûfiení pÛsobí zmûny barometrického tlaku, protoÏe tlak atmosféry
pÛsobí jak na tekutinu v nádobû, tak na
nízkotlakou stranu snímaãe diferenãního tlaku (Obrázek 7-1 B). Údaj, kter˘
ukazuje diferenãní tlakomûr proto odpovídá v˘‰ce hladiny v nádobû.
Přímá a izolovaná montáž
Mûfií-li se v˘‰ka hladiny v nádobách
kde je udrÏovan˘ urãit˘ tlak, pouÏívají
se pro mûfiení tlakomûry o stejné konstrukci (s kompenzací polohou, s kompenzací silou, nebo elektronické), jaké
zpÛsobují ucpání mûfiícího systému
a je-li jejich kondenzace za normálních
provozních podmínek velmi pomalá
(Obrázek 7-1 C). Pfiímá montáÏ, suchá
vûtev, umoÏÀuje, aby byla kompenzace
tlaku, pÛsobícího na povrch kapaliny,
provádûná stejnû, jako se provádí
kompenzace vlivu barometrického tlaku u nádob otevfien˘ch do atmosféry.
Je dÛleÏité, aby se tato srovnávací
vûtev impulzního potrubí udrÏovala suchá, protoÏe akumulace kondenzátu
nebo jiné kapaliny v potrubí by mûla za
následek chybu mûfiení v˘‰ky hladiny.
Pokud páry technologické látky pfii normální teplotû okolního prostfiedí kondenzují, nebo pokud jsou korosivní, lze
tuto vûtev impulzního potrubí naplnit
kapalinou a realizovat tak její napojení
suchá
vûtev
dp = h (SG)
ukazatel
v˘‰ky
hladiny
h
ukazatel
v˘‰ky
hladiny
h
h
ukazatel
v˘‰ky
hladiny
LI
LI
LI
LT
LT
dp = h (SG)
A) lokální mûfiení
B) vzdálené mûfiení
pneumatické
napájení
C) kompensace na tlak v parním prostoru
pneumatické
napájení
Obrázek 7-1: Snímaã mûfiící v˘‰ku hladiny v nádobû mûfiením hydrostatického tlaku
souãinu v˘‰ky kapaliny (h, udává se
v palcích) a její mûrné váhy (SG, specific gravity) (viz Obrázek 7-1):
d/p = h (SG)
Definice fiíká, Ïe ãíselná hodnota mûrné váhy tekutiny je rovna hustotû tekutiny dûlené hustotou ãisté vody pfii atmosferickém tlaku a pfii teplotû 68 °F.
Snímaãem tlaku, nebo snímaãem diferenãního tlaku se mÛÏe provádût, po76
âíslo 4
se pouÏívají pro mûfiení tlaku v nádobách, otevfien˘ch do atmosféry. Pfiedpokládá se, Ïe váha sloupce par nad
kapalinou je zanedbatelná. Na druhé
stranû ale nelze zanedbat tlak v parním
prostoru nádoby, tento tlak musí b˘t
pfiiveden˘ na nízkotlakou stranu diferenãního tlakomûru. Takovéto napojení
tlakomûru na parní prostor se naz˘vá
pfiímá montáÏ (dry leg, suchá vûtev),
pouÏívá se v pfiípadû, kdyÏ páry technologické tekutiny nejsou korozivní, ne-
na pfiístroj izolovanou montáÏí (wet leg,
mokrá vûtev). Je-li kondensát technologické kapaliny korozivní, nestabilní, nebo pokud není Ïádoucí, aby se jím vûtev impulzního potrubí naplnila, lze tuto
referenãní vûtev impulzního potrubí naplnit inertní, neteãnou, tekutinou.
V tomto pfiípadû je tfieba zváÏit dva
faktory. Za prvé: musí b˘t pfiesnû stanovena mûrná váha inertní tekutiny (SGwl)
a v˘‰ka (hwl) jejího sloupce v referenãní
vûtvi, nula diferenãního tlakomûru musí
ZPRAVODAJ
7
napájecí vzduch o tlaku
o 5 psi vy‰‰ím neÏ
je tlak, kter˘ má
opakovaã opakovat
relé
ke zdroji vût‰ího podtlaku (vakua)
atmosférick˘ tlak
ventilaãní
otvor
nízkotlaká
strana
napájecí vzduch, 20“
nad atmosférick˘m
nastavení
nuly
nastavení
nuly
vysokotlaká
strana
opakovan˘
pfietlak
A) pfietlak oproti atmosférickému tlaku
nádoba
s mûfien˘m
podtlakem
opakovan˘
podtlak
B) podtlak oproti atmosférickému tlaku
Obrázek 7-2: Opakovaãe tlaku se ‰irokou membránou
b˘t o hydrostatickou v˘‰ku odpovídající
tomuto sloupci inertní kapaliny [(SGwl)
(hwl)] posunuta. Za druhé: je Ïádoucí vybavit vr‰ek vûtve s izolovanou montáÏí,
mokré vûtve, vodoznakem, indikátorem,
tak, aby bylo moÏno v˘‰ku hladiny v této referenãní vûtvi vizuálnû sledovat.
V‰echny zmûny v hladinû náplnû referenãní vûtvû (v dÛsledku vypafiování nebo prosakování kapaliny) zpÛsobují
chybu mûfiení v˘‰ky hladiny v nádobû.
Je-li mûrná váha tekutiny pouÏité jako
náplÀ pro mokrou vûtev vy‰‰í neÏ mûrná váha technologické tekutiny, je tfieba
vysokotlakou stranu diferenãního tlakomûru pfiipojit na referenãní vûtev impulzního potrubí a nízkotlakou stranu
na vûtev vedoucí z nádoby.
Pokud je moÏno pouÏít pro naplnûní
referenãní vûtve kondensát, lze instalovat kondenzaãní hrnec a propojit ho
potrubími do horní úrovnû hladiny
v nádobû a do vr‰ku parního prostoru
nádoby. Aby se v kondenzaãním hrnci
udrÏovala konstantní hladina kondenzátu, musí b˘t kondenzaãní hrnec
umístûn o málo v˘‰e neÏ je jeho napojení do horní úrovnû hladiny (napojení
jejího v˘vodu) v nádobû. Pfiebyteãná
kapalina odteãe z hrnce zpût do nádoby. Je rovnûÏ Ïádoucí buì instalovat
ZPRAVODAJ
v kondenzaãním hrnci snímaã hladiny
kondenzátu, nebo vybavit kondenzaãní
hrnec vodoznakem, indikátorem, tak,
aby bylo moÏno v˘‰ku hladiny v kondensaãním hrnci pohodlnû kontrolovat.
KaÏdá metoda (suchá nebo mokrá)
zaji‰Èuje v referenãní vûtvi impulzního
potrubí diferenãního tlakomûru trvale
správn˘ tlak, ãímÏ se zaruãuje, Ïe jedinou promûnnou veliãinou zÛstává v˘‰ka hladiny v nádobû. Impulzní potrubí
musí b˘t v obou vûtvích diferenãního
tlakomûru, na stranû vûtve pfiivádûjící
tlak kapaliny v nádobû i na stranû referenãní vûtve, opatfieno trubkami
a ventily, potfiebn˘mi pro jejich snadné
vypu‰tûní a zaplavení. PouÏívá-li se referenãní vûtev s izolovanou montáÏí, je
tfieba pro mokrou referenãní vûtev zvolit plnící tekutinu, která má mal˘ koeficient teplotní roztaÏnosti. V opaãném
pfiípadû musí projektant provádût korekci na zmûnu hustoty tekutiny v referenãní vûtvi, zpÛsobenou zmûnami teploty okolního prostfiedí.
PouÏívají-li se pokroãilé inteligentní
pfievodníky/vysílaãe, lze, pokud se
znají parametry plnící tekutiny, teplotní
kompenzaci pro mokrou vûtev stanovit
lokálnû. Alternativou je pouÏít pro
kompenzaãní v˘poãty hostitelsk˘ poãí-
taã nebo kontrolní a fiídící systém.
Pokud je potfiebné udrÏet páry technologické tekutiny v nádobû, lze pouÏít
opakovaã tlaku. Toto zafiízení má na
svém v˘stupu vzduch o stejném tlaku
jako je tlak (nebo podtlak) par na jeho
vstupu a tento tlakov˘ signál, kter˘ je
rovn˘ tlaku v parním prostoru nádoby,
vysílá. Vstupní, mûfiící, strana opakovaãe je napojena do parního prostoru
nádoby a jeho v˘stupní signál je pfiiveden˘ na nízkotlakou stranu snímaãe diferenãního tlaku. Pokud v aplikaci dochází v napojení opakovaãe na nádobu k naná‰ení, usazování, materiálu,
nebo pokud se zde tvofií povlaky, je zde
moÏné uvaÏovat o pouÏití opakovaãe
se ‰irokou membránou Type 1:1 (Obrázek 7-2).
Opakovaãe odstraÀují chyby, zpÛsobované pfii izolované montáÏi mokrou
vûtví. Zaná‰ejí ale do mûfiení svoje
vlastní chyby, které jsou odbozené
z pfiesnosti opakování tlaku. Pfii tlaku
40 psig je, napfiíklad, chyba opakovaãe asi 2 palce vodního sloupce. Pfii tlaku 400 psig je to 20 palcÛ vodního
sloupce. V mnoha aplikacích je velikost
první chyby pfiijatelná, zatímco druhá
chyba je nepfiijatelná.
âíslo 4
77
7
• Diferenční tlakoměry
ProtoÏe je konstrukce rÛzn˘ch diferenãních tlakomûrÛ detailnû popsaná v jiném ãísle ZPRAVODAJE, podáme zde
bimetalick˘
kompensátor
vlivu teploty
k˘ v˘stupní signál tlakomûru bude mít
vÏdy hodnotu úmûrnou rozdílu tlakÛ,
které jsou na tlakomûr pfiivedeny. V˘stup pneumatického diferenãního tlako-
kapalná
náplÀ
kalibraãní
pero
• Obtížné technologické tekutiny
Pokud je technologickou tekutinou kal,
viskosní polymer, nebo jiná tekutina, se
kterou se obtíÏnû pracuje, je cílem ‰pi-
pneumatické
relé
tryska & klapka
mûchy ve
zpûtné vazbû
v˘stup
opûrn˘ ãep
a tûsnûní
Force Bar
nízkotlaká
strana
vysokotlaká
strana
A) vyvaÏování zmûnou polohy
nízkotlaká
strana
napájecí
stlaãen˘
vzduch
vysokotlaká
strana
membrána,
\kapsle vyplnûná
\kapalinou
B) vyvaÏování zmûnou síly
Obrázek 7-3 Konstrukce diferenãních tlakomûrÛ
pouze jejich struãn˘ pfiehled.
Diferenãní tlakomûr s vyvaÏováním
zmûnou polohy je nejvhodnûj‰í pro
vzdálené aplikace, kde není k dispozici rozvod stlaãeného vzduchu nebo kde
není k dispozici rozvod elektrické energie. Jsou-li v diferenãním tlakomûru
s vyvaÏováním zmûnou polohy pouÏity
jako snímací element mûchy, zpÛsobuje vzrÛst tlaku na kaÏdé ze stran tlakomûru to, Ïe se odpovídající mûch stlaãí
(Obrázek 7-3 A). Mûchy jsou spojeny
s pákov˘m ústrojím, které pfievádí lineární zmûnu polohy mûchÛ na zmûnu
polohy otoãného ukazatele, kter˘ lze
kalibrovat tak, aby ukazoval v˘‰ku hladiny v nádobû.
U diferenãních tlakomûrÛ s vyvaÏováním zmûnou síly se snímací element
(kter˘m je ãasto membrána) nepohybuje. Pro udrÏení rovnováhy sil pÛsobících na membránu se pouÏívá rameno
páky, která na membránu pÛsobí silou
(Obrázek 7-3 B). U pneumatick˘ch diferenãních tlakomûrÛ, tlakomûrÛ
s pneumatick˘m v˘stupem, se toho obvykle dosáhne pouÏitím sestavy trysky
a klapky, která zaji‰Èuje, Ïe pneumatic78
âíslo 4
mûru je lineární, jeho rozsah je obvykle
od 3 psig do 15 psig. V˘‰ky hladiny,
kter˘m signály vysílané z diferenãních
tlakomûrÛ (pneumatické signály, elektrické signály, signály vedené optick˘mi
kabely, nebo ãíslicové signály) odpovídají lze zobrazovat na lokálních, místních, ukazatelích, nebo je lze zobrazit
na vzdálen˘ch pfiístrojích. Pneumatické
pfievodníky/vysílaãe vyÏadují napájení
stlaãen˘m vzduchem (nebo dusíkem).
Elektronické diferenãní tlakomûry poskytují pfiesnost 0.5 % z jejich rozsahu
nebo lep‰í, v typickém provedení mají v˘stupní signál v rozsahu 4 mV aÏ 20 mV.
Rozsah tûchto jednoduch˘ch robustních
tlakomûrÛ mÛÏe b˘t jak velmi úzk˘, pouze 0 mm H2O aÏ 0.5 mm H2O pro mûfiení prÛvanu, tak velmi ‰irok˘, napfiíklad
0 psid aÏ 1000 psid. Nûkteré elektronické diferenãní tlakomûry mohou pracovat pfii tlacích v potrubí aÏ 4500 psig
a pfii teplotách aÏ 250 °F. Drift a nepfiesnost nûkter˘ch tûchto jednotek byla
testována po dobu tfiiceti mûsícÛ, velikost jejich chyby nepfiesáhla 0.5 %
z mezní hodnoty rozsahu.
navou technologickou tekutinu od diferenãního tlakomûru odizolovat. Aby
bylo moÏné diferenãní tlakomûr pfii ãi‰tûní nebo pfii v˘mûnû vyjmout aniÏ by
byla nádoba odstavena, mÛÏe b˘t plochá membrána snímaãe na‰roubována
za uzavírací ventil, umístûn˘ na nátrubku nádoby. Pokud je pfiijatelné, aby byla v pfiípadû nutnosti v˘mûny diferenãního tlakomûru nádoba odstavena, lze
uvaÏovat o pouÏití konstrukce se ‰irokou membránou. V tomto pfiípadû plocha membrány zakr˘vá otvor v nádobû
tak, aby byl vyrovnan˘ s vnitfiním povrchem nádoby. ZabraÀuje se tím vzniku
neprÛchodn˘ch dutin nebo kapes, ve
kter˘ch by se mohly shromaÏìovat
pevné látky, coÏ by ovlivÀovalo kvalitu
a parametry tlakomûru. K dispozici
jsou diferenãní tlakomûry s ploch˘mi
a ‰irok˘mi membránami, s opakovaãi
tlaku a s tûsnûními chránícími diferenãní
tlakomûry proti chemick˘m úãinkÛm technologického média, chemická tûsnûní.
Chemická tûsnûní, neboli membránová tlaková tûsnûní, jsou k dispozici s plnícími kapalinami jako je voda, glykol,
alkohol, líh, nebo rÛzné typy olejÛ. TaZPRAVODAJ
7
kováto tûsnûní se pouÏívají tehdy, mÛÏe-li na obou stranách tlakomûru docházet ke korosi nebo k ucpávání pfiístroje. K dispozici je ‰irok˘ v˘bûr korozivzdorn˘ch membrán a materiálÛ pro
potaÏení souãástek. Aby se minimalizovalo usazování materiálu a naná‰ení
povlakÛ, pouÏívá se jako materiál pro
potaÏení souãástek ãasto Teflon‚. PouÏití chemick˘ch tûsnûní se zde dûje na
úkor pfiesnosti mûfiení v˘‰ky hladiny.
Délky kaplikárních trubic by mûly b˘t co
nejkrat‰í, trubice by mûly b˘t chránûny
pfied dopadem pfiímého sluneãního záfiení. Navíc je tfieba pouÏít plnící tekutiny, které mají mal˘ koeficient teplotní
roztaÏnosti, nebo je nutno provádût
kompenzaci vlivu teploty okolního prostfiedí zpÛsobem diskutovan˘m pfii v˘-
L1
Trubkové systémy pro měření
výšky hladiny probubláváním
Trubkové systémy pro mûfiení v˘‰ky hladiny probubláváním, probublávaãe,
pfiedstavují jednoduch˘ a levn˘, ale
ménû pfiesn˘ (1 % aÏ 2 %), mûfiící
systém pro aplikace, kde se pracuje
s korozivními látkami nebo s kaly. Probublávaãe pouÏívají stlaãen˘ vzduch,
nebo stlaãen˘ plyn (obvykle dusík), kter˘ protlaãují trubicí, zanofienou do mûfiené látky (Obrázek 7-4 A). PrÛtok plynu je regulovan˘ na konstantní hodnotu (obvykle na asi 500 cm3/min). Konstantní prÛtok je udrÏovan˘ regulátorem diferenãního tlaku na rotametru,
v˘‰ka hladiny v nádobû urãuje velikost
protitlaku. S poklesem hladiny se proti-
nich pokles tlaku zanedbateln˘. Spodní
konec zanofiené trubice by mûl b˘t
umístûn dostateãnû vysoko nade dnem
nádoby, aby trubice nebyla ucpávána
usazeninami nebo kaly. V ústí trubice
by mûla v˘t vyfiíznuta ‰tûrbina, nebo
záfiez ve tvaru písmene V, aby se zajistilo tvarování mal˘ch bublinek a jejich
jednotn˘ spojit˘ tok. Alternativou
k umístûní trubice do nádoby je její
umístûní do vnûj‰í komory, která je
s nádobou propojená.
V nádobách, které jsou pod tlakem je
pro mûfiení hladiny zapotfiebí dvou spolupracujících zafiízení se zanofienou trubicí (Obrázek 7-4 B). Protitlak kaÏdé ze
dvou zanofien˘ch trubic mÛÏe b˘t pfiiveden˘ kaÏd˘ na jednu stranu trubicového U-manometru, diferenãního tlako-
vysílaã v˘‰ky hladiny
SS
PCV
membrána
pero 1
trubice
plovák
N2
zdroj
tlakového
dusíku
pero 2
prÛtok & vstupní
tlak p1
pneumatick˘ napájecí
zdroj (N2)
A) otevfiená nádoba
ventil nastavení
prÛtoku (V)
F1
vzdálenû
umístûné díly
P1
SS
dPCV
F1
referenãní potrubí
pracovní potrubí
p2
ventil
regulátoru
dPCV
L1
tlakomûr
zanofiená trubice
B) uzavfiená nádoba
Obrázek 7-4: Trubkov˘ systém pro mûfiení v˘‰ky hladiny probubláváním
kladu izolované montáÏe. Pokud tûsnûní prosakuje, je údrÏba tûchto systémÛ
obvykle provádûna v továrnû v˘robce/dodavatele, coÏ vyÏaduje provést
práce potfiebné pro celkové vypu‰tûní
a zpûtné naplnûní jednotky.
ZPRAVODAJ
tlak úmûrnû zmen‰í, jeho hodnota je
mûfiena buì tlakomûrem kalibrovan˘m
v procentech v˘‰ky hladiny, nebo snímaãem tlaku nebo snímaãem/pfievodníkem/vysílaãem tlakového signálu.
Zanofiené trubice by mûly mít pomûrnû
velk˘ prÛmûr (asi 2 palce), aby byl na
mûru, nebo snímaãe/pfievodníku/vysílaãe diferenãního tlakového signálu.
Aby byl kondenzát par technologické
tekutiny pfii ztrátû tlaku proãi‰Èujícího
probublávaného plynu odveden zpût
do nádoby, mûlo by b˘t plynové, pneumatické, potrubí nebo trubice probubláâíslo 4
79
7
vacího systému vyspádováno smûrem
do nádoby. Napájecí ãistící, probublávan˘, plyn by mûl b˘t ãist˘, such˘, a mûl
by mít tlak alespoÀ o 10 psig vy‰‰í, neÏ
je celkov˘ pfiedpokládan˘ maximální
poÏadovan˘ tlak (odpovídající situaci,
nulové hladinû tekutiny, naz˘vá se toto,
pfii kalibraci provádûné nastavení nuly,
pojmem zvednutím nuly, pokud je tlakomûr umístûn˘ pod v˘pustí, naz˘vá se
potlaãením nuly. Vût‰ina diferenãních
tlakomûrÛ má moÏnost zvednutí a potla-
rychlost
vypafiování
referenãní vûtve, by se mûla vysokotlaká strana diferenãního tlakomûru pfiipojovat na tlak v nádobû tehdy, je-li
mûrná váha tekutiny, kterou je mokrá
vûtev impulzního potrubí naplnûna,
blízká mûrné váze lehké vrstvy. Pokud
je mûrná váha tekutiny, kterou je mokrá vûtev impulzního potrubí naplnûna,
blízká mûrné váze tûÏké vrstvy, mûla by
se vysokotlaká strana diferenãního tlakomûru pfiipojovat na referenãní vûtev
impulzního potrubí.
525°F, 850 psig
napájecí
voda
h2
120°F
h3
h1
• Speciální aplikace
LT
bubnov˘ generátor páry
vysílaã v˘‰ky hladiny
Obrázek 7-5: Mûfiení v˘‰ky hladiny v bubnovém generátoru páry
kdy je nádoba zcela naplnûná a kdy je
tlak par maximální). Alternativou k pouÏití systému, kter˘ mûfií v˘‰ku hladiny
probubláváním spojitû, je pouÏití ruãní
pumpy (podobné hustilce pouÏívané
pro nahu‰tûní du‰í jízdního kola), kterou se vzduch probublává pouze tehdy,
kdyÏ se provádí odeãet v˘‰ky hladiny.
Probublávaãe spotfiebovávají inertní
plyny, které se mohou pozdûji shromaÏìovat a pokr˘vat v˘robní zafiízení.
VyÏadují také údrÏbu, kterou se zaji‰Èuje, aby byl zdroj plynu stále k dispozici a aby byl systém správnû nastaven˘ a kalibrovan˘. KdyÏ se zváÏí v‰echna hlediska, dává se obvykle pfied
systémy pro mûfiení v˘‰ky hladiny probubláváním ve vût‰inû aplikací pfiednost diferenãním tlakomûrÛm.
• Zvednutí a potlačení nuly
Není-li diferenãní tlakomûr umístûn˘ ve
v˘‰ce, která odpovídá nulové, 0 %, hodnotû v˘‰ky hladiny v nádobû, musí se pfii
jeho kalibraci vzít tento v˘‰kov˘ rozdíl
do úvahy. Pokud je tlakomûr umístûn˘
nad spodní v˘pustí, nacházející se na
80
âíslo 4
ãení nuly v rozsahu 600 % a 500 % z jejich kalibrovaného rozsahu, respektive
do úrovnû, dokud dokud kalibrovan˘
rozsah nepfiesáhne 100 % z horní meze
rozsahu tlakomûru.
Pfiedpokládejme, napfiíklad, Ïe lze
urãit˘ elektronick˘ diferenãní tlakomûr
kalibrovat pro rozsahy leÏící mezi
0 psid aÏ 10 psid, (coÏ je jeho nejniÏ‰í rozsah, LRL lower range limit), a pro
0 psid aÏ 100 psid, (coÏ je jeho nejvy‰‰í rozsah, URL upper range limit).
Tlakomûr má b˘t pouÏit˘ pro mûfiení
v˘‰ky hladiny v uzavfieném vodojemu,
vysokém 45 stop, coÏ vyÏaduje mûfiit
hydrostatick˘ tlak v rozsahu 0 psid aÏ
20 psid. Tlakomûr je umístûn˘ asi
11 stop (5 psid) nad spodním v˘pustí
nacházející se na nulové hladinû vody.
Je proto tfieba zvednout nulu o 5 psid.
Diferenãní tlakomûr mÛÏe tuto aplikaci
zvládnout, protoÏe potfiebn˘ kalibrovan˘ rozsah je roven 25 % URL a zv˘‰ení nuly je rovno 25 % z kalibrovaného rozsahu.
V aplikacích, kde se provádí mûfiení
hladiny rozhraní látek pomocí mokré
Pokud je technologická tekutina ve varu, tento pfiípad nastává napfiíklad
v bubnovém generátoru páry, je referenãní tlak v mokré vûtevi udrÏovan˘
kondenzaãním hrncem, kter˘ je odvodnûn˘ zpût do bubnu, takÏe je hladina
v mokré vûtvi udrÏována na konstantní
hodnotû. Hustota vody v referenãní vûtvi se mûní v závislosti na zmûnách teploty okolního prostfiedí (nebo v závislosti na ozáfiení vûtve sluncem), coÏ vyvolává potfiebu provádádût (manuálnû
nebo automaticky) kompenzaci mûfien˘ch hodnot na teplotu.
Obrázek 7-5 ukazuje typickou aplikaci mûfiení v˘‰ky hladiny v elektrárenském bubnovém generátoru páry. Diferenãní tlak d/p, mûfien˘ diferenãním
tlakomûrem je roven
d/p = h1SG1 + h2SG2 - h3SG3
d/p = 0.03 h1 + 0.76 h2 - 0.99 h3
Poznamenejme, Ïe se jak mûrná váha (SG, specific gravity) nasycen˘ch
vodních par (0.03), tak mûrná váha
nasycené kapalné vody (0.76) nemûní
pouze v závislosti na tlaku v bubnu, ale
také na rychlosti fázové pfiemûny. To
zpÛsobuje, Ïe pfii zv˘‰ení rychlosti vypafiování vody bublinky vzkypí (a mûrná hmotnost SG2 klesne) a Ïe pfii poklesu rychlosti vypafiování bublinky zanikají (a SG2 roste). Aby tedy bylo
moÏné v bubnovém generátoru páry
urãit správnû jak v˘‰ku hladiny vody,
tak hmotnost vody, musí se do jejich v˘poãtu zahrnout nejen údaj mûfien˘ diZPRAVODAJ
7
ferenãním tlakomûrem, ale také hodnota tlaku v bubnu a obvyklá rychlost vypafiování vody.
Plováky jsou zafiízení u kter˘ch dochází k vyváÏení zmûnou polohy, plováky se, spolu se zmûnou v˘‰ky hladiny kapaliny, pohybují smûrem nahoru
mûní úmûrnû i nadlehãující síla.
Nadlehãující sílu lze mûfiit, její hodnota ukazuje hodnotu v˘‰ky hladiny.
Jak pravé plováky, tak ponorné mûrky
spínací element
ãep
pfiedpínací pero
jaz˘ãkov˘ spínaã
plovák
magnet
B)
plovák
permanentní
magnet
rozdíl hladin
kuÏelov˘ závit
1/2 NPT
(13 mm)
rostoucí hladina
klesající hladina
A) spínaã s magnetick˘m pístem
B) jaz˘ãkov˘ spínaã
C) rtuÈov˘ spínaã
Obrázek 7-6: Plovákové hladinové spínaãe
• Skladovací/výdejové systémy
Poãítaãem fiízené skladovací/v˘dejové
systémy obvykle pracují se signály
o v˘‰ce hladiny z nûkolika nádrÏí,
umístûn˘ch v odpovídající tovární síti.
Tyto systémy provádûjí monitorování
hladiny v nádrÏích, pouÏívají fiadu
kompenzaãních a konverzních algoritmÛ. Algoritmy slouÏí pro korekci hmotnosti, pro urãení hmotnostního nebo
objemového prÛtoku a pro korekce na
tvary horizontálních, vertikálních nebo
kulov˘ch nádob. Tyto systémy mohou
provádût i bezpeãnostní funkce, napfiíklad vypínání plnících ãerpadel s cílem
pfiedejití pfieplnûní nádrÏí.
a dolÛ. Ponorné mûrky jsou zafiízení,
u kter˘ch dochází k vyváÏení zmûnou
síly (plováky s omezením pohybu), jejich zdánlivá váha se mûní podle Archimedova zákona: tûleso ponofiené do
tekutiny je nadlehãováno silou, která je
rovná váze tekutiny tûlesem vytlaãené.
Se zmûnou v˘‰ky hladiny kolem nepohybujícího se, stacionárního, tûlesa
mûrky (s konstantním prÛmûrem) se
jsou k dispozici jako snímaãe/pfievodníky/vysílaãe pro spojité mûfiení, pro
mûfiení spojitû se mûnící v˘‰ky hladiny
i jako jednohodnotové hladinové spínaãe.
V prÛmyslov˘ch aplikacích se ãasto
dává pfiednost ponorn˘m mûrkám,
protoÏe u nich nedochází k jejich pohybu. Sílu lze navíc ãasto mûfiit pfiesnûji, neÏ polohu. Pravé plováky se ale
pouÏívají také, vût‰inou v domácnos-
ON, zapnuto
Plováky a ponorné měrky
Je to jiÏ více neÏ 2200 rokÛ, co Archimedés jako první objevil, Ïe zdánlivá
váha plovoucího tûlesa je rovna jeho
váze na suchu, zmen‰ené o váhu kapaliny tûlesem vytlaãené. O zhruba
2000 let pozdûji, koncem osmnáctého
století, se objevila první prÛmyslová
aplikace hladinového plováku, kdyÏ
James Brindley a Sutton Thomas Wood v Anglii a I. I. Polzunov v Rusku
pouÏili v kotlech první plovákové regulátory.
ZPRAVODAJ
x
85°
y
OFF, vypnuto
Obrázek 7-7: Dvoupolohové fiízení jednoho ãerpadla plovákem
âíslo 4
81
7
tech, komunálních aplikacích a v sekundárních aplikacích.
• Plovákové hladinové spínače
n˘ ve vodorovné poloze, jaz˘ãkov˘ spínaã, jaz˘ãkové relé hladinového spínaãe, je spínan˘ permanentním magnetem (Obrázek 7-6B).
Mûrná váha materiálu plováku by
umístûní do víka nádoby
B)
C)
A)
umístûní do
boãní stûny nádoby
komora
plováku
Obrázek 7-8: Typické aplikace hladinového spínaãe
Nadlehãující síla, která je k disposici
pro ovládání plovákového spínaãe (t.j.
v˘sledná vztlaková síla) je rovná rodílu
váhy vytlaãené tekutiny (hrubé vztlakové síly) a váhy plováku. Plováky se vyrábûjí v kulovém provedení (Obrázek
7-6 A), ve válcovém provedení (Obrázek 7-6 B) a v mnoha jin˘ch tvarech
(Obrázek 7-6 C). Mohou b˘t vyrobeny
z nerezavûjící oceli, Teflonu‚, z materiálu Hastelloy, Monel, a z rÛzn˘ch jin˘ch
umûl˘ch hmot. U plovákÛ z pryÏe
a z umûl˘ch hmot se typické pracovní
teploty mohou pohybovat v rozmezí 40 °C aÏ 80 °C (-40 °F aÏ 180 °F), tlaky v rozmezí aÏ do 150 psig, u plovákÛ z nerezavûjící oceli mohou b˘t teploty v rozmezí -40 °C aÏ 260 °C (-40 °F
aÏ 500 °F), tlaky v rozmezí aÏ do
750 psig. Plováky jsou k dispozici
s normalizovan˘mi, standardními, rozmûry od 1 palce do 5 palcÛ prÛmûru
plováku. U vût‰iny v˘robcÛ plováku lze
objednat plováky s rozmûry, tvary
a materiálem podle poÏadavku zákzníka. Spínaã, kter˘ je pfiipevÀovan˘ do
boãní stûny nádoby má plovák umístû82
âíslo 4
vÏdy mûla b˘t men‰í, neÏ je minimální
pfiedpokládaná mûrná váha mûfiené
technologické tekutiny (SG). Pro ãisté
kapaliny mÛÏe postaãovat rozdíl mûrn˘ch vah 0.1 SG, zatímco u aplikací
kde se pracuje s viskozními nebo neãist˘mi technologick˘mi látkami se doporuãuje rozdíl alespoÀ 0.3 SG. Získá
se tím dodateãná síla pro pfiekonání
odporu tfiení a pro pfiekonání sil vznikl˘ch v dÛsledku usazování materiálu.
V aplikacích kde se pracuje s neãist˘mi
látkami by mûly b˘t plováky rovnûÏ dostupné pro jejich ãi‰tûní.
Plováky lze pfiipevnit na mechanická
ramena nebo na páky a mohou ovládat
elektrická, pneumatická, nebo mechanická zafiízení a mechanismy. Vlastní
spínaã mÛÏe b˘t proveden jako rtuÈov˘
spínaã (Obrázky 7-6 A a 7-6 C), jako
obyãejn˘, such˘, kontakt (kontakt mÏikového relé nebo kontakt jaz˘ãkového
relé ukázaného na obrázku 7-6 B), mÛÏe b˘t v hermeticky utûsnûném pouzdfie, mÛÏe b˘t realizovan˘ pneumatick˘m
kontaktem. Spínaã mÛÏe b˘t pouÏit˘
pro buzení, ovládání, optického ukazatele, hlásiãe, ãerpadla, nebo ventilu.
Elektrické kontakty mohou b˘t dimenzovány na spínání malého v˘konu (10 VA
aÏ 100 VA), nebo na spínání velkého
v˘konu (aÏ do 15 Astfi pfii 120 Vstfi). Pokud má spínaã ovládat obvod kter˘
pfiedstavuje vût‰í zátûÏ neÏ odpovídá
dimenzování jeho kontaktÛ, je tfieba
mezi spínaã a zátûÏ umístit relé, slouÏící jako zesilovaã v˘konu. UmísÈuje-li se
spínaã do stejnosmûrné proudové smyãky 4 mA aÏ 20 mA, je vhodné, pro zaji‰tûní poÏadované velmi malé resistance sepnut˘ch kontaktÛ, pouÏít spínaã se
such˘mi pozlacen˘mi kontakty.
ochrann˘
kryt
Obrázek 7-9: Sestavy plovákov˘ch hladinov˘ch spínaãÛ
ZPRAVODAJ
7
• Aplikace & instalace
Obrázek 7-6 C ukazuje klopn˘ spínaã.
V plováku z umûlé hmoty je umístûn˘
rtuÈov˘ spínací prvek nebo rtuÈové relé,
elektrick˘ kabel plováku je uvnitfi nádoby nebo jímky pfiichycen˘ k trubce. Jak
se hladina tekutiny zvedá nebo klesá,
plovák se sklápí nahoru a dolu, ãímÏ se
kter˘ se pohybuje nahoru a dolÛ po
krátké vertikální vodící trubce, ve které
se nachází jaz˘ãkov˘ spínaã. Délka pohybu plováku mÛÏe b˘t pouze 1/2 palce nebo men‰í, jeho pohyb je omezen˘
objímkami. Plovákové a vodící trubice
jsou k dispozici v provedení s více plováky, které mohou detekovat více hladi-
(HI, high, vysoká hladina) a spíná jedno ãerpadlo. Tfietí spínaã detekuje hladinu u vrchu nádoby (HI-HI, velmi vysoká hladina) a spíná druhé ãerpadlo, zároveÀ mÛÏe spínat i zvukov˘ a/nebo vizuální v˘straÏn˘ signál, alarm.
Obrázek 7-8 A ukazuje, jak mÛÏe
b˘t zatûsnûné, zatavené, jaz˘ãkové
pfiíruba zkrutné
trubice
rameno
zkrutné trubice
tyã zkrutné
trubice
hlava ramene zkrutná
zkrutné trubice trubice
zku‰ební,
testovací, lano
koncová
zaráÏka
bfiit
tryska
klapka
vysoká hladina
ohebné
lano
ponorná mûrka
ponorné mûrky
nízká hladina
A) spínaã s ponornou mûrkou
B) vysílaã spojitû se mûnící v˘‰ky hladiny
Obrázek 7-10: Mûfiení hladiny ponornou mûrkou
jeho elektrick˘ kontakt rozepíná a spíná. Volná délka kabelu urãuje v˘‰ku
hladiny, kde plovák sepne. Pro ovládání stanic s jedním nebo dvûma ãerpadly je moÏno pouÏít jeden, dva, nebo tfii
hladinové spínaãe. Simplexní systém
(s jedním ãerpadlem) pouÏívá jeden
spínaã, zapojen˘ v elektrickém pfiívodu
do motoru v sérii s motorem tak, Ïe spínaã motor ãerpadla pfiímo spíná a vypíná (Obrázek 7-7, ãerpadlo vyãerpává obsah nádoby).
Duplexní systém (se dvûma ãerpadly)
mÛÏe pouÏívat tfii spínaãe. První spínaã
detekuje hladinu u dna nádoby (LO,
low, dolní mezní hladina) tento snímaã
obû ãerpadla, ãerpadla vyãerpávají obsah nádoby, vypíná. Druh˘ snímaã detekuje hladinu ve stfiedu v˘‰ky nádoby
ZPRAVODAJ
spínací relé ovládané sousedním plovákov˘m spínaãem, kter˘ je pfiipevÀen˘
do boãní stûny nádoby. Hlavní v˘hodou tohoto fie‰ení je, Ïe prodluÏování
ramene páky vede ke zvy‰ování vztlakové síly, generované plovákem. Vlastní plovák mÛÏe b˘t proto znaãnû men‰í. Hlavní nev˘hodou je, Ïe se pfii provádûní údrÏby spínaãe musí nádoba
otevírat. Pokud se vztlaková síla plováku pouÏívá pro pfiímé mechanické
ovládání mÏikového spínacího relé, postaãuje vztlaková síla o velikosti pouze
jedné unce.
Magnetické plovákové spínaãe,
umísÈované u vrchu (nebo u dna) nádoby (Obrázek 7-8 B), mají obvykle magnet umístûn˘ ve válcovitém plováku,
ny tekutiny. Samotná sestava spínaãe
mÛÏe b˘t zasunuta buì pfiímo do nádoby, nebo mÛÏe b˘t pfiipevnûna do
boãní stûny oddûlené komory.
Do oddûlené komory lze také umístit
spínaã, kter˘ je ovládan˘ magnetick˘m
pístem (Obrázek 7-8 C). Jak se uvnitfi
nemagnetické trubice magnet posouvá
nahoru a dolÛ, ovládá rtuÈov˘ spínaã,
kter˘ je umístûn˘ vnû trubice. Tyto spínaãe jsou zcela utûsnûné, a jsou velmi
vhodné pro obtíÏné prÛmyslové aplikace pfii tlacích aÏ 900 psig a teplotách
aÏ 400 °C (750 °F), splÀují pfiitom poÏadavky pfiedpisÛ ASME. Uvedené spínaãe lze instalovat montáÏí shora, ze
strany, mohou b˘t v ko‰i, nebo mohou
mít vlastní ochranné vedení (Obrázek
âíslo 4
83
7
7-9). V bubnov˘ch parních generátorech, v ohfiívaãích napájecí vody,
v ohfiívaãích ohfiívací vody, v kondensaãních hrncích, v odluãovaãích plynÛ
v separátorech olejov˘ch plynÛ, ve sbûraãích, v akumulátorech, mohou slouÏit
jak pro realizaci funkcí alarmÛ, tak pro
nátrubek 2“, nebo vût‰í
uzavírací (ventilaãní) ventil 3/4“,
nebo zátka
svislá trubice, vnitfiní
prÛmûr 2“ nebo 3“
• Spínače s ponornou měrkou
Zatímco poloha plováku obvykle sleduje hladinu kapaliny, zÛstává ponorná
mûrka do tekutiny ãásteãnû, nebo úplnû, ponofiená. Na Obrázku 7-10 A je
ukázáno, jak se zdánlivá váha ponorné mûrky se zvût‰ujícím se zanofiením
natlakovaná nádoba
uzavírací ventil 2“
uzavírací ventil
kohouty, T-kusy
uzavírací (ventilaãní) ventil 3/4“,
nebo zátka
uzavírací ventil 1.5“,
nebo vût‰í
‰roubové nebo
pfiírubové spojky 1.5“
spojky 6000 LB, odboãen˘
pouze jeden konec
pfiekr˘vající se sklenûné
prÛzory stavoznakÛ
uzavírací ventil 1.5“,
nebo vût‰í
redukce na potrubí 3/4“
v této sekci lze
pouÏít kolena
uzavírací (vypou‰tûcí)
ventil 3/4“
Obrázek 7-11: Instalace podle normy API Standards
regulaci a fiízení. Plovákové spínaãe,
urãené pro neobtíÏn˘ provoz, jsou
k dispozici pro práci aÏ do tlaku 250
psig pfii teplotû 200 °C (400 °F) a aÏ
do 400 psig pfii 40 °C (100 °F). Jsou
tedy vhodné pro regulaci ventilÛ mnoha kotlÛ, sbûraãÛ kondensátu, odluãovaãÛ, skláfisk˘ch denních van, zásobních tankÛ na nápoje a ostatních zásobníkÛ. Ko‰e a vedení plovákÛ mohou
b˘t dodávány s hladinov˘mi mûrkami.
Pro vícenásobné spínací aplikace, jako
je napfiíklad generování alarmÛ a fiídících signálÛ odvozen˘ch od v˘‰ky hladiny v kotli, jsou k dispozici vícenásobné spínaãe.
84
âíslo 4
mûrky do kapaliny sniÏuje. K aktivaci
spínaãe dochází, kdyÏ zdánlivá váha
mûrky poklesne pod hodnotu, potfiebnou pro stlaãení pera. V aplikacích,
kde se vyskytují turbulence, víry, tlakové rázy, kde látka kypí nebo pûní, pracují spínaãe s ponornou mûrkou spolehlivûji, neÏ spínaãe s prav˘mi plováky. Zmûna jejich nastavení je snadná,
protoÏe mûrky mohou b˘t zavû‰eny na
svém závûsném lanû do jakékoliv (aÏ
do délky padesáti stop) v˘‰e. Tyto spínaãe jsou mezi jednotliv˘mi nádrÏemi
zamûnitelné, neboÈ se mohou rÛzn˘m
hustotám rÛzn˘ch technologick˘ch tekutin pfiizpÛsobit zmûnou napûtí opûr-
ného pera.
Testování správné funkce mÛÏe
u pravého plováku vyÏadovat naplnit
nádobu aÏ po hladinu, která má plovák aktivovat. Spínaã s ponornou mûrkou lze testovat jeho prost˘m povytaÏením z tekutiny (Obrázek 7-10 A). Spínaãe s ponornou mûrkou které jsou urãené pro obtíÏné aplikace jsou k dispozici s ko‰i a pfiírubami pro tlaky aÏ
5000 psig pfii teplotách 150 °C (300
°F), jsou vhodné pro zásobníky kapalin, plynojemy, vysokotlaké skrubry
a pro nádrÏe odluãovaãÛ uhlovodíkÛ.
• Ponorné měrky pro spojité měření výšky hladiny
Ponorné mûrky jsou oblíbené, zejména
v ropném a petrochemickém prÛmyslu,
jako snímaãe/pfievodní-ky/vysílaãe
v˘‰ky hladiny a jako lokální regulátory
v˘‰ky hladiny. ProtoÏe ale povlaky na
mûrce mûní její objem a tím i její vzlakovou sílu, nejsou vhodné pro práci
s kaly a ka‰emi. Nejpfiesnûji a nejspolehlivûji pracují v aplikacích, kde se jedná o ãisté kapaliny, které mají konstantní hustotu. Mûly by b˘t kompenzovány
na teplotu, zejména tehdy, kdyÏ zmûny
teploty technologické tekutiny zpÛsobují
v˘znamné zmûny její hustoty.
Pokud se mûrka pouÏívá jako vysílaã spojitû se mûnící v˘‰ky hladiny, je
mûrka, která má vÏdy vût‰í mûrnou váhu neÏ technologická tekutina, zavû‰ena na rameni zkrutné trubice. Její
zdánlivá váha zpÛsobuje úhlové natoãení zkrutné trubice (torzního pera,
tûsní bez tfiení). Toto úhlové natoãení je
pfiímo úmûrné váze mûrky (Obrázek
7-10 B).
Normovan˘, standardní, rozmûr mûrky je 100 krychlov˘ch palcÛ, nejãastûji
pouÏívané délky mûrky jsou 14, 32, 48,
a 60 palcÛ. (U speciálních konstrukcí
jsou k disposici délky aÏ 60 stop.) Vztlakovou sílu lze mûfiit, kromû zkrutn˘mi
trubicemi, i jin˘mi snímaãi síly, vãetnû
per a pfiístrojÛ s vyvaÏováním zmûnou
síly. Je-li vztlaková síla vyvaÏovaná perem, dochází zde k urãitému pohybu
mûrky, je-li pouÏit˘ snímaã s vyvaÏováZPRAVODAJ
7
ním síly, zÛstává mûrka v jedné poloze
a mûní se pouze v˘‰ka hladiny kapaliny,
do které je mûrka zanofiena.
K dispozici jsou jednotky s ponornou
mûrkou, které mají jak elektronick˘, tak
pneumatick˘ v˘stupní signál, lze je také
sestavit jako lokální, samostatn˘ regulátor. PouÏívají-li se pro mûfiení vody,
generuje mûrka která má objem 100
krychlov˘ch palcÛ vztlakovou sílu aÏ
3.6 liber. Normalizované, standardní,
zkrutné trubice jsou proto kalibrovány
na kroutící sílu v rozsahu 0 liber aÏ 3.6
liber. Tenkostûnné zkrutné trubice jsou
kalibrovány na kroutící sílu v rozsahu 0
liber aÏ 1.8 liber.
Pro rafinerie a jiné nepfietrÏité technologické procesy doporuãuje American Petroleum Institute (ve zprávû API
RP 550), aby byly ponorné mûrky instalovány ve vnûj‰ích stojat˘ch trubkách vybaven˘ch hladinov˘mi stavoznaky a oddûlovacími ventily (Obrázek
7-11). Pfii takovémto fie‰ení je moÏné
provádût opakovanou kalibraci a údrÏbu ponorné mûrky bez pfieru‰ení technologického procesu.
horní ukotvení
sestava
vodícího
drátu olejového tûsnûní
magnet
mûrkou do tûÏké vrstvy kapaliny. Nastaví-li se v˘stup takto vytvofieného snímaãe/pfievodníku/vysílaãe pfii úplném
zaplnûní komory mûrky lehkou kapalinou na nulovou hodnotu a pfii úplném
zaplnûní komory mûrky tûÏkou kapalinou na hodnotu odpovídajícím 100 %
rozsahu mûfiení, odpovídá pfii provozu
v˘stup vysílaãe v˘‰ce mûfieného rozhraní. Aby byly oba pfiívody komory vÏdy
umístûny ve vrstvách dvou rÛzn˘ch kapalin a aby byla komora vÏdy zcela
zaplavená je pfiirozenû pfii mûfiení v˘‰ky rozhraní podstatné. PrÛmûr ponorné
mûrky lze zmûnit tak, aby mûrka odpovídala rozdílu hustot mûfien˘ch kapalin,
délku mûrky lze nastavit tak, aby odpovídala rozsahu vertikálních zmûn v˘‰ky
hladiny jejich rozhraní.
Pokud je normovan˘ rozdíl mûrn˘ch
hmotností dvou technologick˘ch kapalin vût‰í neÏ 0.05, lze pro detekci a mûfiení v˘‰ky jejich rozhraní pouÏít i pravé plováky. V takov˘chto aplikacích je
tfieba pouÏít plovák, jehoÏ stfiední hustota je vût‰í neÏ neÏ je hustota lehãí kapaliny, a men‰í, neÏ je hustota tûÏ‰í kapaliny. Pokud se zvolí takov˘to plovák,
sleduje jeho poloha v˘‰ku hladiny roz-
indikaãní
destiãky
plovák
a magnet
plovák
fiez
A)
plovák
star‰í, a snad také nejpfiesnûj‰í, konstrukce s páskov˘m stavoznakem, vodoznakem (Obrázek 7-12 A). U této
konstrukce je plovák v nádobû spojen˘
páskem, nebo lanem, s tabulí stavoznaku, nebo s vnûj‰í napínací cívkou
s ukazatelem, na kterou se navíjí. Plovák se v nádobû pohybuje smûrem nahoru a dolÛ po vodících drátech, nebo
se zde pohybuje ve stabilizaãní jímce.
Takovéto mûfiiãe hladiny se pouÏívají ve
vzdálen˘ch, neobsluhovan˘ch, osamocen˘ch aplikacích, lze je proto vybavit
elektronikou pro vysílání a pfienost dat,
potfiebnou pro jejich zaãlenûní do celopodnikov˘ch fiídících systémÛ.
Pro instalaci páskového snímaãe je
nutné mít ve vr‰ku nebo víku nádoby
otvor a ve dnu nádoby provést zakotvení jeho vedení. Pokud se plovákové
stavoznaky správnû udrÏují, mají pfiesnost 1/4 palce. Je dÛleÏité, aby byly
vodící dráty plováku stále napjaté, ãisté
a aby nebyly zkorodované, také je tfieba se ujistit, Ïe se pásek nikde nedot˘ká ochrann˘ch trubek, ve kter˘ch je veden˘. Pokud tomu tak není, mÛÏe se
plovák na vodících drátech zadrhnout,
nebo se mÛÏe pásek zadrhnout
uná‰en˘ magnet
a snímací tyã
hlavice
cívky
sestava
cívky
ãelní
pohled
vodící
trubice
C)
B)
D)
Obrázek 7-12: Plovákové snímaãe pro spojité mûfiení v˘‰ky hladiny
• Aplikace pro měření výšky rozhraní tekutin
hraní. Pfii práci s ãist˘mi kapalinami
dává toto fie‰ení pfiijatelné v˘sledky.
Mûfií-li se v˘‰ka rozhraní mezi tûÏkou
a lehkou kapalinou (napfiíklad mezi
olejem plovoucím na vodû a vodou),
umisÈuje se horní pfiívod komory s ponornou mûrkou do vrstvy lehké kapaliny a dolní pfiívod komory s ponornou
• Plováky pro spojité měření výšky
hladiny
ZPRAVODAJ
Z mnoha konstrukcí plovákov˘ch snímaãÛ pouÏívan˘ch pro spojité mûfiení
spojitû se mûnící v˘‰ky hladiny je nej-
v ochranné trubce. (K tomu mÛÏe dojít
tehdy, kdyÏ se v˘‰ka hladiny po dlouhou dobu nemûní, nebo kdyÏ je nádoba umístûna ve vlhkém prostfiedí.)
Jin˘m spojitû pracujícím mûfiiãem
v˘‰ky hladiny sestává z magnetického
plováku, kter˘ se pohybuje nahoru
a dolu uvnitfi dlouhé nemagnetické (vyrobené obvykle z nerezavûjící oceli)
âíslo 4
85
7
trubice. Trubice je pfiipojena na pfiírubové nátrubky v boãní stûnû nádoby.
Trubice je po své délce opatfiena optick˘m indikátorem v˘‰ky hladiny, sestávajícím ze ãtvrtpalcov˘ch destiãek, plátkÛ, trojúhelníkového tvaru. JestliÏe
magnetické pole generované plovákem
dosáhne do v˘‰ky destiãky (Obrázek 712 B), mûní destiãka svÛj stav (mûní
svoji barvu ze zelené barvy na ãervenou nebo na jinou barvu). K dispozici
jsou konstrukce se spínaãi alarmÛ a variantami pro vysílání dat, vyuÏívá se
zde podobá magnetická vazba (Obrázek 7-12 C). U jin˘ch podobn˘ch fie‰ení snímaãe je pouÏita fiada jaz˘ãkov˘ch spínaãÛ, spínaãe jsou umístûné
uvnitfi trubice. V˘‰ka hladiny se mûfií
mûfiením v˘stupního napûtí snímaãe, ke
zmûnû v˘stupního napûtí dochází v dÛsledku spínání jaz˘ãkov˘ch spínaãÛ pfii
zmûnû v˘‰ky magnetu.
Na Villariho jevu je zaloÏená funkce
magnetostriktivních snímaãÛ. U magnetického vlnovodného spojitého snímaãe
hladiny se plovák (nebo, mûfií-li se rozhraní kapalin, plováky) pohybují soustfiednû nahoru a dolÛ podél vnûj‰í
strany vertikálnû umístûné trubice. Uvnitfi trubice se nachází soustfiedn˘ vlnovod, vyroben˘ z magnetostriktivního
materiálu. Vlnovodem se odshora vysílá mal˘ budící proudov˘ impulz, jehoÏ
postupem se po délce vlnovodu vytváfií
elektromagnetické pole. Interakcí tohoto elektromagnetického pole s polem
permanentního magnetu, nacházejícího se uvnitfi plováku, vzniká mechanick˘ kroutící napûÈov˘ impulz (kter˘ namáhá trubici vlnovodu na zkrut), kter˘
se mûfií jako odezva na budící impulz.
âasové zpoÏdûní mezi budícím impulzem a odezvou na budící impulz je
úmûrné v˘‰ce hladiny v nádobû.
Tato metoda mûfiení v˘‰ky hladiny
v nádobû je velmi pfiesná, 0.02 palce, je proto ideální pro pfiesné mûfiení
a fiízení stavu zásob. Snímaã je k disposici v délkách od 2 stop do 25 stop
a lze ho zasunout odshora do nádoby.
Fitink pro upevnûní snímaãe lze k nádobû pfii‰roubovat, pfiipevnit pomocí
pfiíruby, nebo pfiivafiit. Pro souãasné
86
âíslo 4
mûfiení v˘‰ky rozhraní a celkové v˘‰ky
hladiny je k dispozici systém se dvûma
plováky (Obrázek 7-12 D). Pro kompenzaci mûfiení na teplotu je k dispozici
odporov˘ teplomûr (RTD, resistance temperature detector). Stejnû jako je tomu
u jin˘ch pfiístrojÛ s plováky, je i toto fie‰ení snímaãe vhodné pro ãisté kapaliny.
Snímaã je dimenzovan˘ na teploty aÏ
150 °C (300 °F) a na tlaky aÏ 300 psig.
V˘stupem vysílaãe mÛÏe b˘t analogov˘
stejnosmûrn˘ signál 4 mA aÏ 20 mA,
nebo ãíslicov˘ v˘stupní signál kompatibilní s prÛmyslovou sbûrnicí.
• Plovákem ovládané regulační
ventily
Plovákem ovládané regulaãní ventily
kombinují funkci mûfiení v˘‰ky hladiny
a funkci regulace v˘‰ky hladiny do jednoho regulátoru v˘‰ky hladiny. Jsou to
jednoduché a levné jednotky, jejich
pouÏití je ale omezeno na aplikace,
kde se pracuje s mal˘mi prÛtoky a kde
je proto na ventilu mal˘ pokles tlaku. Je
tomu tak proto, protoÏe síla, která je
k dispozici pro otáãení ventilem je
omezena na velikost, danou vztlakovou
sílou, pÛsobící na plovák, násobenou
pomûrem na páce tvofiené ramenem
plováku. Pro uzavfiení velk˘ch ventilÛ,
na kter˘ch pfii uzavírání vzniká velk˘
tlakov˘ rozdíl, tato síla nepostaãuje.
Pro jednoduché a neobsluhované
aplikace (napfiíklad pro regulaci hladiny úpravené napájecí vody v nádrÏi
chladící vûÏe) jsou ale tyto regulátory
pfiijatelné. Je dÛleÏité pochopit, Ïe plovákové regulátory jsou jednoduché
proporcionální regulátory: nejsou
schopné udrÏet v˘‰ku hladiny pfiesnû
na její Ïádané hodnotû. Jediné, co regulátory dokáÏí dûlat je, Ïe pfii prÛchodu plováku regulaãním rozsahem otevírají a zavírají ventil. Tyto regulátory
proto nepracují s urãitou Ïádanou hodnotu, ale s rozsahem, ve kterém provádûjí ‰krcení. Je-li tento rozsah úzk˘
(úplnému zdvihu ventilu obvykle odpovídá nûkolik palcÛ zmûny v˘‰ky plováku), vzniká dojem, Ïe je regulaovaná
hladina konstantní.
Ve skuteãnosti se v˘‰ka hladiny
v rozsahu ‰krcení mûní, protoÏe jedinou moÏností, jak mÛÏe regulátor napájecí prÛtok (fieknûme pfiítok do nádrÏe chladící vody) zvût‰it je, Ïe nejdfiíve
nechá hladinu v nádrÏi poklesnout tak,
aby se v dÛsledku sníÏení v˘‰ky plováku ventil více otevfiel. Vztah mezi maximálním prÛtokem lineárním ventilem
(Qmax) a rozsahem hladiny kapaliny (h)
se naz˘vá citlivost regulátoru (KC =
Qmax / h), vyjadfiuje se v jednotkách
GPM/inch, galon za minutu / palec.
Regulaãní odchylka plovákem ovládaného regulátoru je vzdálenost (vyjádfiená v palcích) mezi stfiedem rozsahu
plováku a velikostí odchylky plováku
potfiebné pro poÏadovan˘ prÛtok technologické kapaliny.
T
OMEGA Press,1995.
America, 1982.
ZPRAVODAJ
Přístrojové vybavení pro
vysokofrekvenční/kapacitanční měření výšky hladiny
K
apacitanãní mûfiiãe v˘‰ky hladiny
se také naz˘vají vysokofrekvenãní
(VF), radiofrekvenãní (RF, radio
frequency), nebo admitanãní snímaãe
hladiny. Pracují v nízkém vysokofrekvenãním megahertzovém rozsahu, mûfií admitanci stfiídavého elektrického
obvodu, která se mûní s v˘‰kou mûfiené
(napûtích), je v kapacitoru akumulována elektrická energie. Schopnost kapacitoru akumulovat elektrickou energii se
mûfií ve faradech. Obrázek 8-1 A ukazuje kapacitor, jehoÏ desky mají plochu
(A) a jsou od sebe oddûleny mezerou
o velikosti (D), mezera je vyplnûná nevodiv˘m materiálem (dielektrikem), kte-
Tabulka 6: Aplikace kapacitanãních snímaãÛ v˘‰ky hladiny
OBLAST PRÒMYSLU
Mù¤ENÉ MATERIÁLY
chemie/pertochemie
bezvodá soda, palivo, ropa, nafta, oleje, hlinka, kapaliny a prá‰ky
krmivo & zrní
pelety, granule, vloãky, tuky, melasa, v˘pencov˘ prach
potraviny
cukr, sÛl, mouka, su‰ené mléko, rÛzné kapaliny
krmivo pro domácí zvíÏata
pelety, v˘robky ze surové kÛÏe, zrní
umûlé hmoty/pryÏ/kauãuk
pelety z umûlé hmoty, smÛla, rezinóza, prá‰ky, pryÏ, kauãuk
ocelárny
kfiemenn˘ písek, slévárensk˘ písek, formovací písek
pivo/pivovary
slad, jeãmenné v˘luhy
léãiva
rÛzné prá‰ky a kapaliny
energie/energie pro dom.
uhlí, dfievo, piliny, koks, ‰lam
voda/zpracování odpadu
vápenec, hydroxid vápenat˘, ha‰ené vápno, voda
dfievûné uhlí
uhlífiské piliny, dfievo
pily/zpracování dfieva
dfievûné hobliny, piliny
hornictví & ostatní
rÛzné materiály, jíl, hlinka, kovy, kámen, sklo, bentonit
hladiny. Admintance je u stfiídavého
obvodu mírou jeho konduktivity, vodivosti. Její velikost je dána reciprokou
hodnotou impedance obvodu. Admitance a impedance stfiídav˘ch (stfi) obvodÛ jsou analogiemi konduktance
a resistance stejnosmûrn˘ch (ss) obvodÛ. V této kapitole se pojem kapacitanãní snímaã v˘‰ky hladiny pouÏívá
místo pojmÛ vysokofrekvenãní nebo admitanãní snímaã hladiny.
Teoretický základ práce přístrojů
Kapacitor, kondensátor, sestává ze
dvou vodiãÛ (desek), které jsou vzájemnû odizolovány vrstvou nevodivého
materiálu (dielektrika). Pokud se desky
nacházejí na rÛzn˘ch potenciálech
ZPRAVODAJ
ré má dielektrickou konstantu (K). Dielektrická konstanta vakua je 1.0, dielektrické konstaty rÛzn˘ch materiálÛ
jsou uvedeny v tabulce Tabulka 7.
Dielektrická konstanta látky je úmûrná její mûrné admitanci. âím je dielek-
- -- -----
A
+ ++
++
++
++
++
++
+
A) Capacitor
- -- --A
D
8
Pfiístrojové vybavení pro vysokofrek./kapacit. mûfiení v˘‰ky hladiny
Teoretick˘ základ práce pfiístrojÛ
Konstrukce sondy
Instalaãní hlediska
trická konstanta materiálu men‰í, tím je
jeho mûrná admitance men‰í (tím ménû
je tedy materiál vodiv˘). Kapacitance
(C) se urãí podle vztahu
C=KA/D
Pokud u kapacitoru zÛstává plocha (A)
desek a vzdálenost (D) desek kapacitoru konstantní, mûní se kapacitance kapacitoru pouze v závislosti na velikosti
dielektrické konstanty látky, která vyplÀuje mezeru mezi deskami. JestliÏe
zmûna v˘‰ky hladiny (podle Obrázku
8-1 B) zpÛsobí celkovou zmûnu dielektrika v kapacitanãním systému, je zmûfiená kapacitance pfiímo úmûrná v˘‰ce
hladiny. V situaci ukázané na Obrázku
8-1 B je dolní ãást ploch (A) desek
v kontaktu s kapalinou (která má dielektrickou konstantu rovnou Kl), a horní
ãást ploch (A) desek je v kontaktu s párou (která má dielektrickou konstantu
rovnou Kv, o hodnotû blízké 1.0.
V pfiípadû horizontálnû umístûného
hladinového spínaãe (Obrázek 8-2)
tvofií elektricky vodivá sonda v jednu
z desek kapacitoru (A1), druhou desku
(A2) tvofií stûna nádoby (za pfiedpokladu Ïe je zhotovena z elektricky vodivého materiálu). Pro oddûlení vodivé son-
hladina
1. deska
Kv
2. deska
Kl
+ ++
++
++
++
++
++
+
voltmetr
VF
ampérmetr
C= KA
D
C = kapacitance
K = dielektrická konstanta
A = plocha povrchu desky
D = vzdálenost mezi
deskami
proud
elektronÛ
B) Capacitance Circuit
Obrázek 8-1: Princip funkce kapacitanãních snímaãÛ
âíslo 4
87
8
dy od pouzdra, krytu, sondy se pouÏívá isolátor s malou hodnotou dielektrické konstanty. Kryt sondy je spojen˘ se
stûnou nádoby. Sonda je spojená
vzniká kompozicí plochy sondy hladinového snímaãe a plochy vodivé nádoby (A = A1 + A2). Vdálenost (D) je nejkrat‰í vzdálenost mezi sondou snímaã
D
K1
--
++
--
++
A2
A1
isolace
K2
---
++
++
---
++
++
A = A1 + A2
DC = (K2 + K1) A/D
Obrázek 8-2: Horuzontálnû umístûn˘ kapacitanãní spínaã
s elektronikou snímaãe hladiny pomocí
vodiãÛ v prÛchodkách v pouzdru sondy. Mûfiení se provádí pfiivedením vysokofrekvenãního budícího signálu mezi vodivou sondu a stûnu nádoby.
Pfiiveden˘ VF signál vyvolává nepatrn˘ proud mezi sondou a stûnou nádoby, tento proud teãe nevodiv˘m, dielektrick˘m, mûfien˘m technologick˘m
materiálem, kter˘ se v nádobû nachází.
JestliÏe hladina materiálu v nádobû poklesne, a je-li sonda v kontaktu s je‰tû
ménû vodiv˘mi parami, dielektrická
konstanta dielektrika poklesne. To zpÛsobuje, Ïe mûfiená hodnota kapacitance poklesne, poklesne také hodnota vysokofrekvenãního elektrického proudu.
Tato zmûna je detekována vnitfiními obvody hladinového spínaãe, kde je pfievedena na zmûnu dvouhodnotového
stavu hladinového spínaãe. V pfiípadû,
Ïe je sonda pouÏitá jako mûfiiã pro
spojité mûfiení spojitû se mûnící v˘‰ky
hladiny není v˘stupem snímaãe dvouhodnotov˘ reléov˘ stav, ale kalibrovan˘
analogov˘ signál.
Celková plocha desek kapacitoru
88
âíslo 4
a stûnou nádoby. Obû tyto hodnoty
jsou pevnû dané. Zmûnû ze stavu, kdy
je sonda obklopena parami (K1), do
stavu, kdy je obklopena technologick˘m materiálem (K2), odpovídá celková
zmûna kapacitance, která je pfiímo
úmûrná rozdílu dielektrick˘ch konstant
tûchto dvou technologick˘ch médií:
zmûna C = (K2 - K1) (A / D)
zmûnou dielektrika, se vyjadfiuje v pikofaradech (pF). Jednotkou kapacitance je jeden farad. Kapacitor má kapacitanci jeden farad, pokud se, pfiipojí-li
se na kondensátor baterie o napûtí jeden volt, na kapacitoru uloÏí elektrick˘
náboj o velikosti jeden coulomb. Pikofarad je jedna triliontina faradu, citlivost pfiesného kapacitanãního detektoru je 0.5 pF. To je minimální detekovatelná zmûna kapacitance, vyvolaná
zmûnou, zde (K2 - K1), dielektrické konstanty dielektrika.
U vût‰iny aplikací snímaãe pro mûfiení v˘‰ky hladiny je referenãním materiálem vzduch (K1 = 1.0). Dielektrické
konstaty K2 rÛzn˘ch technologick˘ch
materiálÛ jsou uvedeny v tabulce Tabulka 7. JestliÏe se hodnota dielektrické
konstanty technologického materiálu
blíÏí hodnotû dielektrické konstanty
vzduchu (hodnota K2 pro pelety umûl˘ch hmot je napfiíklad rovná 1.1), stává se mûfiení obtíÏnûj‰í.
Konstrukce sondy
U vût‰iny bûÏn˘ch konstrukcí sondy je
sonda tvofiená tyãí z nerezavûjící oceli,
prÛmûr tyãe je 1/4 palce nebo 1/2
palce. Tato sonda je vhodná pro vût‰inu nevodiv˘ch a nekorozivních technologick˘ch materiálÛ. Sonda je odizolovaná od svého pouzdra a od stûny zá-
povlak
buzené stínûní (+5 V)
isolace
proud tekoucí hladinou
mûfiící sekce
(+5 V)
stûna nádoby
proud tekoucí
hladinou
Obrázek 8-3: Konstrukce potlaãující vliv povlakÛ tvofien˘ch technologick˘m materiálem
Rozli‰ovací schopnost, citlivost, kapacitanãního snímaãe, nejmen‰í rozeznatelná zmûna kapacitance vyvolaná
sobníku isolátorem s malou hodnotou
dielektrické konstanty, takov˘mto izolátorem je napfiíklad nylon nebo Ryton.
ZPRAVODAJ
8
Tyto polymery mají maximální hodnotu
pracovní teploty 175 °C aÏ 230 °C
(350 °F aÏ 450 °F). Pro aplikace pfii
vy‰‰ích teplotách, nebo tam, kde se poÏaduje odolnost isolace proti abrasi,
lze pouÏít keramiku. V aplikacích, kde
je technologick˘ materiál vodiv˘ a/nebo korozivní, musí mít sonda povlak
povlaky. Snímaãe které jsou necitlivé na
usazování technologického materiálu
jsou vybaveny sondou, ke které je pfiidaná druhá aktivní sekce a také druhá
isolace (Obrázek 8-3). Tato druhá aktivní sekce (buzené stínûní) je buzena
stejn˘m napûtím a stejn˘m kmitoãtem
jako mûfiící sonda. ProtoÏe mezi místy
Kapacitanční sondy mají obvyke povlak z Teflonu® (na obrázku), Kynaru, nebo polyetylenu.
z Teflonu® nebo z Kynaru.
K dispozici jsou nûkteré snímaãe diskrétní v˘‰ky hladiny, vybavené tak, Ïe
jejich funkce není ovlivÀována usazováním technologického materiálu nebo
tvorbou povlakÛ. Tato vlastnost se poÏaduje v pfiípadû, Ïe je technologick˘
materiál vlhk˘ nebo lepkav˘ a pokud
má tendenci vytváfiet na zafiízení trvalé
se stejn˘m potenciálem nemÛÏe elektrick˘ proud protékat, mûfiící sonda nános materiálu, nanesen˘ mezi aktivní
sondou a stûnou nádoby, nesnímá.
Typické délky, do kter˘ch se standardní kapacitanãní sonda zasouvá, se
pohybují od 7 palcÛ do 16 palcÛ. Tyto
sondy se obvykle montují ze strany
(Obrázek 8-4 A). Vertikálnû umístûné
sondy lze prodlouÏit pevn˘mi tyãemi,
jejich délky se mohou pohybovat aÏ
v rozmezí 1.2 m aÏ 1.5 m (4 stopy aÏ
5 stop), lze je také prodlouÏit ocelov˘mi
lany se závaÏím, které lze vyuÏít k ponofiení sondy do hloubky aÏ 15 m (Obrázek 8-4 B). Vût‰ina kapacitanãních
snímaãÛ v˘‰ky hladiny je vybavena
montáÏními pfiípojkami s kuÏelovit˘mi
závity typu Bollin 3/4 NPT nebo Bollin
1 1/5 NPT, odpovídající pouzdro
s vnitfiním závitem je obvykle pfiivafieno
k nádobû a kapacitanãní sonda se do
pouzdra za‰roubuje. K dispozici jsou
také krátké kpacitanãní sondy urãené
do úzk˘ch profilÛ nádob (Obrázek 8-4
C), které se montují na pfiírubu.
V aplikacích, kde není nádoba vodivá a kdy nemÛÏe uzavírat vodivou dráhu pro VF elektrick˘ signál, se umisÈuje
paralelnû k aktivní sondû druhá sonda,
lze také do nádoby umístit vodiv˘ pás.
• Elektronika & pouzdra sondy
Elektronické obvody sondy zaji‰Èují následující funkce: 1) usmûrÀují a filtrují
vstupní napájecí elektrické napûtí, 2)
generují vysokofrekvenãní budící sig-
doporuãené typy pfiíãek
1-14" NPT
D
ãást trubky
ocelové plechy
175 mm
(7")
D
ohebn˘ kabel
95 mm
(3.75")
závaÏí na
konci kabelu
1-14" NPT
A) horizontální instalace
25 mm
(1")
115 mm (4.5")
15 m (50') Max.
délka
specifikovaná
uÏivatelem
200 mm (7.8")
50 mm
(2") pfiíruba
3
4"
NPT
stûna nádoby
B) vertikální instlace
C) instalace v úzkém profilu
Obrázek 8-4: Konstrukce a instalace kapacitanãních snímaãÛ hladiny
ZPRAVODAJ
âíslo 4
89
8
nál, 3) mûfií zmûny elektrického proudu, 4) ovládají zafiízení regulaãního
rozhraní, jako napfiíklad relé, generátory analogového signálu nebo displeje mûfiiãe. Elektronické obvody jsou vût‰inou fie‰eny jako obvody v pevné fázi,
rametry, nebo poãet poÏadovan˘ch
analogov˘ch signálÛ, jejich ãasové
zpoÏdûní, doporuãuje se urãit poÏadavky na elektrickou napájecí energii.
Pokroãilej‰í jednotky, jejichÏ práce je
zaloÏená na mikroprocesorech, se sa-
Tabulka 7: Dielektrické konstanty
kyselina octová
asbest, osinek
asfalt, Ïivice
bakelit
uhliãitan vápenat˘
celulosa
oxid Ïeleza
sklo
oxid olova
oxid hofiãíku
naftalen
nylon
papír
aceton
amoniak, ãpavek
anilin
benzen
benzil
brom
butan
chlorid uhliãit˘
ricínov˘ olej
chlor
chloroform
kumen
cyklohexan
dimethylheptan
dimethylpentan
dowtherm
ethylalkohol
ethylacetát
ethylbenzen
ethylether
Ethyl Ether
ethylenchlorid
kyselina mravenãí
freon 12
glykol
PEVNÉ LÁTKY
DIELEKTRICKÁ KONSTANTA
4.1 fenol
4.8 polyethylen
2.7 polypropylen
5.0 porcelán
9.1 kfiemen
3.9 pryÏ (tvrdá)
14.2 písek
3.7 síra
25.9 cukr
9.7 moãovina
2.5 sírník zinku
45.0 Teflon®
2.0
KAPALINY
teplota DIELECTRIC.
°F/°C
KONSTANT.
71/22
21.4 heptan
-27/-33
22.4 hexan
32/0
7.8 chlorovodík
68/20
2.3 jod
202/94
13.0 petrolej
68/20
3.1 methanol
30/-1
1.4 methylalkohol
68/20
2.2 methylether
60/16
4.7 minerální olej
32/0
2.0 naftalen
32/0
5.5 oktan
68/20
2.4 pentan
68/20
2.0 fenol
68/20
1.9 fosgen
68/20
1.9 propan
70/21
3.3 pyridin
77/25
24.3 styren
68/20
6.4 síra
68/20
2.5 toluen
76/24
3.0 urethan
68/20
4.3 vinylether
68/20
10.5 voda
60/16
58.5 voda
70/21
2.4 voda
68/20
41.2 xylen
polovodiãové obvody, a jsou vybaveny
potenciometry pro nastavení citlivosti
a ãasového zpoÏdûní zafiízení.
ProtoÏe musí hladinov˘ snímaã vÏdy
ovládat nûjaké vnûj‰í zafiízení, doporuãuje se, s cílem dosaÏení kompatibility
systému, vyhodnotit a urãit poãet poÏadovan˘ch reléov˘ch v˘stupÛ, jejich pa90
âíslo 4
DIELEKTRICKÁ KONSTANTA
4.3
4.5
1.5
5.7
4.3
3.0
3.5
3.4
3.0
3.5
8.2
2.0
teplota
°F/°C
68/20
68/20
87/28
224/107
70/21
77/25
68/20
78/26
80/27
68/20
68/20
68/20
118/47
32/0
32/0
68/20
77/25
752/400
68/20
74/23
68/20
32/0
68/20
212/100
68/20
DIELECTRIC.
KONSTANT.
1.9
1.9
4.6
118.0
1.8
33.6
33.1
5.0
2.1
2.5
2.0
1.8
9.9
4.7
1.6
12.5
2.4
3.4
2.4
3.2
3.9
88.0
80.0
48.0
2.4
my kalibrují, nastavení citlivosti a ãasového zpoÏdûní se u nich provádí stisknutím tlaãítka. Tyto jednotky se ãasto
dodávají s vybavením pro vlastní testování a se zabudovanou vlastní teplotní
kompenzací.
Modernûj‰í konstrukce jsou ve vnitfinû, jiskrovû, bezpeãném provedení,
umoÏÀují Vám volbu mezi standardním
v˘stupem 4 mA aÏ 20 mA, nebo kvalitním ãíslicov˘m v˘stupem, kter˘ pouÏívá
komunikaãní protokol HART (Highway
Addressable Remote Transducer). Pfiesnost pfiístrojÛ (po zahrnutí vlivÛ nelinearity, hystereze, a neúplné opakovatelnosti mûfiení, ale bez uvaÏování vlivÛ
odchylek teploty a napájecího napûtí) je
obvykle 0.25 % rozsahu. Minimální rozpûtí rozsahu je 4 pF, horní mez rozsahu,
(URL Upper Range Limit) je 2500 pF.
Hladinové spínaãe jsou obvykle vybaveny ãasov˘m zpoÏdûním které
umoÏÀuje filtraci nesprávn˘ch odeãtÛ
v˘‰ky hladiny, zpÛsoben˘ch pohybem
materiálÛ nebo stfiíkáním kapalin. Dal‰ím vybavením pro zaji‰tûní proti vlivu
poruch je moÏnost pfiedvolit si stav, do
kterého mají reléové, dvouhodnotové,
v˘stupní signály spínaãe pfiejít v pfiípadû poruchy napájení spínaãe nebo
v pfiípadû chybné funkce, poruchy,
vlastního spínaãe.
Pouzdra snímaãe jsou obvykle zhotovena jako odlitek z hliníku, z oceli,
nebo ze syntetického materiálu jako je
sklolaminát na bázi nylonu. Vût‰ina
pouzder je vhodná pro venkovní instalaci, instalaci v pra‰ném a vlhkém provozním prostfiedí.
• Dielektrická konstanta
Z parametrÛ mûfieného technologického materiálu je nejdÛleÏitûj‰ím parametrem jeho dielektrická konstanta.
Mûfiení je tím snaÏ‰í, ãím je rozdíl dielektrick˘ch konstant vût‰í (dielektrické
konstanty technologického materiálu
a látky v parním prostoru nádoby, nebo dielektrick˘ch konstant dvou vrstev
technologického materiálu pfii mûfiení
v˘‰ky hladiny rozhraní). Je-li jejich rozdíl mal˘ (K2 - K1 < 1.0, viz Obrázek 82), je nutno pouÏít snímaã s velkou,
(0.5 pF), citlivostí.
KaÏd˘ snímaã má kapacitanãní pásmo necitlivosti, definované jako velikost
zmûny kapacitance, potfiebná k tomu,
ZPRAVODAJ
8
doporuãuje se
A
dobré pfiikrytí sondy materiálem
sonda je mimo hlavní tok materiálu
nedopouãuje se
nedostateãné pfiikrytí
sondy materiálem
sonda je v hlavním toku materiálu
B
sondy
se nedot˘kají
konstrukce
nádoby
sondy
se dot˘kají
konstrukce
nádoby
C
celá sonda zasahuje
do materiálu
ãást sondy
se nachází v hrdle
montáÏní spojky
D
materiál
odpadá
materiál se mÛÏe
usazovat, mÛÏe
vzniknout chybn˘ signál
E
umístûní snímaãÛ vyhovuje (> 18")
Obrázek 8-5: Doporuãení pro instalaci kapacitanãní sondy
ZPRAVODAJ
snímaãe jsou od sebe
málo vzdálené (< 18")
aby se zmûnil v˘stup snímaãe. Dielektrická konstanta materiálu se mÛÏe mûnit v dÛsledku zmûn teploty, povrchové
vlhkosti, vlhkosti v prostoru, hustoty
v objemu materiálu a v dÛsledku zmûny velikosti ãástic materiálu. Pokud má
tato zmûna dielektrické konstanty za
následek vût‰í zmûnu kapacitance, neÏ
je kalibrované kapacitanãní pásmo necitlivosti snímaãe, je v˘sledkem, Ïe mûfiiã ukazuje chybnou hodnotu. Takovéto
neÏádoucí chování snímaãe lze obvykle
korigovat zmen‰ením citlivost snímaãe
(zvût‰ením jeho kapacitanãního pásma
necitlivosti).
Citlivost snímaãe lze zv˘‰it, jak bylo
ukázáno pfii v˘kladu Obrázku 8-2,
zvût‰ením délky sondy, (A), nebo
zmen‰ením velikosti mezery, (D). Jedna
nebo obû tyto zmûny zmen‰ují vliv fluktuací dielektrické konstanty a zvût‰ují
citlivost pfiístroje, potfiebnou pfii mûfiení
materiálÛ s mal˘m rozdílem dielektrick˘ch konstant. Obvykle je v˘hodnûj‰í
vzdálenost (D) od stûny nádoby nezmen‰ovat a radûji zvolit del‰í sondu.
Je-li sonda instalovaná do nádoby ze
strany (Obrázek 8-4 A), je hodnota
D pevná. Je-li sonda zasunutá do nádoby odshora, lze D mûnit (pokud to
ostatní hlediska umoÏÀují) posunutím
sondy blíÏe je stûnû nádoby.
Pokud se budou v nádobû, postupnû,
uchovávat rÛzné materiály, musí b˘t
kapacitanãní snímaã vybaven˘ zafiízením, umoÏÀujícím jeho lokální, nebo
vzdálenou, kalibraci.
Problémy mohou vznikat pfii mûfiení
hladiny materiálÛ s malou, men‰í neÏ
20 liber na krychlovou stopu, hustotou
a pfii mûfiení hladiny materiálÛ, jejchÏ
ãástice mají vût‰í prÛmûr neÏ 1/2 palce. Tyto materiály mívají (protoÏe je mezi jejich ãásticemi hodnû prostoru kter˘
b˘vá zaplnûn˘ vzduchem) velmi malou
hodnotu dielektrické konstanty. Takovéto aplikace nemusí b˘t pro kapacitanãní mûfiení v˘‰ky hladiny vhodné.
âíslo 4
91
8
• Aplikační hlediska
Vodivé materiály (kapaliny na bázi vody, které mají vodivost 100 mikroohmÛ
na centimetr, nebo vût‰í) mohou neizolovanou sondu z nerezavûjící oceli
a stûnu nádoby spojit obvodem nakrátko, mohou je zkratovat. KdyÏ hladina
kapaliny klesne, zÛstává sonda mokrá,
kapalina která tuto vlhkost tvofií vytváfií
i vodivou cestu mezi sondou a stûnou
nádoby. âím rychleji se hladina mûní,
tím vût‰í je pravdûpodobost, Ïe snímaã
zmûfií chybn˘ údaj. Lze doporuãit,
v pfiípadû mûfiení vodivé technologické
kapaliny, opatfiit povrch vodivé sondy
nevodiv˘m izolaãním materiálem z Teflonu® nebo z Kynaru.
Jak snímací komponenty snímaãe
které se nacházejí v nádobû (aktivní
sonda a její izolace), tak elektronické
obvody a pouzdro nacházející se vnû
nádoby, jsou ovlivÀovány teplotou. Aktivní sonda je obvykle zhotovena z nerezavûjící oceli a jako taková (pokud
není potaÏená) je vhodná pro vût‰inu
aplikací. Pro izolaci sondy lze zvolit
Teflon®, Kynar, nebo keramické izolaãní materiály, izolace by mûla b˘t vybrána tak, aby odpovídala pracovním
teplotám, ve kter˘ch bude sonda pouÏita. Pouzdro snímaãe a elektronika
snímaãe jsou ovlivÀovány jak vnûj‰í
teplotou nádoby, tak teplotou látky
v nádobû.
Mezní hodnoty teploty okolního prostfiedí jsou obvykle udávány v˘robcem
pfiístroje, urãení mnoÏství tepla pfiivedeného z horké technologické látky je obtíÏnûj‰í problém. Vedení tepla lze sníÏit
pouÏitím prodlouÏené montáÏní spojky,
nebo montáÏní spojky vyrobené z materiálu kter˘ má malou tepelnou vodivost. Pokud takovéto metody nepostaãují, lze elektroniku snímaãe umístit do
vzdálenosti aÏ 20 stop od nádoby
a spojit ji se sondou pomocí koaxiálního kabelu. Vlastní kapacitance koaxiálního kabelu ale celkovou citlivost mûfiícího systému zmen‰uje.
Pouzdro pfiístroje musí b˘t kompati92
âíslo 4
bilní s dan˘mi poÏadavky na práci
v nebezpeãném, v˘bu‰ném, smáãeném,
vlhkém a/nebo pra‰ném prostfiedí. PoÏadavek na pfiístroj, schopn˘ pracovat
ve v˘bu‰ném prostfiedí mÛÏe vyÏadovat, aby bylo pouzdro pro tuto práci
schváleno, certifikováno. Navíc zde
mÛÏe b˘t poÏadavek, aby byla ve vnitfinû, jiskrovû, bezpeãném, provedení
pro práci ve v˘bu‰ném prostfiedí, zhotovena také aktivní sonda.
Pokud zpÛsobuje technologick˘ materiál u nerezavûjící oceli korozi, mûla
by b˘t sonda chránûna povlakem z Teflonu® nebo z Kynaru. U abrazivních
materiálÛ je dobrou volbou povlak
z Rytonu. Pro aplikace vedené jako
zpracování potravin a pro hygienické,
sanitární, aplikace, je dobr˘m fie‰ením
kombinace nerezavûjící oceli jako sondy a Teflonu® jako izolátoru.
Instalační hlediska
Kapacitanãní sonda by mûla b˘t umístûna tak, aby nebyla její funkce ovlivÀována vstupním a v˘stupním tokem
technologického materiálu (Obrázek 85 A). Nárazy materiálu na sondu mohou zpÛsobovat chybné mûfiení, nebo
zniãení sondy a izolátoru. Mûfií-li se
materiály s malou hodnotou dielektrické konstanty, je dÛleÏité, aby byly materiálem pfiikrytá celá sonda, ne pouze
její hrot (Obrázek 8-5 C). PouÏívají-li
se prodluÏovací tyãe nebo prodluÏovací lana, mûl by mít materiál moÏnost
pfiikr˘vat 8 pacÛ aÏ 12 palcÛ aktivní
délky sondy.
Instalujte sondu tak, aby se nedot˘kala ani stûny nádoby (Obrázek 8-5 B),
ani Ïádného jiného konstrukãního prvku nádoby. Pokud se pouÏívá prodlouÏení sondy lanem, umoÏnûte, aby se lano mohlo pfii zvy‰ování hladiny stáãet
pouze tak, aby se závaÏí, olovnice, na
konci lana nedot˘kala stûny nádoby.
Sonda by nemûla b˘t umísÈována tam,
kde by technologick˘ materiál mohl vytvofiit mezi aktivní sondou a stûnou nádoby most. Aby se zabránilo usazování materiálu, nemûla by b˘t sonda také
umisÈována tak, aby smûfiovala ‰ikmo
vzhÛru (Obrázek 8-5 E).
Pokud se do nádoby umisÈuje více
neÏ jeden kapacitanãní snímaã v˘‰ky
hladiny, mûla by b˘t minimální vzdálenost mezi jednotliv˘mi sondami alespoÀ 18 palcÛ (Obrázek 8-5 E). Pfii
men‰í vzdálenosti sond by se mohla jejich elektromagnetická pole vzájemnû
ru‰it. Pokud se kapacitanãní sonda instaluje stûnou nádoby a pokud je obãas
váha technologického materiálu kter˘
na sondu pÛsobí pfiíli‰ velká, lze nad
snímaã umístit ochrannou pfiíãku (ObT
rázek 8-4 A).
OMEGA Press,1995.
America, 1982.
ZPRAVODAJ
Přístrojové vybavení
pro měření výšky hladiny
pomocí záření
C
elá fiada zafiízení pro mûfiení v˘‰ky hladiny je zaloÏena na schopnosti látek odráÏet nebo absorbovat rÛzné druhy záfiení. U mûfiiãÛ pouÏívan˘ch pro spojité mûfiení spojitû se
mûnící v˘‰ky hladiny je nejbûÏnûj‰ím
typem pouÏívaného záfiení mikrovlnné
záfiení radaru, ultrazvukov˘ signál kter˘ je také záfiením, a jaderné záfiení.
Lze také pouÏívat optické elektromagnetické záfiení, tento typ záfiení si ale
pfiedev‰ím na‰el své uplatnûní v hladinov˘ch spínaãích spínajících pfii jedné
urãité v˘‰ce hladiny, o tûchto spínaãích
je pojednáno v následující kapitole.
Hlavní v˘hodou hladinov˘ch mûfiiãÛ
zaloÏen˘ch na principu záfiení, radiace, je, Ïe nemají Ïádné pohyblivé díly
a to, Ïe jsou schopné mûfiit v˘‰ku hladiny bez fyzického kontaktu s technologockou tekutinou. ProtoÏe se mohou
úãinnû „dívat“ skrze pevné stûny nádoby, jsou nukleární radiaãní mûfiiãe, pokud se t˘ká bezkontaktního snímání
hladiny, snad nejdokonalej‰ím fie‰ením
snímaãe. ProtoÏe ale pracují se zdrojem gamma záfiení, a protoÏe jsou pomûrnû drahé, uvaÏuje se o nukleárních
mûfiiãích ãasto pouze jako o posledním
moÏném fie‰ení.
nak svojí plo‰nou hustotou v˘konu
(u radaru je asi 0.01 mW/cm2, u mikrovlnn˘ch pfiístrojÛ se pohybuje v rozsahu od 0.1 mW/cm2 do 5 mW/cm2).
ProtoÏe pracují na vy‰‰í energerické
hladinû, mohou mikrovlnné snímaãe
zvládat vût‰í z technologického materiálu vytvofiené povlaky, neÏ radarové
snímaãe.
Radarové snímaãe sestávají z vysílaãe, antény, pfiijímaãe se signálov˘m
velkorosmûrná
parabolická
anténa
9
Pfiístrojové vybavení pro mûfiení v˘‰ky hladiny pomocí záfiení
Radar & mikrovlny
Ultrazvukové mûfiiãe v˘‰ky hladiny
Nukleární mûfiiãe v˘‰ky hladiny
hladiny. Zámûrná prodleva radaru je
ãasov˘ interval mezi okamÏikem vyslání radarového impulzu a okamÏikem
detekce jeho ozvûny. Je urãen˘ detektorem radaru, kter˘ detekuje jak vysílan˘, tak odraÏen˘ signál. PouÏívá se také FMCW systém s kmitoãtovou modulací (FM, frequency modulation), u kterého mûfiené vzdálenosti hladiny odpovídá rozdíl okamÏit˘ch kmitoãtÛ vysílaného a odraÏeného kmitoãtovû moduvztaÏn˘ bod
pro mûrná data
malá
trycht˘fiová
anténa
E
d
L
A)
B)
Obrázek 9-1: Zámûrná prodleva radaru je vypoãítávaná elektronikou
Radar & mikrovlny
V roce 1925 pouÏili A. Hoyt Taylor
a Leo Young z U.S. Navy, váleãného
námofinictva USA, radar (Radio Detection And Ranging) pro mûfiení v˘‰ky
zemské ionosféry. V roce 1934 vyvinuli radar po lodû váleãného námofinictva. V roce 1935 pouÏil Angliãan Robert Watson-Watt radar pro detekci letadel. První radarové snímaãe hladiny
byly zavedeny v roce 1976, schopn˘mi
uspût v cenové soutûÏi na trhu se staly
ale aÏ o desetiletí pozdûji.
Jak radarové signály tak mikrovlny
se ‰ífií rychlostí svûtla. Odli‰ují se od sebe ale jednak svojím kmitoãtem (Rádiové FM vysílání se provádí na kmitoãtech
od 88 MHz do 108 MHz, mikrovlnn˘
rozsah je od 1 GHz do 300 GHz), jedZPRAVODAJ
procesorem a z rozhraní operátora.
Vysílaã se umisÈuje na vr‰ek nádoby.
Oscilátor vysílaãe je zhotoven˘ z polovodiãov˘ch obvodÛ. Vysílaã vysílá elektromagnetické vlnûní (pouÏívá urãit˘
vybran˘ vhodn˘ kmitoãet nosné a zvolen˘ vhodn˘ tvar obálky). Elektromagnetické vlnûní je zamûfiené smûrem dolÛ, k povrchu tekutiny v nádobû. Obvykle se pouÏívá kmitoãet 10 GHz.
Smûrem k povrchu mûfiené technologické tekutiny je signál vysílan˘ anténou s parabolick˘m reflektorem nebo
trycht˘fiovou anténou (Obrázek 9-1 A).
âást signálu je povrchem odraÏena
zpût k anténû, pracující jako kolektor,
sbûraã, odtud je sejmut˘ signál veden˘
do pfiijímaãe. Mikroprocesor v pfiijímaãi naãítá zámûrnou prodlevu radaru,
z této doby vypoãítává mûfienou v˘‰ku
lovaného signálu. Mûní-li se vzdálenost
povrchu technologické tekutiny v rozsahu 0 stop aÏ 200 stop, mûní se rozdíl
kmitoãtÛ vysílaného a odraÏeného signálu v rozmezí od 0 Hz do 200 Hz.
ProtoÏe se pfii tomto mûfiení vyhodnocují kmitoãtové charakteristiky signálÛ,
je u tohoto zpÛsobu mûfiení velikost ru‰ivého ‰umu pfiijatelnû malá.
Hloubka parního prostoru (vzdálenost mezi bodem, ke kterému se vztahují mûrná data a hladinou v nádobû,
na Obrázku 9-1 B oznaãená jako „d“)
se vypoãítává ze zámûrné prodlevy radaru (T) a z rychlosti svûtla (c =
186 000 míle / s),
d = T / (2c)
V˘‰ka hladiny (na Obrázku 9-1
âíslo 4
93
9
B oznaãená jako „L“) se vypoãítává urãením rozdílu mezi celkovou v˘‰kou nádoby (E) a v˘‰kou parního prostoru (d),
L=E-d
Pokud se zná kromû rychlosti ‰ífiení
elektromagnetické vlny ve vakuu také
hodnota K dielektrické konstanty materiálu v parním prostoru (pomûrné ãíslo
popisující schopnost par zpÛsobovat
odrz a pÛsobit proti ‰ífiení elektromagnetického vlnûní), lze urãit rychlost (v)
‰ífiení radarového impulzu podle vztahu
nebo se spojit˘m kmitoãtovû modulovan˘m signálem (FMCW, frequency modulated continuous waveform). V prvním pfiípadû snímaã vysílá krátkotrvající radarové impulzy a vzdálenost cíle
se vypoãítává ze zámûrné prodlevy radaru, doby nutné pro prÛchod impulzu
dvojnásobkem vzdálenosti cíle. FMCW
snímaã vysílá spojit˘ kmitoãtovû modulovan˘ signál, modulaãní signál je obvykle pilov˘ (lineárnû rostoucí a/nebo
klesající) signál. Vzdálenost cíle se mûfií rozdílem kmitoãtÛ vysílaného a pfiijímaného signálu.
dy, kde generuje vztaÏn˘, referenãní,
signál o vzdálenosti nulové hladiny.
Kontaktní radarovou techniku lze pouÏívat pro mûfiení hladiny kapalina
a uloÏen˘ch pevn˘ch zrnit˘ch látek které mají malé, do 20 mm, rozmûry zrn.
Mikrovlnné spínaãe, jejichÏ funkce je
zaloÏená na odrazu vln, mûfií zmûnu
amplitudy odraÏeného signálu (Obrázek 9-3 A). Ze vzduchu a z par se vrací jen malé mnoÏství signálu, protoÏe
hodnota jejich dielektrické konstanty je
malá. Materiály, jejichÏ dielektrická
konstanta má velkou hodnotu, napfií-
v = c / (K)0.5
fiez kotouãem
parabolické antény
Konstrukce a montáž antény
Dvû bûÏnû pouÏívané antény jsou
trycht˘fiová anténa a anténa s parabolick˘m reflektorem. Poté, co radarov˘
mûfiiã v˘‰ky hladiny vy‰le signál, ‰ífií se
mikrovlnn˘ signál prostorem. âím má
anténa vût‰í prÛmûr, tím men‰í je úhel
divergence a tím vût‰í je síla signálu
(Obrázek 9-1 A). Mezi nev˘hody malé
antény patfií vût‰í rozptyl paprsku a tím
i vût‰í moÏnost jeho odrazu od pfiekáÏek v nádobû. Na druhé stranû je ale
zároveÀ vût‰í pravdûpodobnost, Ïe bude vysílan˘ paprsek odraÏen˘ zpût
k detektoru. Z tohoto dÛvodu není zamûfiení, smûrování, snímaãe zase tak
moc kritick˘m bodem.
Vût‰í antény generují více zaostfien˘
paprsek, coÏ pomáhá potlaãit nebo odstranit ru‰iv˘ ‰um vznikající odrazy na
ploch˘ch a horizontálních kovov˘ch
povr‰ích. Na druhé stranû jsou více náchylné k chybám zpÛsobovan˘ch neÏádoucími odrazy od turbulentních nebo
svaÏit˘ch povrchÛ. Zcela oddûlená anténa, umístûná vnû nádoby (Obrázky
9-2 a 9-4) mÛÏe b˘t zatûsnûná a tepelnû isolovaná. Je-li anténa umístûná
pod technologick˘m tûsnûním nádoby,
je sice vystavená úãinkÛm technologick˘ch par, v˘hodou této montáÏe je ale
silnûj‰í amplituda signálu a tato instalace je také v˘hodná pro práci pfii vy‰‰ích
pracovních tlacích.
●
Kontaktní a bezkontaktní radar
Bezkontaktní radarové mûfiiãe pracují
buì s impulsním radarov˘m signálem,
94
âíslo 4
impuls
●
fiez trycht˘fiovou
anténou
utûsnûní
technol.
materiálu
utûsnûní
technol.
materiálu
hrdlo nádoby
A) bezkontaktní radar
vr‰ek nádoby
B) kontaktní radar
Obrázek 9-2: Instalace antény radarov˘ch mûfiiãÛ
Radarové vlny mohou pronikat umûl˘mi hmotami sklenûn˘mi vlákny, bezkontaktní radary lze proto oddûlit od
par technologického materiálu tûsnûním. Tûsnûní se mÛÏe nacházet nad kotouãem parabolické antény (Obrázek
9-1 A), nebo se jím mÛÏe snímaã zcela odisolovat (Obrázek 9-2 A). Mal˘
v˘kon paprsku umoÏÀuje bezpeãnou
instalaci snímaãe jak na kovo˘ch, tak
na nekovov˘ch nádobách. Radarové
snímaãe lze pouÏívat i tam, kde jsou
technologické materiály hofilavé nebo
‰pinavé, i tam, kde se mûní jejich sloÏení, nebo kde se mûní teplota v parním prostoru.
Kontaktní radary vysílají odshora
drátem veden˘ radarov˘ impuls na
rozhraní páry a kapaliny. Náhlá zmûna dielektrické konstanty na rozhraní
zpÛsobuje, Ïe se ãást signálu odrazí.
Mûfií se zámûrná prodleva radaru (Obrázek 9-2 B). NeodraÏená ãást signálu
se ‰ífií po drátu dále aÏ na konec son-
klad voda, odráÏejí a vracejí vût‰inu
signálu. Citlivûj‰í spínaãe dokáÏí rozli‰it rozhraní kapalin, nebo rozhraní kapaliny a pevné látky, které mají rozdíl
hodnot dielektrick˘ch konstant rovn˘
pouze 0.1. Dielektrické materiály s mal˘mi hodnotami dielektrické konstanty,
takov˘mto materiálem jsou napfiíklad
pelety z umûlé hmoty (dielektrická konstanta 1.1), lze mûfiit tehdy, je-li prÛmûr
jejich ãástic men‰í neÏ 0.1 palce (pfii
vût‰ím prÛmûru vzniká pfiíli‰ velké rozpt˘lení radarového paprsku).
Spínaã, jehoÏ funkce je zaloÏená na
pfieru‰ení vysílaného paprsku, vysílá
mikovlnn˘ paprsek z vysílaãe k pfiijímaãi, umístûnému na opaãné stranû
nádoby. Je-li paprsek pfieru‰en˘, zaclonûn˘, dojde k zeslabení pfiijímaného signálu (Obrázek 9-3 B). Sefiízení
smûrování tohoto spínaãe není kritické,
vzdálenost pfiijímaãe od vysílaãe mÛÏe
b˘t aÏ 100 stop.
Jak mikrovlnné spínaãe které pracují
ZPRAVODAJ
9
s pfieru‰ením, zaclonûním paprsku, tak
mikrovlnné spínaãe které pracují s odrazem paprsku, se obvykle pouÏívají
v aplikacích, kde se poÏaduje, aby se
do nádoby nezasahovalo. Tyto neru‰ivé snímaãe vysílají elektromagnetické
vysokofrekvenãní vlnûní do nádoby
buì keramick˘mi nebo sklenûn˘mi
okénky, nebo okénky z umûlé hmoty,
nebo pfiímo sklolaminátov˘mi nebo
umûlohmotn˘mi stûnami nádoby.
●
Výhody a meze použití radiačních
snímačů výšky hladiny
Sílu vráceného odraÏeného radarového signálu ovlivÀují odrazové vlastnosti technologického materiálu. Zatímco
kapaliny mají odrazové parametry
dobré, u pevn˘ch látek tomu tak není.
Radar dokáÏe mûfiit hladinu kapaliny
nacházející se pod vrstvou lehkého
prachu nabo vzdu‰né pûny, pokud je
ale velikost ãástic prachu vût‰í, nebo
pokud je vrstva prachu nebo pûny silnûj‰í, radar jiÏ hladinu kapaliny mûfiit
nedokáÏe. Místo toho mûfií hladinu
prachu nebo pûny.
Správnou funkci radarového snímaãe
mÛÏe ru‰it potrubí nacházející se uvnitfi
nádoby, nánosy materiálu na anténû,
mohou je ru‰it vícenásobné odrazy, nebo odrazy od stûn nádoby. Jin˘mi zdro-
v˘ paprsek mimo anténu pfiijímaãe.
V porovnání s jin˘mi radiaãními snímaãi má radar nûkteré svoje v˘hody.
Mûfiení ultrazvukov˘mi snímaãi mÛÏe
b˘t napfiíklad, v porovnání s mûfiením
radarem, ovlivÀováno sloÏením materiálu v parním prostoru nádoby. Na druhé stranû mají ultrazvukové snímaãe
oproti radarÛm lep‰í parametry pfii
práci v aplikacích kde jsou neãistoty,
nebo tam, kde jsou rozmûry pevn˘ch
ãástic vût‰í neÏ 20 mm.
Ultrazvukové měřiče výšky
hladiny
Poãátek pfiístrojového vybavení pro
mûfiení v˘‰ky hladiny pomocí ultrazvuku lze najít v echometru pouÏívaném
dfiíve pro mûfiení hloubky studní. Metoda spoãívala ve v˘pálení slepého náboje a v mûfiení doby, za kterou se vrátila ozvûna. Mezi pfiedchÛdce prÛmyslového vyuÏití tohoto principu patfií také SONAR, kter˘ byl pouÏívan˘ pfii námofiní navigaci.
Kmitoãtov˘ rozsah sly‰itelného zvuku
se pohybuje do 9 kHz aÏ 10 kHz. Tento rozsah se nachází ponûkud níÏe,
neÏ je rozsah 20 kHz aÏ 45 kHz, pouÏívan˘ u prÛmyslov˘ch hladinov˘ch
mûfiiãÛ. Rychlost ‰ífiení ultrazvukového
detektor mûfiící
odraz
mikrovlnného
záfiení
vysílaã
mikrovlnného
záfiení
okénko pro
mikrovlnné
záfiení
okénko pro
mikrovlnné
záfiení
A)
odraÏen˘
paprsek
rychlost zvuku, musí b˘t látka, kterou se
zvuk ‰ífií velmi dobfie známá a musí se
mûfiit její teplotní zmûny. Mûfiené údaje
musí b˘t na teplotu korigovány.
Pfii pokojové teplotû je rychost ‰ífiení
zvuku v atmosférickém vzduchu
340 m/s, tj. 762 mph (mile per hour,
míle za hodinu). Pfii téÏe teplotû je rychlost ‰ífiení ultrazvukového impulsu ve
vodû rovná 1496 m/s, tj. 3353 mph.
Pokud je vzduch ohfiát˘ na teplotu
100 °C vzroste rychlost ‰ífiení zvuku na
386 m/s. Ve skuteãnosti je rychlost zvuku úmûrná druhé odmocninû z teploty.
Pfii teplotách blízk˘ch pokojové teplotû
roste pfii zvá‰ení teploty vzduchu o 1 °C
o 0.6 m/s, coÏ odpovídají jejímu procentuelnímu vzrÛstu o 0.18 % / °C.
●
Ultrazvukové převodníky
Pfievodníky, které generují ultrazvukov˘
impuls, obvykle vyuÏívají piezoelektrické elementy, i kdyÏ dfiívûj‰í pfievodníky
pouÏívaly také elektrostatické elementy.
Pfievodník pracující s na elektrostatickém principu je konstruovan˘ tak, Ïe
obsahuje tenkou ohebnou pozlacenou
fólii z umûlé hmoty, nataÏenou na základní hliníkovou desku a drÏenou ve
své poloze listov˘m perem.
Toto fie‰ení bylo poprve pouÏito u fotoaparátu Polaroid vybaveném samoãinn˘m zaostfiováním a pouÏívá se
pfienesen˘
paprsek
absorbovan˘
paprsek
mikrovlnn˘
pfiijímaã
okénko pro
mikrovlnné
záfiení
B)
Obrázek 9-3: Uspofiádání mikrovlnného mûfiiãe
ji ru‰ení jsou prolákliny, dutiny, a mosty, klenby, vytváfiející se v pevném materiálu. Ru‰ivé jsou také ‰ikmé povrchy
materiálu, které mohou odráÏet radaroZPRAVODAJ
impulzu závisí jednak na látce, kterou
se impulz ‰ífií, jednak na teplotû této
látky. To znamená, Ïe pokud se pro
mûfiení hladiny (její vzdálenosti nebo
její polohy) pouÏívá jako parametr
i nyní v ãist˘ch prostfiedích. Piezoelektické pfievodníky pouÏívají keramické
krystaly nebo krystaly z polymeru.
Krystaly vibrují na kmitoãtu vlastních
kmitÛ. Tyto jednotky jsou mnohem roâíslo 4
95
9
bustnûj‰í, dokáÏí odolat splachovacímu
tlaku aÏ 1200 psig a splÀují poÏadavky norem NEMA-6P (IEC IP67).
a na pfiíjem jeho odraÏené ozvûny
(Obrázek 9-4 A). Pokud je pfiístroj
umístûn˘ na vr‰ek nádoby, mÛÏe sní-
v pfiímém doteku s technologickou tekutinou a také dostupnost k pfiístroji pfii
provádûní jeho úrÏby je omezená. Al-
úroveÀ povrchu Zemû
ocelová v˘ztuÏ
trubice pro
vedení solanky
dutina
uhlovodík
rozhraní
solanka
pfievodník
A) mûfiení doby do návratu ozvûny
B) absorbce signálu
C) pfiístroj je v doteku s tekutinou
Obrázek 9-4: Uspofiádání pfiístrojÛ pfii mûfiení v˘‰ky hladiny pomocí ultrazvuku
Obecnû platí, Ïe ãím je prÛmûr piezoelektrického elementu vût‰í, tím je
dosah pfievodníku vût‰í a frekvence vysílan˘ch impulsÛ men‰í. Je tomu tak
proto, protoÏe po vyslání ultrazvukového impulzu pfievodník vyÏaduje urãit˘
ãas na ustálení sv˘ch vibrací. Kmitoãet
oscilací je nepfiímo úmûrn˘ prÛmûru
elementu. Normalizované standardni
pfievodníky vysílají paprsek v prostorovém úhlu asi 8o, pro své napojení vyÏadují pfiípojky s dimensováním leÏícím
mezi 1/4 palce a 2.5 palce NPT, jsou
vhodné pro práci v teplotním rozsahu od
-20 °C do 60 °C (od -30 °F do 140 °F).
Pfiesnost mûfiení se obvykle pohybuje
v rozmezí od 0.25 % do 0.5 % plného
rozsahu pfiístroje, mûfiení lze provádût
na vzdálenost aÏ asi 30 stop. V˘stupem pfiístroje je obvykle analogov˘ signál 4 mA aÏ 20 mA, nebo reléov˘ signál se zatíÏitelností aÏ 12 ampér.
●
Sestavy snímače/převodníku/vysílače hladiny
Sestava ultrazvukového snímaãe v˘‰ky
hladiny mÛÏe sestávat ze samostatného
vysílaãe ultrazvukového signálu a ze
samostatného pfiijímaãe odraÏeného
signálu (Obrázek 9-4 A). Nejãastûji je
ale pfiístroj fie‰en˘ jako jedna jednotka,
která je v pravideln˘ch ãasov˘ch intervalech pfiepínána na vysílání impulsu
96
maã mûfiit hloubku parního prostoru
nádoby. Pro urãení objemu tekutiny
v nádobû je potfiebná pfiesná znalost
tvaru prÛfiezu nádoby.
Pokud je poÏadavek na pfiímé mûfiení v˘‰ky sloupce kapaliny, lze mûfiiã
âíslo 4
Obrázek 9-5: Kalibraãní terã
umístit na dno nádoby (Obrázek 9-4
A). Pfii takovéto montáÏi je ale pfiístroj
ternativou je umístit mûfiiã vnû stûny dna
nádoby. Ultrazvukov˘ impuls mÛÏe b˘t
ale pfii této montáÏi znaãnû zeslaben˘
v dÛsledku jeho pohlcení a rozptylení
stûnou dna nádoby (Obrazek 9-4 A).
Kandidáty na pouÏití ultrazvukového
mûfiení hladiny jsou pro svoji dobrou
odrazivost stojaté, nepromíchávané kapaliny a pevné látky skládající se z velk˘ch a tvrd˘ch ãástic. Pefií, chomáãky,
pûna, kyprá zemina, odráÏejí signál
nedostateãnû. Prach, mlha a vlhkost
v parním prostoru nádoby mají tendenci ultrazvukov˘ impuls absorbovat, pohltit. Útlum ultrazvukového signálu také
roste s délkou, na kterou se ‰ífií. V˘kon
ultrazvukového vlnûní o kmitoãtu
44 kHz, ‰ífiícího se such˘m ãist˘m vzduchem o pokojové teplotû, klesá o jeden
aÏ tfii decibely (dB) na kaÏd˘ metr dráhy, kterou signál urazí. Je proto dÛleÏité, zejména tehdy kdyÏ se mûfií vût‰í
hloubky, aby pfievodníky generovaly
ultrazvukov˘ impuls kter˘ je siln˘
a dobfie zaostfien˘ (Obrázek 9-4 B).
Je také Ïádoucí, aby byl povrch mûfiené látky hladk˘ a aby byl kolm˘ ke
smûru ‰ífiení ultrazvukového vlnûní.
V aplikacích, kde se mûfií hladina kapaliny, musí leÏet zamûfiovací úhel v intervalu do 2 stupÀÛ od vertikály. Pokud
je materiál na povrchu promíchávan˘,
nebo pokud je jeho povrch ‰ikm˘ (napfiíklad v pfiípadû pevn˘ch látek), mÛÏe
ZPRAVODAJ
9
ãe, která vibruje svou vlastní frekvencí.
JestliÏe se ãelní strana sondy zanofií do
mûfiené technologické tekutiny, vibrace
se utlumí. Obrázek 9-3 ukazuje, Ïe tyto
spínaãe mohou b˘t umístûny buì vnû
nádoby nebo uvnitfi nádoby, mohou b˘t
umístûny jak nad hladinou, tak pod hladinou kapaliny. Sondu lze umístit jak
v horizontální, tak ve vertikální poloze.
ProtoÏe mohou b˘t vibrace tlumeny
i povlaky, je pouÏití takov˘chto snímaãÛ
omezené na instalace, kde se pracuje
s ãist˘mi kapalinami Tlumící efekt pev-
matickou rekalibraci hladinového snímaãe. Ke snímaãi lze pfiidat zvukovodnou trubici se hfiebenem s více kalibraãními terãi. Takovouto kalibrací lze zaruãit, Ïe se mûfiení do vzdálenosti 30 metrÛ bude provádût s pfiesností do 5 mm.
Inteligentní jednotky mohou provádût svoji automatickou kalibraci a mohou pfievádût hodnotu hladiny, zmûfienou v kulov˘ch, nepravideln˘ch, nebo
vodorovn˘ch válcov˘ch nádobách na
skuteãnou hodnotu objemu látky. Lze je
také pouÏít v instalacích, kde je více
se ozvûna rozpt˘lit. Klíãem ke spávné
instalaci ultrazvukového hladinového
snímaãe je proto správná a peãlivá
anal˘zy parametrÛ ‰ífiení, odrazu
a absorbce ultrazvuku látkami, které se
v nádobû nacházejí.
Pokud se mûfií rozhraní dvou tekutin,
napfiíklad rozhraní mezi uhlovodíkem
a solankou v dutinû studny, vrtu, podzemního zásobníku, je pfievodník umístûn ve vrtu na konci trubice. Ultrazvukov˘ impuls se vysílá vrstvou solanky,
která je oproti uhlovodíku tûÏ‰í, vzhÛru,
100
80
60
50
40
procento propu‰tûného záfiení
SG=0.5
30
20
voda
SG=1.0
10
8
6
5
4
3
ocel
SG=7.6
SG=2.0
hliník
SG=2.8
2
1
SG=1.5
olovo
SG=11.3
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
12
14
16
18
tlou‰Èka materiálu v palcích
20
22
24
26
28
30
SG = mûrná váha
Obrázek 9-6: PrÛchodnost záfiení gamma generovaného césiem 137
smûrem k rozhraní kapalin. V˘‰ka hladiny se urãuje z doby, kterou potfiebuje
odraÏená ozvûna pro svÛj návrat (Obrázek 9-4 C).
nádob nebo více sil. Zde je lze multiplexû sdílet, a tím náklady na mûfiení
v˘‰ky hladiny sníÏit.
●
●
Speciální vlastnosti snímačů
Vût‰ia moderních pfiístrojÛ, které pracují s ultrazvukem, má zabudovanou
kompensaci na teplotu, má zabudovanou filtraci mûrn˘ch technologick˘ch
dat, nûkteré pfiístroje provádûjí automaticky svoji kalibraci. Obrázek 9-5 ukazuje sestavu s pevn˘m kalibraãním terãem, objektem, kter˘ urãuje jednu konkrétní kalibraãní vzdálenost pro autoZPRAVODAJ
Hladinové spínače
Pokud staãí detekovat pfiítomnost nebo
nepfiítomnost hladiny v urãité konkrétní
v˘‰ce, lze uvaÏovat o pouÏítí hladinov˘ch spínaãÛ, pracujících na principu
detekce útlumu ultrazvukov˘ch vibrací,
nebo na principu detekce absorbce ultrazvukového signálu. V pfiípadû detekce útlumu signálu je snímaã fie‰en˘ tak,
Ïe je jeho piezoelektrick˘m krystalem
uvádûna do vibrací ãelní strana sníma-
n˘ch látek nemusí b˘t pro vyvolání spínací funkce spínaãe dostateãn˘.
U spínaãe, pracujícího na principu
detekce absorbce signálu slouÏí jeden
piezoelektick˘ krystal jako vysílaã,
a druh˘ jako pfiijímaã signálu. Pokud je
mezera mezi snímaãi zaplnûna kapalinou, prochází ultrazvukové vlnûní od
jednoho krystalu ke druhému. Pokud se
ale prostor mezi snímaãi zaplní parami, ultrazvukové vlnûní k pfiijímaãi neprojde. Krystaly lze umístit do hrotÛ vidlicovit˘ch snímaãÛ na protilehlé stûny
nádoby, lze je také umístit na dvû strany horizontální nebo vertikální sondy,
âíslo 4
97
9
je vysílan˘ ultrazvukov˘ signál rozhraním odraÏen˘ a k pfiijímaãi neprojde.
Pokud se má detekovat rozhraní kalÛ nebo ka‰í, nebo pokud je tfieba urãit
sílu lehãí vrstvy, lze pfiipevnit ultrazvukov˘ absorbãní snímaã na plovák. Pokud se budou absorbãní charakteristiky
obou vrstev li‰it, bude snímaã signalizovat, je-li tato vrstva silnûj‰í, nebo na-
snímaãe musí b˘t od sebe oddûlené
jednou, nebo více, mezerami 0.5 palce. Pokud je technologickou tekutinou
kal nebo ka‰e, je Ïádoucí, aby se zajistilo, Ïe tato lepkavá nebo povlaky tvofiící tekutina pfii poklesu hladiny z mezery zcela odteãe, ponechat mezi vysílaãem a pfiijímaãem vût‰í mezeru.
Obvyklá pfiesnost tûchto spínaãÛ je
neionizující záfiení ionizující záfiení
energie fotonu eV
-10
-5
10
100
mikrovlnné vlnûní
infraãervené
záfiení
10
elektrické
vlnûní
●
105
1010
ultrafialové
gamma
záfiení
viditelné
svûtlo
105
100
kosmické
záfiení
Roentgenovy
paprsky
10-5
10-10
10-15
vlnová délka (cm)
Obrázek 9-7: Vlnová délka záfiení a energie jeho fotonu
0.5 palce nebo lep‰í. Pfiipojují se na kuÏelovit˘ závit NPT 3/4 palce. Jejich pracovní teploty se pohybují v rozmezí od
40 °C do 90 °C (od 100 °F do 195 °F)
(speciální spínaãe mohou pracovat aÏ
do 400 °C / 750 °F), pracovní tlaky spínaãu jsou aÏ 1000 psig. Normalizovan˘m standardním v˘stupem spínaãÛ je
dvoupólov˘ (DPDT, double-pole/double-throw) reléov˘ v˘stup 5 ampérÛ nebo
10 ampérÛ. PouÏívají se ale také napûÈové a proudové v˘stupy.
Pfiítomnost nebo nepfiítomnost rozhraní mezi dvûma ãist˘mi kapalinami
lze mûfiit pomocí absorbãní sondy (sondy s mezerou mezi vysílaãem a pfiijímaãem). Sonda se zamûfií pod úhlem
10 stupÀÛ smûrem dolÛ od horizontálního smûru. U takovéto sestavy procházejí vysílané ultrazvukové impulzy
k pfiijímaãi tehdy, pokud je celá sonda
ponofiena buì do lehãí, nebo do tûÏ‰í
kapaliny. Pokud se do mezery mezi vysílaãem a pfiijímaãem posune rozhraní,
98
âíslo 4
energie záfiení, tûlesem projde pouze
8 procent energie záfiení. MÛÏe-li tedy
pozorovatel udrÏet v‰echny parametry
systému kromû tlou‰Èky tûlesa konstantní, bude mûfiená intenzita procházejícího gamma záfiení mírou tlou‰Èky objektu. Za pfiedpoklau, Ïe se vzdálenost mezi zdrojem a detektorem záfiení nemûní,
lze takto u technologického materiálu
pfiesnû mûfiit buì jeho tlou‰Èku (v˘‰ku
hladiny), nebo, pokud je jeho tlou‰Èka,
v˘‰ka, konstantní, jeho hustotu.
opak slab‰í, neÏ je poÏadováno.
Nukleární měřiče výšky hladiny
V roce 1898 objevila Marie Curie
rádium. Objevila ho pfii pozorování, Ïe
nûkteré prvky vyzafiují svou vlastní, radioaktivní, energii. Nazvala toto záfiení gamma paprsky. Gamma paprsky
mûly tajuplné, mystické, vlastnosti mohly procházet tím co se zdá b˘t pevnou, neproniknutelnou, hmotou nebo
látkou. Pfii prÛchodu látkou ztrácely ale
gamma paprsky ãásteãnû na své intensitû. Paprsky byly, jak se dalo tu‰it,
ovlivÀovány mûrnou vahou tûlesa kter˘m procházely a jeho tlou‰Èkou. Jejich
mûfiená intezita také závisela na vzdálenosti mezi zdrojem gamma paprskÛ
a jejich detektorem.
Obrázek 9-6 ukazuje, Ïe prochází-li,
napfiíklad, záfiení prvku cesium 137
ocelov˘m tûlesem, plechem, siln˘m
3 palce, absorbuje se v tûlese 92 %
Zdroje záření
V˘voj nukleárních snímaãÛ v˘‰ky hladiny, snímaãÛ pracujících se záfiením radioaktivních prvkÛ, zaãal v okamÏiku,
kdy se tato technologie posunula z prostfiedí laboratofií do prÛmyslu. Ten si vynutil zvládnout jak fie‰ení a konstrukci
vhodn˘ch mûfiiãÛ, detektorÛ, záfiení,
tak hromadnou v˘robu radioizotopÛ.
Obojí pfii‰lo na trh v padesát˘ch letech
minulého století.
V˘kon pronikavého nukleárního záfiení je dán energií jeho fotonÛ, která se
vyjadfiuje v elektronvoltech (eV, elektron
volt) a která je závislá na délce vlny záfiení (Obrázek 9-7). NejbûÏnûj‰í radioisotop kter˘ se pro mûfiení v˘‰ky hladiny pouÏívá, je césium 137, které vyzafiuje fotony s energetickou hladinu
0.56 MeV. Jin˘m radioizotopem, kter˘
se pfiíleÏitostnû pouÏívá je kobalt 60,
kter˘ vyzafiuje na hladinû 1.33 MeV.
I kdyÏ se na první pohled zdá, Ïe je kobalt 60, kter˘ má vzhledem k vût‰í
energii vyzafiovan˘ch fotonÛ vût‰í
schopnost prozáfiení v˘hodnûj‰í, má
zase krat‰í poloãas rozpadu. Pfii rozpadu kaÏdého isotopu ztrácí izotop svoji
sílu, doba, za kterou ztratí polovinu ze
své intensity záfiení se naz˘vá poloãas
rozpadu isotopu.
Poloãas rozpadu kobaltu 60 je
5.3 rokÛ. Znamená to, Ïe za 5.3 roku
poklesne jeho aktivita, z hodnoty
100 milicurie (mCi, millicurie) na hodnotu 50 mCi. (Jeden mCi, jednotka kterou se mûfií poãet rozpadÛ jader atomÛ
jednotkového mnoÏství materiálu za sekundu, je definovan˘ jako hodnota aktivity jednoho miligramu rádia 226.)
Pokud se pouÏívá kobalt pro mûfiení
v˘‰ky hladiny, vyÏaduje nepfietrÏit˘ pokles síly zdroje záfiení nejen nepfietrÏité
provádûní a upfiesÀování kompenzace
ZPRAVODAJ
9
●
Bezpečnost při měření výšky hladiny nukleárními měřiči
Úfiad Neclear Regulatory Commission
(NCR) omezuje intenzitu záfiení na maximálnû 5 miliroentgeny za hodinu,
mR/h (mr/hr, milliroentgen per hour) ve
vzdálenosti 12 palcÛ od sondy s nukleárním záfiiãem. Pokud je intenzita záfiení vût‰í, musí pracovi‰tû splÀovat poÏadavky prostoru s pfiítomností záfiení, Radiation Area posting. Vzdálenost 12
palcÛ je v˘znamná, protoÏe intensita
záfiení klesá s druhou mocninou vzdálenosti od zdroje záfiení. Hladinové sondy s nukleárním záfiiãem se dimenzují
tak, aby na detektor záfiení dopadalo
záfiení o vût‰í intenzitû, neÏ je minimální, pro funkci detektoru poÏadovaná,
hodnota, ale aby tato intenzita dopadajícího záfiení mûla men‰í hodnotu,
neÏ je onûch 5 mR/h. U detektorÛ s ionizaãní komoru je minimální potfiebná
hodnota intenzity záfiení 1 mR/h. Pro
Geiger-Muellerovy spínaãe je to 0.5
mR/h, pro scintilaãní detektory je to 0.1
mR/h aÏ 0.2 mR/h. Základní mûfiení
pfii pouÏití nukleárních mûfiiãÛ je mûfiení v parním prostoru nad kapalinou. Pfii
vzrÛstu hladiny kapaliny se intenzita
záfiení, dopadajícího na detektor sniÏuje. Je-li nádoba plná, je tato intenzita
záfiení prakticky nulová.
PouÏívá-li se záfiení pro mûfiení v˘‰ky hladiny v nádobû, musí záfiení procházet, neÏ projde k detektoru, mnoha
vrstvami materiálu. Aby se pfiede‰lo
ZPRAVODAJ
opatfiením, vyÏadovan˘m pro prostor
s pfiítomností záfiení, musí b˘t u detektoru záfiení intenzita záfiení men‰í neÏ
je bezpeãnostní mez (jakou je napfiíklad 5 mR/h). Jin˘m kritériem, které je
moÏné pouÏít je napfiíklad kritérium
dodrÏení roãní expozice ãlovûka záfiením pod hodnotou 5 R (5 rems, roentgen + equivalent + man). Je-li nûkdo
vystaven˘ pÛsobení záfiení po cel˘ rok,
odpovídá uvedená hodnota expozice
intenzitû záfiení 0.57 mR/h. Pokud je
ale pracovník vystaven˘ v pracovním
prostoru pÛsobení radiace pouze po
dobu 40 hodin za t˘den, odpovídá
roãní exposice 5 R ozáfiení, které by
zde dostal pfii intenzitû záfiení 2.4
mR/h. Skuteãn˘ v˘znam má celková,
kumulativní, exposice, hodnota ozáfiení, které ãlovûk dostane bûhem svého
Ïivota (maximum je 250 R). Je proto
pfiípustnost roãní exposice 5 R, nebo
kaÏdé jiné mezní veliãiny, také funkcí
na vysokotlaké nádrÏi s vodou, nádrÏ
má ocelové stûny, síla stûny je 1/2 palce (Obrázek 9-9). Obvykle je tfieba dodrÏet dvû kritéria. Prvním kritériem je,
Ïe zv˘‰í-li se hladina v nádrÏi z hodnoty 0 % na hodnotu 100 %, musí se intenzita záfiení dopadajícího na mûfiiã,
detektor, zmen‰it alespoÀ o 50 %. Druh˘m, a dÛleÏitûj‰ím, kritériem je, Ïe maximální intenzita záfiení u detektoru záfiení (v situaci, kdy je nádoba prázdná)
nesmí b˘t vût‰í, neÏ je daná bezpeãnostní mez (fieknûme 2.4 mR/h). Aby
bylo záfiení pro plánovan˘ detektor
s ionizaãní komorou úãinné, musí b˘t
ale intenzita záfiení u detektoru vût‰í
neÏ 1.0 mR/h.
Nejdfiíve se urãí intenzita záfiení Da
(a, air, vzduch) u detektoru za situace,
kdy mezi zdrojem a mûfiiãem záfiení
není nádoba. Pfiedpokládejme, Ïe
vzdálenost (d) mezi zdrojem a detektorem je 48 palcÛ,
250
200
celková, kumulativní, exposice
tohoto poklesu, ale nakonec i v˘mûnu
zdroje záfiení (v pfiípadû kobaltu 60
zhruba jednou za 5 rokÛ. To znamená
vynaloÏit náklady nejen na nákup nového zdroje, ale i na likvidaci starého
zdroje.
Césium 137 má ov‰em poloãas rozpadu 33 rokÛ. Je to dostateãnû dlouhá
doba k tomu, aby mohl césiov˘ zdroj
záfiení dokonce pfieÏít i samotn˘ technologick˘ proces. Je také pravdûpodobné, Ïe zde technologick˘ pokrok
povede k rychlej‰ímu zvy‰ování citlivosti detektoru záfiení, neÏ je rychlost poklesu aktivity césiového zdroje. Je pravdûpodobné, Ïe uÏivatel bude mít v budoucnu moÏnost, pfii ponechání stávajícího zdroje záfiení, zkvalitnit nebo vymûnit pouze mûfiiã, detektor, záfiení.
150
ice
pos
nebezpeãná oblast
ní
100
roã
ex
bezpeãná oblast
50
0
5R
10
20
30
40
vûk operátora
50
60
70
Obrázek 9-8: Akumulace expozice
vûku ãlovûka (Obrázek 9-8). Na druhé
stranû musí b˘t intenzita záfiení u detektoru stále dostateãnû silná, aby pfii
zmûnû mûfiené v˘‰ky hladiny zmûna intenzity záfiení vyvolala pouÏitelnou velikost zmûny v˘stupu detektoru. Ilustrujme tuto situaci na pfiíkladu:
●
Dimenzování zdroje záření
Bodov˘ zdroj 10 mCi s césiem 137 (koeficient K zdroje je K = 0.6) je umístûn˘
Da = 1000 K (mCi) / d2 =
1000 (0.6) (10) / 482 = 2.6 mR / h
ProtoÏe je zdroj ve v‰ech smûrech,
s v˘jimkou smûru k nádobû, zakryt˘,
zastínûn˘, bude operátor, kter˘ i pfii
prázdné nádobû pracuje v blízkosti detektoru záfiení, ozáfien˘ jen minimální
dávkou záfiení. Dvû pÛlpalcové ocelové
stûny nádoby (Obrázek 7-9 ukazuje, Ïe
âíslo 4
99
9
ocelí o síle jeden palec projde 49 % na‰eho záfiení) sníÏí hodnotu Da na 0.49 x
2.6 mR/h = 1.27 mR/h. Tato hodnota
je niÏ‰í neÏ je pfiípustná maximální
hodnota intenzity záfiení a je vy‰‰í, neÏ
je minimální hodnota intenzity, poÏadovaná pro její mûfiení detektorem.
KdyÏ je nádoba naplnûná, nachází
se v cestû záfiení 30 palcÛ vody, která
sníÏí maximální intenzitu dopadajícího
záfiení na 0.045 mR/h (0.035 x 1.27
= 0.045). Tato zmûna intenzity je vût‰í,
neÏ je její poÏadovan˘ padesátiprocentní pokles, kter˘ je pro provedení
citlivého mûfiení nutn˘. Poznamenejme,
Ïe lze toto dimenzování zdroje sníÏit
pfii pouÏití Geiger-Muellerova detektoru na polovinu. PouÏitím scintilaãního
detektoru se sníÏí intenzita záfiení zdroje pûtkrát aÏ desetkrát.
Velikost zdroje lze také zmûn‰it tak,
Ïe se zdroj záfiení umístí místo na stûnu
nádoby na hrot sondy v nádobû, která
se pfiisune pomûrnû blízko ke stûnû nádoby. Je-li tfieba mûfiit v˘‰ku hladiny
která se mûní ve vût‰ím rozsahu, lze
místo bodového zdroje záfiení pouÏít
zdroj záfiení ve tvaru prouÏku. Pfiesnost
vût‰iny nukleárních mûfiiãÛ v˘‰ky hladiny je zhruba 1 % rozsahu. Je-li poÏadována pfiesnost potfiebná pro úãetní
evidenci, je moÏné jak zdroj záfiení, tak
detektor záfiení umístit na pohonem
ovládané pásky a mûnit jejich polohu
tak, aby se nacházely v blízkost mûfiené hladiny materiálu (nebo, jsou-li se
v nádobû dvû kapaliny, v blízkosti rozhraní jejich hladin).
Souãasné poãítaãe na‰tûstí dokáÏí
snadno pfieÏv˘kat ãísla a vzorce popisující libovolnou kombinaci geometrick˘ch a konstrukãních kritérií. Nejvût‰ím
problémem a v˘zvou zde ov‰em nejsou
v˘poãty, ale získání pfiesn˘ch vstupních
dat pro tyto v˘poãty. Je proto velice dÛleÏité, aby byla pfiesnû známá síla stûn
nádoby a materiál, ze kterého jsou
zhotovené. Musí b˘t pfiesnû urãené
a popsané také dal‰í díly nádoby jako
jsou její pfiepáÏky, lopatky míchaãe,
plá‰tû. Je tfieba pfiesnû stanovit v‰echny
potfiebné vzdálenosti. Krátce fieãeno,
kvalita provedení instalace nukleárního
mûfiiãe je do velmi znaãné míry závislá
na pfiesné znalosti detailÛ konkrétní
aplikace.
100
âíslo 4
●
Varianty detektoru záření
trody ke druhé. âím je gamma záfiení
dopadající na sklenûná víka trubice silnûj‰í, tím více impulzÛ je tímto záfiením
generováno. V˘sledná intenzita impulzÛ
je naãítaná pfiipojen˘mi elektronick˘mi
obvody, mûfiená hodnota se udává v poãtu impulzÛ za sekundu.
Takov˘to detektor lze pouÏít jako
hladinov˘ spínaã. Musí b˘t kalibrovan˘ tak, aby pfii urãité intenzitû záfiení,
indikující existenci vysoké nebo nízké
hladiny, aktivoval nebo deaktivoval relé. Geiger-Muellerovy detektory lze
pouÏít pouze jako zafiízení, detekující
jednu konkrétní v˘‰ku hladiny. Mezi
v˘hody tûchto detektorÛ patfií jejich relativnû nízká cena, mal˘ rozmûr a vysoká spolehlivost.
Nejjednodu‰‰ím a nejstar‰ím typem detektoru záfiení je Geiger-Muellerova trubice. Tento pfiístroj je nejãastûji spojovan˘ s Geigerov˘m ãítaãem, kter˘, je-li vystaven pÛsobení radiace, vydává hlasit˘
a dramaticky pÛsobící mlaskav˘ zvuk.
Pracovními díly tohoto detektoru jsou
kovov˘ obal válce, kter˘ pÛsobí jako
jedna elektroda, válec je vyplnûn˘ inertním plynem. Jako druhá elektroda slouÏí tenk˘ drát, kter˘ je veden˘ stfiedem
válce. Sklenûná víka válce slouÏí zároveÀ jako isolátor, na elektrody je pfiivedeno vysoké napûtí (700 Vss aÏ 1000
Vss), které témûfi postaãuje k tomu, aby
mezi elektrodami zaãal protékat elektrick˘ proud. Je-li trubice vystavena pÛ-
úchyty
nádoby
a opûrná
deska
úchyt
nádoby
dráha záfiení
tfimenov˘
‰roub
zdroj záfiení
a drÏák
zdroje
pÛdorys
detektor
maximální v˘‰ka hladiny kapaliny
45 max
dráha záfiení
minimální v˘‰ka hladiny kapaliny
1/2"
plo‰ina
30"
48"
nárys
Obrázek 9-9: Dimensování zdroje záfiení
sobení gamma záfiení, je dopadajícími
fotony plyn ionizován a ionizované dráhy vedou elektrick˘ proud od jedné elek-
Detektor s ionizaãní komorou je zafiízení, slouÏící pro spojité mûfiení spojitû se mûnící v˘‰ky hladiny. Je tvofien˘
ZPRAVODAJ
9
trubicí která má prÛmûr od 4 palcÛ do
6 palcÛ, trubice je dlouhá aÏ 20 stop.
Naplnûná je inertním plynem, kter˘ je
stlaãen˘ na tlak o hodnotû nûkolika atmosfér. Na rozsáhlou elektrodu protaÏenou stfiedem ionizaãní komory je pfiivedeno malé pfiedpûtí. Pfii dopadu fotonu gamma záfiení se v komofie inertní
plyn ionizuje, coÏ má za následek, Ïe
se zmûfií velice mal˘ elektrick˘ proud
(fiádovû pA). Proud je pfiímo úmûrn˘
mnoÏství gamma záfiení které na detektor dopadá. Mûfien˘ proud je po zesílení vysílan˘ jako signál o mûfiené v˘‰ce hladiny.
V aplikacích, kde se mûfií v˘‰ka hladiny, dopadá vût‰ina záfiení do ionizaãní komory a její v˘stupní signál je
proto nejvût‰í, kdyÏ je v˘‰ka mûfiené
hladiny nejmen‰í. Se zvy‰ováním se
v˘‰ky hladiny je stále vût‰í mnoÏství
gamma záfiení absorbováno látkou jejíÏ hladina se mûfií, pfiímo úmûrnû tomu
se zmen‰uje v˘stupní signál z detektoru
záfiení. Mûfiící systém je kalibrovan˘
tak, aby pfii nejvût‰ím v˘stupním proudu ukazoval pomûrnou v˘‰ku hladiny
0 %. Údaj o 100 % pomûrné v˘‰ce hladiny je nastaven˘ tak, aby odpovídal
nejmen‰í hodnotû v˘stupního proudu.
Nelinearitu rozsahu lze obvykle korigovat pouÏitím linearizaãního software.
Takov˘to software mÛÏe také kompenzovat vliv spirál parního v˘mûníku
tepla, lopatek míchaãe, pfiepáÏek,
prstencov˘ch v˘ztuh, plá‰ÈÛ a jin˘ch dílÛ, nacházejících se jak uvnitfi, tak vnû
nádoby.
Scintilaãní ãítaãové detektory jsou
oproti ionisaãním komorám pûtkrát aÏ
desetkrát citlivûj‰í. Také jejich cena je
vy‰‰í. Mnoho uÏivatelÛ je ale ochotno
toto zv˘‰ení nákladÛ akceptovat, protoÏe jim umoÏÀuje buì pouÏívat men‰í,
slab‰í, záfiiãe, nebo získat mûfiiã, kter˘
je citlivûj‰í. Pfii dopadu gamma záfiení
na látku která má scintilaãní vlastnosti
(fosfor) je záfiení pfievedeno na viditelné záblesky, tvofiené fotony viditelného
svûtla (ãásticemi svûtla).
Se vzrÛstající intenzitou gamma záfiení se poãet tûchto fotonÛ zvy‰uje. Fotony prostupují ãist˘m, ãir˘m, scintilaãním médiem, tvofien˘m umûlou hmotou,
k elektronce fotonásobiãe. Fotonásobiã
pfievádí fotony svûtla na elektrony. V˘stupní signál je pfiímo úmûrn˘ energii
ZPRAVODAJ
gamma záfiení, dopadajícího na scintilaãní snímaã.
Scintilaãní detektory jsou k dispozici
v mnoha provedeních li‰ících se tvarem, dimenzováním, rozmûry, délkou.
Jeden z posledních v˘robkÛ je tvofien˘
optick˘m kabelem ze sklenûn˘ch vláken, umoÏÀující zv˘‰it citlivost detektoru umístûním více vláken do jednoho
svazku. Dal‰í v˘hodou kabelu ze sklenûn˘ch vláken je, Ïe se vyrábí ve velk˘ch délkách a Ïe je dostateãnû ohebn˘, aby ho bylo moÏno pfiizpÛsobit tvaru, geometrii, nádoby. Mûfiení v˘‰ky
hladiny u kulov˘ch, kuÏelov˘ch, nebo
jin˘ch zvlá‰tních tvarÛ nádob se tím
zjednodu‰uje.
●
Aplikace nukleárních měřičů
O radiaãních mûfiiãÛ se obvykle uvaÏuje aÏ tehdy, kdyÏ nelze mûfiení provést
Ïádn˘m jin˘m zpÛsobem, nebo tehdy,
kdyÏ mÛÏe zasahováni do technologické tekutiny nebo do technologického
procesu, které je poÏadované pfii pouÏití tradiãních snímaãÛ v˘‰ky hladiny,
ohrozit Ïivot lidí, Ïivotní prostfiedí, nebo kdyÏ mÛÏe vést ke zniãení velkého
majetku. Kapaliny a pevné látky, které
se nukleárními mûfiiãi mûfií, patfií mezi
nejnebezpeãnûj‰í látky, látky udrÏované pod vysok˘m tlakem, b˘vají to toxic-
ké, korozivní, explozivní, karcinogenní
mareriály. ProtoÏe nukleární sonda „vidí“ skrz stûny nádoby, lze ji instalovat
a upravovat, modifikovat, pfii chodu
technologického procesu - nevyÏaduje
drahé odstávky procesu nebo jeho pfieru‰ení pfii své náhodné poru‰e.
Instalace nukleárního snímaãe vyÏaduje povolení, licenci, úfiadu Nuclear Regulatory Commission (NRC). Jsou proto
vypracovány postupy, které zaruãují, Ïe
bude instalace nukleárního snímaãe bezpeãná. Nejlep‰ím zpÛsobem studia bezpeãnostních hledisek mûfiení pomocí radioaktivních sond je porovnat dobfie definované a dobfie pochopené nebezpeãí,
které je dané vystavením pracovníkÛ,
operátorÛ, ozáfiení, s moÏn˘m vût‰ím
nebezpeãím, které je dané pouÏíváním
nespolehlivého, nebo nepfiesnû provádûného, mûfiení v˘‰ky hladiny nebezpeãn˘ch technologick˘ch materiálÛ.
Spolu s tím, jak se detektory stávají
citlivûj‰í a jak jsou podporovány poãítaãi, klesá velikost zdrojÛ záfiení a jejich v˘sledné úrovnû záfiení se stále
zmen‰ují. Je tedy pravdûpodobné, Ïe
se bezpeãnost tûchto pfiístrojÛ bude
i v budoucnu stále zlep‰ovat.
T
OMEGA Press,1995.
Inc., 1989.
• Fundamentals of Radar Techniques for Level Gauging, Detfel Brumbi, Krone
Metechnik GmbH & Co. KG, 1995
• Industrial Applications of Radar Technology for Continuous Level Measurement, W. L. Hendrick, Instrument Society of America, 1992.
• Instrument
Engineer’s Handbook, Bela Liptak, Third Edition, CRC Press,
1995.
• Process / Industrial Instruments and Control Handbook, 4th Edition, Douglas M. Considine, McGraw-Hill, 1993.
• Theoretical Nuclear Physics Volume I: Nuclear Structure, A. deShalit, H.
Feshback, John Wiley & Sons, New York 1974.
âíslo 4
101
10
Speciální hladinové spínaãe
Tepelné spínaãe
Vibraãní spínaãe
Optické spínaãe
T
epelné, vibraãní a a optické snímaãe v˘‰ky hladiny jsou speciální zafiízení, vyvinuté pro fie‰ení speciálních problémÛ mûfiení v˘‰ky hladiny.
Obvykle se pouÏívají v takov˘ch aplikacích, kde nelze mûfiení hladiny
zvládnout bûÏnûj‰ím zafiízením s plovákem nebo s kapacitanãní sondou,
nebo tam, kde by byly pfiístroje na
principu ultrazvuku, nukleárního záfiení, radaru nebo mikrovln buì pfiíli‰ nároãné a sloÏité nebo, pfiíli‰ drahé, nebo
jinak pro danou aplikaci nevhodné.
KaÏd˘ ze tfií uveden˘ch typÛ snímaãÛ lze pouÏít jak pro mûfiení hladiny,
tak pro mûfiení rozhraní mezi kapalinami. Optické snímaãe v˘‰ky hladiny, pokud jsou po kaÏdém mûfiení opláchnuty, jsou také vhodné pro detekci hladiny husté pûny. Ve speciálních aplikacích lze kaÏd˘ z tûchto tfií typÛ snímaãÛ
naladit tak, aby rozpoznal jednotlivé
konkrétní materiály, nebo ho lze pouÏít
pro urãení, zda dan˘ materiál dosáhl
uãité viskozity, hustoty, tepelné vodivosti, nebo opacity, neprÛhlednosti.
Konstrukce v‰ech tfií typÛ hladinov˘ch spínaãÛ jsou jednoduché, nekomplikované. Spínaãe jsou spolehlivé.
I kdyÏ nûkteré mohou kromû v˘‰ky hladiny detekovat i jiné vlastnosti technologického materiálu, je jejich hlavním
úãelem mûfiit pfiítomnost nebo nepfiítomnost materiálu v urãité konkrétní
v˘‰ce v nádobû.
Tyto spínaãe mohou b˘t úspû‰né pfii
jejich pouÏití ve víceúãelov˘ch provozních zafiízeních, ve kter˘ch musí b˘t
snímaãe kompatibilní s fiadou technologick˘ch materiálÛ, jejich stavÛ a provozních podmínek. Mezi jednotliv˘mi
dávkami materiálu nevyÏadují opakovanou kalibraci, mohou b˘t ãi‰tûny na
místû, kde jsou zabudovány.
Snímaãe s vibraãní sondou se ãasto
102
âíslo 4
Speciální hladinové spínače
pouÏívají k detekci pevn˘ch materiálÛ
jako je prá‰ek, sypan˘ pevn˘ materiál,
zrní, mouka, granule z umûlé hmoty,
cement, létav˘ popílek. Jako spínaãe
pfii dosaÏení vysoké nebo nízké hladiny mají vynikající parametry. Do nádoby je lze namontovat odshora, nebo ze
strany. Optické a tepelné spínaãe jsou
z vût‰iny aplikací mûfiení v˘‰ky hladiny
pevn˘ch materiálÛ obvykle vyluãovány
statou jejich ãinnosti, mohou ale pfiispût ke zborcení mÛstkÛ nebo k prolomení dutin.
Vibraãní a ladiãkové sondy mohou
pracovat i pfii znaãnû velkém usazování technologického materiálu, jsou li
potaÏeny Teflonem®, mají v nûkter˘ch
ménû obtíÏn˘ch aplikacích samoãistící
schopnost. Optické hladinové spínaãe
jsou k disposici s automatick˘m propí-
ohfiívaã
nevyhfiívaní
sonda
vyhfiívaná
sonda
O + stejnosmûrné napûtí
ke spínaãi
vyhfiívaná sonda
ohfiívaã
nevyhfiívaní sonda
Obrázek 10-1: Snímaã hladiny na principu tepelné vodivosti
pro malou tepelnou vodivost pevn˘ch
látek a pro prach, kter˘ se mÛÏe nacházet v parním prostoru zásobníkÛ
pevn˘ch hmot.
Jen málo hladinov˘ch snímaãÛ (s v˘jimkou tenzometrick˘ch snímaãÛ a zafiízení, fungujících na principu radiace)
pracuje dobfie v situacích, kdy pevné
materiály vytváfiejí dutiny nebo mÛstky.
Kvalita a parametry vibraãních sond
a snímaãÛ na principu ladûn˘ch vidlic,
ladiãek, jsou rovnûÏ v takov˘chto situacích nejisté. Vibrace, které jsou pod-
racím vybavením, které po kaÏdém poklesu vysoké hladiny ze spínaãÛ odstarÀuje povlak a usazen˘ materiál. Tepelné spínaãe, je-li jejich povlak mal˘,
práci nepfieru‰ují. Nánosem technologického materiálu se ale obvykle ke
snímaãi pfiidává dal‰í izolaãní vrstva,
coÏ nutnû vede ke zpomalení jeho ãasové odezvy.
Pro mûfiení v˘‰ky hladiny roztaven˘ch kovÛ je ze v‰ech tfií v této kapitole
diskutovan˘ch typÛ snímaãÛ vhodn˘
pouze optick˘ hladinov˘ spínaã pracuZPRAVODAJ
10
jící s laserem. Pokud jde o jiné technologie, lze pro detekci v˘‰ky hladiny
roztaven˘ch kovÛ pouÏít snímaãe se
Ïáruvzdorn˘mi plováky, snímaãe se
Ïáruvzdorn˘mi trubicemi které mûfií
hladinu protlaãováním bublinek plynu
a kapacitanãní snímaãe vzdálenosti.
Tepelné spínače
Tepelné hladinové spínaãe snímají buì
rozdíl mezi teplotou parního prostoru
a teplotou kapaliny, nebo, ãastûji,
vzrÛst tepelné vodivosti látky která snímaã obklopuje po zanofiení snímaãe
do technologické kapaliny.
Jedna z nejjednodu‰‰ích konstrukcí
tepelného hladinového spínaãe je tvofiena snímaãem teploty, vyhfiívan˘m
konstantním tepeln˘m pfiíkonem. Pokud
se sonda nachází v parním prostoru, je
její teplota vysoká, protoÏe páry, které
mají malou tepelnou vodivost, odvádûjí z málo teplé sondy jen malé mnoÏství
tepla. Jakmile se sonda zanofií do kapaliny, pohltí kapalina více tepla sondy
a teplota sondy poklesne. JestliÏe dojde
k této zmûnû teploty sondy, dojde k aktivaci spínaãe.
Jin˘ typ teplotního snímaãe pouÏívá
dva odporové teplomûry (RTD, resistance temperature detector), oba jsou umístûné ve stejné v˘‰ce. Jeden odporov˘
teplomûr je vyhfiívan˘, druh˘, referenãní, je nevyhfiívan˘. Odpory, sondy, jsou
zapojeny v sousedních vûtvích Wheatstoneova mÛstku (Obrázek 10-1). Pokud
se snímaã nachází v páfie, v plynné fázi
látky, je ohfiívaná sonda teplej‰í neÏ referenãní sonda. Obvod, tvofiící WheatstoneÛv mÛstek je rozváÏen˘. KdyÏ se
sondy zanofií do technologické tekutiny,
zaãne se jejich teplota blíÏit teplotû této
tekutiny. Jejich odpor bude témûfi stejn˘
a mÛstek bude vyváÏen˘. Hladinov˘ spínaã je aktivovan˘, kdyÏ dojde ke zmûnû
ve vyváÏení mÛstku.
ProtoÏe má kaÏd˘ technologick˘ materiál svoji charakteristickou hodnotu
ZPRAVODAJ
koeficientu vedení tepla, lze tepelné
hladinové spínaãe kalibrovat tak, aby
detekovaly pfiítomnost nebo nepfiítomnost urãité tekutiny. Takovéto snímaãe
lze proto pouÏívat v obtíÏn˘ch aplikacích, jako je napfiíklad detekce rozhraní, detekce kalÛ nebo ka‰í. Mohou také
detekovat, pokud jsou po kaÏdé operaci osprchovány, tepelnû vodivé pûny.
Tepelné hladinové spínaãe a spínaãe
detekující rozhraní nemají pohyblivé
mechanické díly. Jsou dimenzovány na
tlaky aÏ 3000 psig a teploty technolokonec s úchytem
plátek
konec s pohonem
styãník
signál, Ïe jeden ze snímaãÛ dosáhl
rozhraní pára/kapalina.
Jedním ze zajímav˘ch rysÛ tohoto
fie‰ení je, Ïe kazeta se snímaãi mÛÏe
b˘t pfiipevnûna na lanû nebo na kabelu a zanofiena do nádoby a Ïe signál
ze snímaãÛ mÛÏe b˘t pouÏit˘ pro ovládání pohonu, kter˘ kabel navíjí. Tímto
zpÛsobem lze hladinov˘ spínaã pouÏít
jako spojitû pracující mûfiiã spojitû se
mûnícího rozhraní pára/kapalina.
Pro detekci hladiny technologick˘ch
tekutin které mají vysoké teploty, napfiíklad pro detekci hladiny tekuté oceli
v kokilách lze pouÏít také teplomûry.
Teplomûry ve skuteãnosti do styku s roztaven˘m kovem nepfiicházejí. Urãují
místo, kde teplota vnûj‰í strany kokily
prudce roste. Toto místo odpovídá v˘‰ce hladiny oceli v kokile. Pokud se vertikálnû rozmístí více takov˘chto snímaãÛ, mÛÏe systém urãit hladinu tekuté
oceli v kokile s pfiesností zlomku palce.
Obrázek 10-2: Vibraãní jaz˘ãkov˘ spínaã
gické tekutiny v rozmezí od -75 °C do
175 °C (od -100 °F do 350 °F). Pfii
pouÏití pro detekci hladiny vody mají
typickou dobu odezvy 0.5 s, jejich
pfiesnost je lep‰í neÏ 2 mm. Obecnû
pracují tepelné hladinové spínaãe nejlépe s kapalinami které netvofií povlaky
a s ka‰emi jejichÏ relativní mûrná váha
se pohybuje v rozmezí od 0.4 do 1.2
a které mají viskositu v rozmezí od 1 cP
do 300 cP.
Tfietí typ tepeln˘ch spínaãÛ pouÏívá
rovnûÏ dva snímaãe, snímaãe jsou
umístûné uvnitfi jediné vertikální sondy.
Jsou umístûné jeden nad druh˘m, oba
jsou pfiipojené na zdroj napûtí. Nacházejí-li se oba snímaãe v páfie, v plynné
fázi, nebo nacházejí-li se oba snímaãe
v kapalinû, v kapalné fázi látky, je elektrick˘ proud, protékající obûma snímaãi stejnû velk˘. Nachází-li se ale dolní
snímaã v kapalinû a horní snímaã v páfie, teãe dolním snímaãem vût‰í elektrick˘ proud. Rozdíl proudÛ je detekován
proudov˘m komparátorem, kter˘ vysílá
Vibrační spínače
Vibraãní hladinové spínaãe detekují tlumení, které vzniká, kdyÏ se vibrující
sonda zanofií do technologického média. Tfii typy vibraãních snímaãÛ se odli‰ují svojí sestavou a kmitoãtem, se kter˘m pracují - jsou to jaz˘ãkové spínaãe, vibraãní sondy a ladûné vidlice, ladiãky (pracují s kmitoãty 120 Hz,
220 Hz aÏ 400 Hz, 85 Hz). Metoda,
pracovní princip a aplikace tûchto tfií
typÛ snímaãÛ jsou podobné. Jaz˘ãkov˘
spínaã sestává z plátku, pohonu a raménka (Obrázek 10-2). Cívka pohonu
pfiená‰í na plátek vibrace o kmitoãtu
120 Hz. JestliÏe se plátek pokryje technologick˘m materiálem, jsou jeho vibrace tlumené. Spínaã dokáÏe detekovat
jak zv˘‰ení hladiny tak pokles hladiny.
Pfii sníÏení hustoty technologického materiálu roste aktivaãní hloubka spínaãe
(hloubka do které se musí v technologickém materiálu plátek zanofiit). Zmûna aktivaãní hloubky b˘vá obvykle
âíslo 4
103
10
men‰í neÏ jeden palec. Jaz˘ãkov˘ spínaã dokáÏe detekovat rozhraní kapalina / kapalina, kapalina / pára, a pevná látka / pára. MÛÏe rovnûÏ signalizovat zmûnu hustoty nebo zmûnu viskozity technologického materiálu.
Pokud se pouÏívá v aplikacích s vlhk˘mi nebo mokr˘mi prá‰ky, má vibrující plátek tendenci vytváfiet v granulární
LED
pfiijímaã
hranol
svûtlo
generované
luminiscenãní diodou
pro monitorování hladiny prá‰kÛ, sypan˘ch pevn˘ch materiálÛ a granulárních
materiálÛ jako je zrní, mouka, pelety
z umûl˘ch hmot, cement a létav˘ popílek. Vibrace, které tvofií podstatu jejich
ãinnosti, mají tendenci minimalizovat
vytváfiení mÛstkÛ, které se v pevn˘ch
materiálech objevuje. Ladûné vidlice,
ladiãkové snímaãe, vibrují na kmitoãtu
LED
pfiijímaã
hranol
svûtlo
ztracené
v kapalinû
kapalina se nachází
pod hranolem snímaãe
hranol snímaãe je
zanofien˘ do kapaliny
zivních materiálÛ, písku, tûÏk˘ch a turbulentních tekutin, prá‰kÛ, lehk˘ch granulí, past a mazadel.
Snímaã s ladûnou vidlicí mÛÏe b˘t
vyroben˘ z polyvinylidenfluoridu, polypropylénu, nerezavûjící oceli, uhlíkaté
oceli, nebo z hliníku. K dispozici jsou
snímaãe potaÏené Teflonem®, a také
jsou k dispozici jejich varianty, vyhovující hygienick˘m pfiedpisÛm pro aplikce
ve zdravotnictví.
Vibraãní snímaãe lze pouÏívat pro
zji‰tûní hladin kapalin, pevn˘ch látek
a kalÛ nebo ka‰í. Jaz˘ãkové spínaãe
mohou pracovat pfii tlacích aÏ 3000
psig, pouÏití ladûn˘ch vidlic a vibraãních sond je omezeno maximálním tlakem 150 psig. Jejich pracovní teploty
se pohybují v rozmezí od -100 °C do
150 °C (od -150 °F do 300 °F). Doba
odezvy je asi 1 sekunda.
Obrázek 10-3: Optick˘ snímaã na principu lomu svûtla
pevné látce dutinu. Pokud k tomu dojde, dává spínaã chybn˘ údaj, protoÏe
si splete dutinu s parním prostorem.
Nejlep‰í je pouÏívat jaz˘ãkov˘ spínaã v aplikacích, kde technologické
materiály nevytváfiejí povlaky, nebo
provádût po kaÏdém zanofiení snímaãe
do kalu nebo do ka‰e jeho automatické
omytí sprchou. Vibraãní snímaãe fie‰ené jako sonda jsou na usazování, naná‰ení, technologického materiálu, nebo na tvofiení povlakÛ z technologického materiálu citlivé ménû.
Vibraãní sonda je zaoblen˘ díl, zhotoven˘ z nerezavûjící oceli (pfiipomínající jímku termoãlánku), sonda vyãnívá do
technologického materiálu. Je-li potaÏena Teflonem® a je-li zasunuta pod úhlem, má toto zafiízení samoãistící sklony.
Pohon sondy a snímaã jsou piezoelektrické elementy. První z nich vyvolává
vibrace sondy a druh˘ je mûfií. Je-li sonda pfiikryta technologick˘m materiálem,
jsou její vibrace tlumeny. Tento pokles
vibrací vede k sepnutí spínaãe.
Snímaãe s vibraãní sondou lze pouÏít
104
âíslo 4
pfiibliÏnû 85 Hz. Jejich vibrace vyvolává piezoelektrick˘ krystal, jin˘ piezoelektrick˘ krystal tyto vibrace detekuje.
Pfii vzrÛstu hladiny technologického materiálu zakrytí ladûné vidlice materiálem roste a kmitoãet vibrací se mûní.
Podobnû jako vibraãní sondy, mohou mít, jsou-li potaÏeny Teflonem®
a jsou-li instalovány pod úhlem, samoãistící schopnost i ladûné vidlice. Lze je
rovnûÏ kalibrovat pro detekci velkého
poãtu materiálÛ, vãetnû mazacích olejÛ, hydraulick˘ch tekutin, vody, koro-
Optické spínače
Optické snímaãe pouÏívají viditelné
svûtlo, infraãervené záfiení, nebo laserov˘ paprsek. Pfii mûfiení v˘‰ky hladiny
je jejich funkce závislá na tom, jak
technologick˘ materiál propou‰tí, odráÏí, nebo láme svûtlo. Optick˘ hladinov˘ spínaã mÛÏe b˘t fie‰en tak, Ïe je,
nebo Ïe není, s technologick˘m materiálem v kontaktu.
Bezkontaktní optick˘ snímaã pracuje
na pincipu odrazu svûtla. Svûteln˘ paprsek je zamûfien smûrem k povrchu
technologického materiálu. KdyÏ se
Poměrové rozpětí rozsahu ultrazvukových hladinových spínačů je, při rozlišování mezi jejich suchým a mokrým stavem, 300 : 1.
ZPRAVODAJ
10
hladina tohoto povrchu zvedne na úroveÀ, na kterou je spínaã nastaven, je
odraÏen˘ paprsek detekovan˘ fotobuÀkou. Jak LED dioda, která je zde
zdrojem svûtla, tak fotodetektor jsou
umístûny v jednom pouzdfie, mají spoleãnou ãoãku.
Sefiízení snímaãe se provádí nastavením fotobuÀky nebo elektroniky detektoru. Snímaã se dá kalibrovat pro
detekci hladiny nacházející se pod snímaãem ve vzdálenosti od 0.25 palce
do 12 palcÛ. Snímaãe pracující na
principu odrazu svûtla mohou mûfiit
hladiny jak ãist˘ch, tak translucentních,
prÛsvitn˘ch, odraÏejících svûtlo, a neprÛhledn˘ch kapalin. Mohou také detekovat hladiny nûkter˘ch pevn˘ch látek.
Pokud se pouÏije více ãoãek, mÛÏe snímaã detekovat více v˘‰ek hladin.
Pfii obtíÏn˘ch mûfieních v˘‰ky hladiny, napfiíklad pfii mûfiení v˘‰ky hladiny
roztaven˘ch kovÛ, roztaveného skla,
sklenûn˘ch desek, nebo v‰ech moÏn˘ch jin˘ch pevn˘ch nebo kapaln˘ch
materiálÛ které mají odraziv˘ povrch,
lze také pouÏít lasererov˘ paprsek. Pokud je modul pfiijímaãe ovládan˘ pohonem, mÛÏe modul odraÏen˘ paprsek pfii vzrÛstu a poklesu hladiny sledovat. Pracuje pak jako spojit˘ snímaã/pfievodník/vysílaã spojitû se mûnící v˘‰ky hladiny.
Podstatou snímaãe, kter˘ funguje na
principu lomu svûtla, je skuteãnost, Ïe
viditelné svûtlo, nebo infraãervené záfiení, pfii prÛchodu rozhraním mezi dvûma
médii mûní svÛj smûr (láme se). Nachází-li se snímaã v plynné fázi látky, v páfie, odráÏí se vût‰ina svûtla generovaného LED diodou na hranách hranolu zpût
(Obrázek 10-3). Je-li hranol ponofien˘
do technologické kapaliny, láme se vût‰ina svûtla smûrem do kapaliny, mnoÏství svûtla dopadajícího zpût na pfiijímaã podstatnû poklesne. Pokles mnoÏství odraÏeného svûtelného signálu tak
ukazuje, Ïe do‰lo ke kontaktu hranolu
s technologickou kapalinou.
Snímaã na principu lomu svûtla nelZPRAVODAJ
ze pfiímo pouÏít pro mûfiení hladiny kalÛ, ka‰í, nebo kapalin které tvofií povlaky. V tomto pfiípadû musí b˘t po kaÏdém zanofiení do materiálu opláchnut˘,
omyt˘ sprchou. I jen nûkolik málo kapek kapaliny na krystalu zpÛsobuje
lom svûtla a vede k chybnému údaji
mûfiiãe. Snímaãe na principu lomu svûtla jsou fie‰ené tak, aby je bylo moÏno
do kapaliny ponofiit. Pro detekci zvoleného poãtu rÛzn˘ch v˘‰ek hladiny lze
proto pouÏít vertikálnû umístûnou trubici, ve které je rozmístûn potfiebn˘ poãet
tûchto snímaãÛ.
Optické snímaãe pracující na principu prÛchodu svûtla vysílají svûteln˘ paprsek napfiíã nádobou. Snímaãe této
konstrukce, které jsou pouÏívané pro
mûfiení hladiny kalÛ, nebo ka‰í, pouÏívají LED diodu a fotobuÀku, tyto jsou
umístûné v horizontální rovinû na konci
sondy a jsou od sebe vzdálené jen nûkolik málo palcÛ. Pro nalezení v˘‰ky
hladiny kalu se pomocí mechanismu
spou‰tí do nádoby (spou‰tûní mÛÏe také provádût operátor ruãnû) tak dlouho, aÏ snímaã dosáhne hladiny kalu.
Funkce jiného snímaãe mûfiícího prÛchod svûtla je závislá na zákonech lomu svûtla. Snímaã pouÏívá odkryt˘
sklenûn˘ kabel s vláknovou optikou,
zavû‰en˘ v nádobû do tvaru písmene
U. Zdroj svûtla vysílá optick˘m kabelem
paprsek svûteln˘ch impulzÛ. Snímaã
mûfií mnoÏství svûtla, které se kabelem
vrátí. Jak se kabel pfiikr˘vá kapalinou,
svûtlo se láme a odchází z kabelu ven
do kapaliny. ProtoÏe se pouÏívá vláknová optika, je systém odoln˘ proti
elektrickému ru‰ení. Nûkterá fie‰ení mûfiiãe jsou rovnûÏ v provedení s vnitfiní,
jiskrovou, bezpeãností.
Optické snímaãe mohou pracovat pfii
tlacích aÏ 500 psig a pfii teplotách aÏ
125 °C (260 °F). Mají prakticky okamÏitou odezvu, pfiesnost, s jakou provádûjí detekci v˘‰ky hladiny je u vût‰iny jejich konstrukcí lep‰í neÏ 1 mm.
Existují také optické hladinové spínaãe,
které jsou vyvinuté pro speciální a unikátní aplikace. K dispozici jsou napfiíklad optické hladinové spínaãe z Teflonu®, které jsou urãené pro snímání v˘‰ky hladiny vysoce ãist˘ch tekutin. Mezi
jiné unikátní konstrukce patfií hladinov˘
spínaã, kter˘ je kombinací optického
snímaãe hladiny a vodivostního snímaãe hladiny. PouÏívá se pro detekci pfiítomnosti jak vody (vodivá látka) tak
uhlovodíkÛ (nevodivé látky).
T
OMEGA Press,1995.
• Industrial Control Handbook, E.A. Parr, Butterworth-Heinemann Ltd., 1955.
Inc., 1989.
• Instrument
Engineer’s Handbook, Bela Liptak, Third Edition, CRC Press,
1995.
• Process / Industrial Instruments and Control Handbook, 4th Edition, Douglas M. Considine, McGraw-Hill, 1993.
• The McGraw-Hill Encyclopedia of science and Technology, 8th Edition, John
H. Zifcak, McGraw-Hill, 1997.
âíslo 4
105
Zdroje informací
Zdroje informací
ORGANISACE
106
JMÉNO/ADRESA
American Institute of Chemical Engineers (AIChE)
345 East 47 Street, New York NY 10017-2395
TELEFON
WEB ADRESA
(212)705-7338
www.aiche.org
American Gas Association (AGA)
400 N. Capitol St., NW Washington DC 20001
(202)824-7000
www.aga.org
American National Standards Institute (ANSI)
11 West 42 Street, New York NY 10036
(212)642-4900
web.ansi.org
American Petroleum Institute (API)
1220 L Street, NW, Washington DC 20005
(202)682-8000
www.api.org
American Society of Mechanical Engineers (ASME)
345 East 47 Street, New York NY 10017
(212)705-7722
www.asme.org
American Society for Testing and Materials (ASTM)
100 Barr Harbor Drive, West Conshohocken PA 19428-2959 (610)832-9585
www.astm.org
American Water Works Association (AWWA)
6666 West Quincy Ave., Denver CO 80235
(303)794-7711
www.awwa.org
Canadian Gas Association (CGA)
243 Consumers Road, Suite 1200,
North York Canada M2J 5E3 ON
(416)498-1994
www.cga.ca
Electric Power Research Institute (EPRI)
3412 Hillview Avenue, Palo Alto CA 94303
(415)855-2000
www.epri.com
Electronic Industries Association (EIA)
2500 Wilson Boulevard, Arlington VA 22201-3834
(703/907-7500
www.eia.org
Factory Mutual
1151 Boston-Providence Turnpike, Norwood MA 02062
(781)762-4300
www.factorymutual.com
Gas Research Institute
8600 West Bryn Mawr Ave., Chicago IL 60631-3562
(773)399-8100
www.gri.org
International Electrotechnical Commission (IEC)
3, rue de Varembé, P.O. Box 131,
CH - 1211 Geneva 20, Switzerland
+41 22 919 02 11
www.iec.ch
International Organization for Standardization (ISO)
1, rue de Varembe, Case postale 56,
CH-1211 Geneve 20 Switzerland
+41 22 749 01 11
www.iso.ch
Institute of Electrical & Electronics Engineers (IEEE)
445 Hoes Lane, Piscataway NJ 08855-1331
(732)981-0060
www.ieee.org
Institute of Gas Technology (IGT)
1700 South Mount Prospect Road, Des Plaines IL 60018
(847)768-0500
www.igt.org
âíslo 4
ZPRAVODAJ
Zdroje informací
ORGANISACE
ISA—The International Society for Measurement and Control
67 Alexander Drive, Research Triangle Park NC 27709
(919)549-8411
www.isa.org
National Electrical Manufacturers Association (NEMA)
1300 North 17th Street, Suite 1847, Rosslyn VA 22209
(703)841-3200
www.nema.org
National Fire Protection Association (NFPA)
1 Batterymarch Park, Quincy MA 02269-9101
(617)770-3000
www.nfpa.org
National Institute of Standards and Technology
Gaithersburg MD 20899-0001
(301)975-3058
www.nist.gov
Society of Automotive Engineers (SAE)
400 Commonwealth Drive, Warrendale PA 15096-0001
(724)776-4841
www.sae.org
Underwriters Laboratories
333 Pfingsten Road, Northbrook IL 60062
(847)272-8800
www.ul.com
Water Environment Federation (WEF)
601 Wythe Street, Alexandria VA 22314-1994
(703)684-2452
www.wef.org
V¯ROBKY PRO Mù¤ENÍ PRÒTOKU A V¯·KY HLADINY
Kontakt pro
nejnovûj‰í informace o v˘robcích v oblasti mûfiení
prÛtoku a mûfiení v˘‰ky hladiny:
OMEGA Engineering, Inc.
One Omega Drive
P.O. Box 4047
Stamford, CT 06907-0047
Telefon: 800-82-66342
(800-TC-OMEGA®)
E-mail: [email protected]
Website: www.omega.com
ODKAZY NA LITERATURU OMEGA PRESS
The Temperature Handbook™ Voume MM™ 21st Century™ Edition,
OMEGA Press, 1999.
The OMEGA Complete Flow and Level Measurement Handbook and Encyclopedia®,
OMEGA Press, 1995.
The Pressure, Strain and Force Handbook™,
OMEGA Press, 1995.
Book of Books®: Scientific & Technical Books, Software & Videos,
OMEGA Press, 1998.
OMEGA Volume 29 Handbook & Encyclopedia, Purchasing Agents Edition,
OMEGA Press, 1995
21st Century™ Preview Edition,
OMEGA Press, 1997
ZPRAVODAJ
âíslo 4
107
Zdroje informací
ODKAZY NA OSTATNÍ KNIÎNÍ LITERATURU
Applied Fluid Flow Measurement,
N.P. Cheremisinoff, Marcel Decker, 1979.
Automated Process Control Electronics,
John Harrington, Delmar Publishing Inc., 1989.
Differential Producers - Orifice, Nozzle, Venturi,
ANSI/ASME MFC, December 1983.
Electrical Measurements and Measuring Instruments,
E.W. Goldin, Pitman and Sons, 1948.
Electrical Measurements,
F.K. Harris, Wiley, 1952.
Flow Measurement Engineering Handbook,
R.W. Miller, McGraw Hill, 1996.
Flow Measurement for Engineers and Scientists,
N.P. Cheremisinoff, Marcel Dekker, 1988.
Flow Measurement,
Bela Liptak, CRC Press, 1993.
Flow Measurement,
D.W. Spitzer, Instrument Society of America, 1991.
Flow of Water Through Orifices,
AGA/ASME, Ohio State Univ. Bulletin 89, Vol. IV, No.3.
Flowmeters,
F. Cascetta, P. Vigo, ISA, 1990.
Fluid Meters,
H.S. Bean, American Society of Mechanical Engineers, 1971.
Fundamentals of Flow Measurement,
J. P. DeCarlo, Instrument Society of America, 1984.
Fundamentals of Radar Techniques for Level Gauging,
Detlef Brumbi, Krohne Metechnik GmbH & Co. KG, 1995.
Incompressible Flow,
Donald Panton, Wiley, 1996.
Industrial Applications of Radar Technology for Continuous Level Measurement,
W. L. Hendrick, Instrument Society of America, 1992.
Industrial Control Handbook,
E.A. Parr, editor, Butterworth-Heinemann Ltd., 1995.
Industrial Flow Measurement,
D. W. Spitzer, ISA 1984.
Instrument Engineer’s Handbook,
Bela Liptak, Third Edition, CRC Press, 1995.
Instrumentation and Control,
C.L. Nachtigal, Wiley, 1990.
Instrumentation and Process Control,
Nicholas P. Chopey, McGraw-Hill, 1996.
108
âíslo 4
ZPRAVODAJ
Zdroje informací
ODKAZY NA OSTATNÍ KNIÎNÍ LITERATURU
Instrumentation for Engineering Measurements,
J. Dally, Wiley, 1993.
Instrumentation for Process Measurement and Control, 3rd ed.,
Norman A. Anderson, Chilton Co., 1980.
Instrumentation Reference Book, 2nd ed.,
B.E. Noltingk, editor, Butterworth-Heinemann, 1995.
Instruments of Science,
Robert Bud and Deborah Jean Warner, Garland Publishing Inc., 1998.
Measurement and Control Basics, 2nd ed.,
T.A. Hughes, ISA, 1995.
Measurement and Control of Liquid Level,
C. H. Cho, Instrument Society of America, 1982.
Modern Physics,
New York, P. Tipler, Worth Publishers, 1978.
National Electrical Safety Code,
IEEE, 1993.
Principles of Industrial Measurement for Control Applications,
E. Smith, Instrument Society of America, 1984.
Process /Industrial Instruments and Controls, 4th ed.,
Douglas M. Considine, McGraw-Hill, 1993.
Sensor and Analyzer Handbook,
H.N. Norton, Prentice-Hall, 1982.
Sensors and Control Systems in Manufacturing,
S. Soloman, McGraw-Hill, 1994.
The McGraw-Hill Encyclopedia of Science and Technology, 8th ed.,
John H. Zifcak, McGraw-Hill, 1997.
Theoretical Nuclear Physics Volume I: Nuclear Structure,
New York, A. deShalit, H. Feshback, John Wiley & Sons, 1974.
Van Nostrand’s Scientific Encyclopedia,
Douglas M. Considine, Van Nostrand, 1995.
Water Meters - Selection, Installation, Testing and Maintenance,
Manual M6, AWWA, 1986.
Teflon®, Viton® a Kalrez® jsou chránûné obchodní znaãky fy. DuPont.
ZPRAVODAJ
âíslo 4
109
Slovník
Slovník
A
Alfanumerické znaky: MnoÏina znakÛ, symbolÛ, obsahující
jak písmena, tak ãíslice.
Americk˘ národní úfiad pro standardy (normy) (ANSI –
American National Standards Institute): Profesionální organisace ve Spojen˘ch státech americk˘ch, zodpovûdná za
schvalování a vyhla‰ování norem, vyvinut˘ch jin˘mi organisacemi, za národní normy USA.
Ampér (A nebo amp): Jednotka elektrického proudu, definovaná tak, Ïe se proudem o velikosti 1 A pfienese za 1 sekundu elektrick˘ náboj o velikosti 1 coulomb (odpovídající
náboji 1.25 x 1018 elektronÛ).
Analogovû-ãíslicová konverse, pfievod (A/â konverse,
A/â pfievod): Obecnû pouÏiteln˘ pojem, vztahující se k pfievedení informace, nesené analogov˘m signálem do ãíslicového tvaru.
Analogovû-ãíslicov˘ pfievodník (A/â pfievodník): Elektronické zafiízení, které pfievádí analogové signály do ekvivalentního ãíslicového tvaru.
Analogov˘ signál: Signál, kter˘ reprezentuje promûnnou
veliãinu nebo podmínku sv˘m spojit˘m prÛbûhem.
Atenuace, zeslabení: Pojem kter˘ má opaãn˘ v˘znam neÏ
pojem zesílení, zisk. Bezrozmûrn˘ pomûr, udávající sníÏení
velikosti signálu dané pomûrem jeho dvou hodnot. PouÏívá
se také pro vyjádfiení pomûru dvou amplitud v amplitudovém spektru signálu. Velké hodnoty zeslabení se udávají
v decibelech (dB).
B
Bipolární rozsah: Rozsah signálu, kter˘ obsahuje jak kladné, tak záporné hodnoty (napfi. -10 V aÏ +10 V).
Bodeho diagram: Grafické znázornûní prÛbûhu logaritmu
podílu amplitudy a prÛbûhu fáze, pouÏívané pfii popisu pfienosov˘ch funkcí.
Byte (B): Osm souvisících bitÛ datového údaje, nebo osmibitové dvojkové, binární, ãíslo. Pojmem se také oznaãuje velikost pamûti, nutná pro uloÏení dat o velikosti jednoho byte.
C
Citliv˘ prvek snímaãe: Prvek, kter˘ pfievádí mûfienou veliãinu na sílu, pohyb, polohu, nebo do jiné formy, vhodné
pro mûfiení.
Citlivost: Minimální zmûna fysikální promûnné veliãiny, na
kterou mÛÏe pfiístroj reagovat. Pomûr velikosti zmûny v˘stupu pfiístroje k velikosti zmûny vstupu pfiístroje, která tuto
zmûnu v˘stupu vyvolala poté, co se stav pfiístroj ustálil ve
svém ustáleném stavu.
Coulomb: MnoÏství elektrického náboje, pfieneseného za
jednu sekundu elektrick˘m proudem o velikosti jeden ampér.
âasová konstanta: âasová konstanta je rovna hodnotû T ve
v˘razu A(-t/T). U soustavy prvního fiádu, na kterou je pfiivede110
âíslo 4
n˘ skokov˘ vstupní signál nebo impulsní vstupní signál je
hodnota T rovna ãasovému intervalu, potfiebnému k tomu,
aby v˘stupní signál dosáhl 63.2 % z hodnoty svého, vstupním signálem vyvolaného, celkového nárÛstu nebo poklesu.
U soustav vy‰‰ího fiádu se kaÏd˘ z jejich subsystémÛ, soustav,
prvního fiádu uplatÀuje svojí vlastní ãasovou konstantou.
âasová prodleva: âasov˘ interval mezi okamÏikem zmûny
vstupní veliãiny a okamÏikem, kdy k této zmûnû vstupní veliãiny vznikne pozorovatelná zmûna v˘stupní veliãiny.
âasová odezva systému: V˘stupní signál, vyjádfien˘ jako
funkce ãasu. Popisuje odezvu systému, pracujícího za urãit˘ch definovan˘ch pracovních podmínek, na urãit˘ definovan˘ vstupní signál.
D
Doba ustálení v˘stupního signálu: âasov˘ interval, potfiebn˘ k tomu, aby analogov˘ napûÈov˘ v˘stupní signál dosáhl
hodnot, nacházejících se pouze uvnitfi definovaného rozmezí kolem své ustálené koneãné hodnoty.
Decibel (dB): Jednotka logaritmické míry pomûru dvou úrovní, nebo dvou velikostí, signálu.
Dielektrická konstanta: Dielektrická konstanta vyjadfiuje stupeÀ nevodivosti jednotliv˘ch látek, materiálÛ. Dielektrická
konstanta naprostého vakua je rovna 1.0.
Dielektrikum: Nevodiã stejnosmûrného, konstantního, proudu.
Distribuovan˘ systém fiízemí (DCS, Distributed Control System): Distribuovan˘ system fiízemí je obvykle rozsáhl˘ fiídící
systém pro fiízení technologického procesu, charakterizovan˘ distribuovanou sítí procesorÛ a V/V subsystémÛ, zahrnující fiídící funkce, uÏivatelsk˘ interface, sbûr dat, a údrÏbu systému.
Dither, aditivní vibrace: UÏiteãné oscilace které mají malou
velikost, pouÏívají se pro pfiekonání úãinkÛ tfiení, hysterese,
nebo pfiekáÏek
Doba ustálení: Doba potfiebná k tomu, aby se po pfiíchodu
budícího impulsu v˘stup soustavy pfievedl do, a zÛstávával
uvnitfi, definovaného úzkého pásma, jehoÏ stfiedem je hodnota ustáleného stavu v˘stupního signálu.
Dolní hodnota rozsahu: (LRV Lower Range Value) Nejmen‰í hodnota mûfiené veliãiny, pro jejíÏ mûfiení je zafiízení nastaveno.
Dolní mez rozsahu: (Lower Range Limit) Nejmen‰í hodnota
mûfiené veliãiny, pro jejíÏ mûfiení mÛÏe b˘t zafiízení nastaveno.
Drift: NeÏádoucí zmûny pomûru v˘stupní a vstupní veliãiny
bûhem daného ãasového období.
Dynamické zesílení: Podíl amplitudy ustáleného harmonického v˘stupního signálu a amplitudy vstupního harmonického signálu.
Dynamick˘ rozsah, pomûrové rozpûtí rozsahu: Pomûr mezi
nejvût‰í a nejmen‰í hladinou obvodem zpracovatelného signá-
ZPRAVODAJ
Slovník
lu. Dynamick˘ rozsah se obvykle vyjadfiuje v decibelech (dB).
E
Elektromotorická síla: Elektrické napûtí, které zpÛsobuje
elektrické dûje. Napfiíklad relativní elektrické napûtí nebo
napûÈov˘ rozdíl.
Elevace: Míra s jakou mûfiená veliãina pfiesahuje dolní mez
rozsahu.
F
Faktor mûfiítka: Faktor stupnice. Faktor, ãíslo, kter˘m je nutno násobit ãíselnou hodnotu odeãtenou nebo zaznamenanou na pfiístroji v mûfiítku daném dûlením stupnice pfiístroje,
aby se získala hodnota mûfiené veliãiny.
Farad: Jednotka kapacitance,. Kapacitanci jeden farad má
zafiízení, které pfii napûÈovém rozdílu jeden volt uchovává
elektrick˘ náboj o velikosti jeden coulomb. PonûvadÏ je tato
jednotka pfiíli‰ velká, pouÏívá se bûÏnû jednotka trilionkrát
men‰í, jeden pikofarad.
Fáze: âasov˘ vztah mezi periodickou funkcí a referenãní
funkcí.
Fázov˘ posun: Úhel mezi budícím napûÈov˘m signálem
a v˘stupním signálem. Fázov˘ posun se uvádí ve stupních.
Fieldbus: Plnû ãíslicová komunikaãní síÈ, pouÏívaná pro propojení pfiístrojového vybavení a fiídícího systému technologick˘ch procesÛ. Je navrÏena tak, aby nahradila systém, zaloÏen˘ na pouÏití analogového signálu 4 mA aÏ 20 mA,
systémem umoÏÀujícím oboustrannou vûtvenou pruÏnou komunikaci.
Frekvence: Poãet cyklÛ, kmitÛ, za urãité ãasové období, bûhem kterého se odehrává urãitá událost. BûÏnû se frekvence
udává v hertzech, v poãtu kmitÛ za sekundu (Hz).
Frekvenãní charakteristika: Funkce frekvence, charakteristika, udávající vztah mezi fází a amplitudou vstupního signálu soustavy a mezi fází a amplitudou v˘stupního signálu
soustavy.
H
Hertz (Hz): Jednotka frekvence, definovaná jako jeden kmit
za sekundu.
Horní hodnota rozsahu: (URV Upper Range Value) Nejvût‰í
hodnota mûfiené veliãiny, pro jejíÏ mûfiení je zafiízení nastaveno (Tato hodnota odpovídá hornímu údaji na nastaveném
rozpûtí rozsahu).
Horní mez rozsahu: (URL Upper Range Limit) Nejvût‰í
hodnota mûfiené veliãiny, pro jejíÏ mûfiení mÛÏe b˘t zafiízení nastaveno. (Tato hodnota odpovídá hornímu údaji na
rozsahu).
Hunting: NeÏádoucí oscilace, které pokraãují urãitou dobu
poté co pfiestane existovat externí hnací síla, externí podnût.
Hysterese: Vlastnost souãástky nebo snímaãe zpÛsobující, Ïe
velikost jeho v˘stupu nezávisí pouze na velikosti jeho vstupu,
ale také na smûru zmûny hodnoty vstupu. (Hodnoty získané
mûfiením veliãiny která má urãitou danou hodnotu jsou proto závislé na tom, provádí-li se mûfiení v situaci, kdy hodno-
ZPRAVODAJ
ta mûfiené veliãiny roste, nebo v situaci, kdy hodnota mûfiené veliãiny klesá.)
CH
Chyba: Rozdíl mezi zmûfienou hodnotou signálu nebo zmûfienou hodnotou veliãiny a její skuteãnou, pravou (ideální),
nebo poÏadovanou hodnotou.
Chyba odvozená od nesouhlasného signálu: Chyba, vzniklá v dÛsledku ru‰ivého chybového signálu, objevujícího mezi vstupními svorkami mûfiícího pfiístroje.
Chyba odvozená od souhlasného signálu: Chyba, vzniklá
v dÛsledku souhlasného ru‰ivého chybového signálu, tj. signálu mûfieného vzhledem k uzemnûní pfiístroje a objevujícího se souãasnû na obou svorkách mûfiícího pfiístroje.
I
Impedance: Odpor, kladen˘ stfiídavému elektrickému proudu. Analogie resistance u obvodÛ, pracujících se stejnosmûrn˘m napûtím nebo proudem. Impedance obvodu, pracujícího se stfiídav˘m napûtím nebo proudem je rovna jednomu ohmu, vyvolá-li napûÈov˘ rozdíl o velikosti jeden volt
v obvodu elektrick˘ proud o velikosti jeden ampér.
Indukce: Jev, zpÛsobující, Ïe se pfii zmûnû elektromagnetického pole indukuje do vodiãe, kter˘ elektromagnetické pole
obklopuje, elektromotorická síla (ems). K indukci ems obvykle dochází v dÛsledku zmûny proudu v daném, nebo jiném
blízkém obvodu.
Integraãní regulace: ZpÛsob regulace, u kterého je regulaãní
fiídící signál pfiímo úmûrn˘ integrálu v ãase z velikosti (minulé) regulaãní odchylky. Integraãní regulací se odstraÀuje ofset,
kter˘ zákonitû vzniká pfii pouÏití proporcionální regulace.
ISA: Organisace s dfiívûj‰ím názvem Instrument Society of
America, nyní se organisace naz˘vá Society for Measurement and Control (Spoleãnost pro mûfiení a fiízení).
J
Jiskrová (vnitfiní) bezpeãnost: Pfiístroj nebo kabeláÏ, kter˘
nedokáÏe vyvíjet elektrickou nebo tepelnou energii dostateãnou k tomu, aby mohlo dojít k zapálení nebezpeãné smûsi
uhlovodíkov˘ch par a vzduchu. U takovéhoto zefiízení je velikost elektrické energie omezena na hodnotu, pfii které zafiízení ani nedokáÏe generovat jiskry, ani nedokáÏe hofilavou
smûs jinak zapálit.
K
Kalibrace: Proces, pfii kterém se zhotovuje graf odchylky se
kterou zafiízení mûfií, nebo proces, pfii kterém se zafiízení nastavuje, sefiizuje, tak, aby bylo moÏné k hodnotû získané
mûfiením pfiifiadit skuteãnou hodnotu mûfiené veliãiny.
Kalibrace, postup kalibrace: Vztah mezi kalibraãním procesem a kalibraãními kroky, provádûn˘mi podle národní laboratofie pro normy.
Kalibraãní kfiivka: Grafické vyjádfiení zprávy o kalibraci, tato
zpráva mÛÏe b˘t dána ve tvaru tabulky, nebo ve tvaru grafu.
Kalibraãní cyklus: PouÏití znám˘ch hodnot mûfiené veliãiny
âíslo 4
111
Slovník
a záznam jim odpovídajících zmûfien˘ch hodnot. Postup se
provádí v celém rozsahu pfiístroje, a to jak ve smûru zvy‰ování, tak ve smûru poklesu hodnot.
Kalibrování: Postup, vedoucí k uji‰tûní, Ïe v˘stupní údaj obdrÏen˘ ze zafiízení správnû odpovídá hodnotû, kterou zafiízení mûfií, pfiijímá a pfiená‰í. Kalibrace mÛÏe vyÏadovat
zhotovení dûlení stupnice, nastavení nutná pro pfiivedení v˘stupního signálu do dan˘ch toleranãních mezí, nebo urãování chyby porovnáním v˘stupu s referenãním normálem.
Kapacitance: Schopnost zafiízení uchovávat elektrick˘ náboj. Jednotkou kapacitance je jeden farad. Touto mírou se
vyjadfiuje podíl velikosti uchovaného elektrického náboje,
vyjádfieného v coulombech a jemu odpovídajícího rozdílu
napûtí, vyjádfieného ve voltech.
Koeficient potlaãení nesouhlasného napûtí: Schopnost pfiístroje potlaãit elektrick˘ ru‰iv˘ signál, nacházející se mezi
vstupními svorkami, obvykle signál o síÈové frekvenci 50Hz –
60 Hz.
Kompensace vlivu teploty okolního prostfiedí: Automatická
korekce, kterou se zabraÀuje tomu, aby byl údaj odeãítan˘
na snímaãi nebo napfiístroji ovlivnûn˘ zmûnami teploty okolního prostfiedí. Teplotní rozsah, uvnitfi kterého je kompensace vlivu teploty okolního prostfiedí úãinná, je uveden ve specifikaci kompensátoru.
Kompensátor: Zafiízení, které eliminuje vliv nemûfiené veliãiny
nebo podmínky, okolnosti, na cílevûdomû provádûné mûfiení.
Kondensátor, kapacitor: Zafiízení navrÏené tak, aby uchovávalo elektrick˘ náboj. Obvykle je kondensátor tvofien˘
dvûma vodiãi, které jsou vzájemnû od sebe isolovány nevodiãem (dielektrikem). Desky ideálního kondensátoru jsou od
sebe isolovány vakuem (dielektrická konstanta vakua je rovna 1.0), v tomto pfiípadû neteãe mezi deskami kondensátoru Ïádn˘ (konstantní) proud.
Konduktance, mûrná konduktance: Obrácená hodnota resistance je u obvodÛ pracujících se stejnosmûrn˘m pracujícího se stejnosmûrn˘m napûtím nebo proudem se naz˘vá konduktance. Jednotkou konduktance mho (siemens). Jednotkou
mûrné konduktance je cm.mho nebo cm/ohm. (metr.siemens
nebo metr/ohm).
L
Laser: Úzk˘ intensivní paprsek koherentního svûtla.
Linearita: Blízkost, tûsnost, se kterou kfiivka aproximuje
pfiímku. Odchylka odezvy pfiístroje od pfiímky.
Lineární rozsah: Kalibrované mechanické vych˘lení, pfii kterém je linearita pfievodníku v rozmezí daném specifikací.
M
Mezní rychlost: Mezní hodnota rychlosti zmûny, kterou nemÛÏe urãitá veliãina pfii zmûnû své hodnoty pfiekroãit.
Mûfiená veliãina: Mûfiitelná veliãina (nebo stav), která se mûfií nebo která se má mûfiit. "Measurand".
Mûrn˘ signál: Elektrická, mechanická, pneumatická, ãíslicová,
nebo jiná promûnná veliãina, pfiivedená na vstup zafiízení.
Mûrn˘ signál je analogií veliãinû, generované pfievodníkem.
112
âíslo 4
Mûfiení procesu: Sbûr dat a informací urãujících hodnotu veliãin, vstupujících do technologického procesu.
Miliampér (mA): Tisícina ampéru.
Milivolt (mV): Tisícina voltu.
Multiplex: Multiplexor. Spínací zafiízení, které, u systému
s mnoha vstupy a/nebo v˘stupy, sekvenãnû spojuje jednotlivé vstupy nebo v˘stupy. Cílem je zpracovat více signálov˘ch
kanálÛ jedin˘m analogovû-ãíslicov˘m, nebo ãíslicovû-analogov˘m pfievodníkem.
Mrtv˘ chod: Relativní pohyb do sebe zapadajících mechanick˘ch dílÛ mechanismu, kter˘ se objeví v pfiípadû reverzace pohybu mechanismu.
N
Náhodná chyba: Chyba, která zÛstává i po kalibraci snímaãe. Naz˘vá se také pojmem "precision", pfiesnost, pojmem "repeatability", opakovatelnost, se naz˘vá její dvojnásobná hodnota oznaãuje prÛmûr kruhu, (namísto polomûru
kruhu), ve kterém se nacházejí hodnoty mûfiení.
Napájecí tlak: Tlak, kter˘ má médium (napfiíklad vzduch),
dodávané do zafiízení.
Napájecí zdroj: Samostatná jednotka nebo ãást systému,
která dodává energii (pneumatickou, elektrickou, atp.) pro
zbytek systému.
Nelinearita: Odchylka od nejlep‰í pfiímky, která prochází
nulou.
Neutrální zóna: Pfiedem urãen˘ rozsah hodnot vstupu, pfii
kter˘ch na v˘stupu nedojde ke zmûnû oproti pfiedchozí hodnotû v˘stupnu.
Nyquistova vûta: Pravidlo, které je základem pro vzorkování spojitého informaãního signálu. Nayquistova vûta fiíká, Ïe
frekvence vzorkování musí b˘t alespoÀ dvakrát vût‰í, neÏ je
frekvence, se kterou se mÛÏe mûnit informaãní signál. Tento
teorém je nutno dodrÏet, aby uchované vzorky dat obsahovaly mûfienou informaci a nedo‰lo k jejich interpretaci jako
vzorkÛ neexistujícího nízkofrekvenãního signálu.
O
Odezva na skok rychlosti: Celková ãasová odezva (pfiechodná odezva plus ustálená odezva) soustavy na prudk˘
nárÛst zmûny jejího vstupního buzení (vstupního signálu)
z nuly na urãitou danou koneãnou hodnotu.
Ofset nulové hodnoty: Nenulová hodnota v˘stupu pfiístroje,
vyjádfiená v jednotkách mûfiené veliãiny, která je na v˘stupu
pfiístroje za situace, kdy je správnou hodnotou v˘stupu nulová hodnota.
Ohmmetr: Zafiízení pouÏívané pro mûfiení elektrické resistance.
Opakovatelnost: Maximální rozdíl mezi odeãítan˘mi v˘stupními hodnotami, získan˘mi za situace, kdy zafiízení mûfií, postupnû, veliãinu o stejné hodnotû. Vyjadfiuje tûsnost
souhlasu po sobû jdoucích mûfiení jako tûsnost souhlasu v˘stupních hodnot, získan˘ch mûfiením veliãiny o stejné hodnotû. Mûfiením se provádí za stejn˘ch pracovních podmínek,
pro tent˘Ï smûr zmûny hodnoty mûfiené veliãiny. Obvykle se
ZPRAVODAJ
Slovník
udává hodnota neopakovatelnosti, tato se udává v procentech z plného rozsahu.
Optické oddûlení (optická isolace): Dvû elektrické sítû nebo
obvody, pouÏívající pro své vzájemné elektrické oddûlení
emitující diodu LED a prvek citliv˘ na svûtlo (fotodiodu, fototransistor).
Ovládaná veliãina: Mûfiitelná veliãina nebo podmínka, která se mûní v závislosti na akãním signálu odvozeném z regulaãní odchylky tak, aby do‰lo ke zmûnû hodnoty pfiímo regulované veliãiny.
P
Pásmo necitlivosti: Rozsah, ve kterém lze zmûnit vstupní veliãinu, aniÏ by tato zmûna vyvolala pozorovatelnou zmûnu
v˘stupní veliãiny.
Perioda vzorkování: âasov˘ interval mezi dvûma sejmutími
hodnoty pozorované veliãiny.
Pochod, proces: Fysikální nebo chemická zmûna látky nebo
konverse energie.
Polarita: U elektrick˘ch dûjÛ polarita vyjadfiuje, Ïe lze k náboji pfiifiadit dva póly, jeden kladn˘, druh˘ záporn˘.
Posun rozsahu: Jakákoliv zmûna ve sklonu kfiivky, udávající
statickou závislost v˘stupu na vstupu.
Potenciální, napûÈov˘, rozdíl: Rozdíl elektrického potenciálu mezi dvûma body elektrického obvodu. Je-li potenciální
rozdíl mezi dvûma body jeden volt, pak se pro pfienos elektrického náboje o velikosti jeden coulomb mezi odpovídajícími dvûma body spotfiebuje energie jeden joule.
Potlaãené rozpûtí rozsahu, potlaãen˘ span: Rozpûtí rozsahu, pfii kterém je nulová hodnota mûfiené veliãiny vût‰í neÏ je
hodnota dolní meze rozsahu.
Potlaãení nuly: Hodnota, o kterou je nulová hodnota mûfiené veliãiny men‰í, neÏ je dolní mez rozsahu, koresponduje
s pojmem rozsah, ve kterém je "potlaãená nula". Potlaãení
nuly lze vyjádfiit buì v procentech z mûfiené veliãiny, nebo
v procentech z rozpûtí rozsahu.
Potlaãení souhlasného napûtí: Schopnost obvodu rozeznat,
oddûlit a potlaãit souhlasné napûtí.
Potlaãen˘ rozsah: Rozsah, ve kterém je nulová hodnota mûfiené veliãiny vût‰í neÏ je hodnota dolní meze rozsahu. Pojmy "zv˘‰ená nula" nebo "suppression", "potlaãení" nebo
"potlaãen˘ rozsah" se také pouÏívají pro vyjádfiení stavu, pfii
kterém je nulová hodnota mûfiené veliãiny vût‰í neÏ je hodnota dolní meze rozsahu.
Potlaãená nula: Rozsah, ve kterém je nulová hodnota mûfiené veliãiny men‰í neÏ je hodnota dolní meze rozsahu. Pojmy
"elevation", "zv˘‰ení", "zv˘‰en˘ rozsah" nebo zv˘‰ené rozpûtí rozsahu" se ãasto pouÏívají pro vyjádfiení stavu, pfii kterém je nulová hodnota mûfiené veliãiny men‰í, neÏ je hodnota dolní meze rozsahu.
Promûnná veliãina: Veliãina, promûnná. Libovoln˘ stav, kter˘
je mûfien˘, regulovan˘ (pfiímo nebo nepfiímo), nebo ovládan˘.
Proporcionální regulace: ZpÛsob regulace, u kterého je regulaãní fiídící signál pfiímo úmûrn˘ regulaãní odchylce (odchylce skuteãné hodnoty regulované veliãiny technologické-
ZPRAVODAJ
ho procesu od její Ïádané hodnoty).
Proporcionální - integraãní - derivaãní regulace (PID regulace): PID regulátor se také nûkdy naz˘vá "3-mode" regulátor. Akãní zásah se urãuje algoritmem, kter˘ je kombinací proporcionálního, integraãního a derivaãního regulaãního algoritmu.
Prost˘ opakovaã: Zafiízení s fiídící membránou, které snímá
tlak technologického média a generuje stejn˘ tlakov˘ v˘stupní signál ve formû tlaku vzduchu (nebo dusíku).
Programovateln˘ logick˘ regulátor (PLC): PrÛmyslov˘ monitorovací, mûfiící a fiídící systém, jehoÏ základem jsou mikropoãítaãe. PouÏívá se zejména pro realizaci bezpeãnostních,
sekvenãních nebo logick˘ch operací u kter˘ch je fiídící akãní
zásah odvozen˘ od stavu zafiízení a stavu hlá‰ení (alarmÛ).
PrÛrazné napûtí: Prahové napûtí, pfii kterém zaãíná docházet ke zniãení komponentÛ obvodu.
Pfiedsah: Ta ãást zdvihu, která se nachází pod kalibrovan˘m
rozsahem, mezi nulou a poãáteãním omezením zdvihu.
Pfiechodn˘ dûj: Chování promûnné veliãiny pfii jejím pfiechodu z jednoho ustáleného stavu do jiného ustáleného stavu.
Pfienosová funkce: Matematické, grafické nebo tabelární vyjádfiení vlivu soustavy nebo elementu na její vstupní signál
nebo na urãité dûní. Urãuje se srovnáním prÛbûhÛ signálÛ
na vstupních a v˘stupních svorkách soustavy.
Pfienos smyãky: Pfienos uzavfiené smyãky je podíl Laplaceovy transformace signálu pfieneseného zpûtnou vazbou a Laplaceovy transformace odpovídajícího rozdílového signálu,
signálu odchylky.
Pfiesah: Ta ãást zdvihu, která se nachází mezi koncem kalibrovaného rozsahu a koncov˘m omezením zdvihu.
Pfiesnost: StupeÀ souhlasu mûfiené hodnoty veliãiny s hodnotou danou oficiální normou, nebo blízkost, tûsnost, údaje
mûfieného nebo signalisovaného snímaãem ke skuteãné hodnotû mûfiené veliãiny
Pfiesnost, jednotky: Maximální kladná nebo maximální záporná odchylka (nepfiesnost), zji‰tûná pfii testování zafiízení.
MÛÏe b˘t vyjádfiena v jednotkách mûfiené veliãiny (plus-mínus 1 °C), nebo v procentech z konkrétní okamÏité hodnoty
mûfiené veliãiny (% AR, precentage of the actual reading), nebo v procentech z plného rozsahu pfiístroje (% FS, full scale),
nebo v procentech z horní meze rozsahu (% URL Upper Range Limit), z rozpûtí rozsahu (span), nebo z délky stupnice.
Pfiesnost zesílení: Míra odchylky skuteãného zesílení (zesilovaãe, nebo jiného zafiízení) od ideální hodnoty zesílení.
Pfievodník: Element nebo zafiízení, kter˘ získává v urãité
formû urãité mnoÏství informace a pfievádí ji na totéÏ nebo
jiné mnoÏství informace ve stejné nebo jiné formû. Pojmem
"pfievodník" se také oznaãují citlivé prvky snímaãe a/nebo
vysílaãe.
psia: Pounds per square inch absolute, libry na ãtvereãní palec, absolutní tlak. Jednotka tlaku, pouÏívá se tehdy, má-li
referenãní tlak nulovou hodnotu, odpovídající tlaku absolutního vakua.
psig: Pounds per square inch gauge, libry na ãtvereãní palec, relativní tlak vzhledem k barometrickému tlaku. Jednot-
âíslo 4
113
Slovník
ka tlaku, pouÏívá se tehdy, je-li referenãní tlak skuteãn˘ barometrick˘ tlak (atmosferick˘ tlak).
R
Reaktance: Odpor, kter˘ klade obvod stfiídavému proudu. Je
tvofiená buì kapacitancí, nebo induktancí. V takovémto obvodu je potom celková impedance dána vektorov˘m souãtem reaktance a resistance obvodu. Jednotkou reaktance je
jeden ohm.
Referenãní vstup: Vnûj‰í signál, slouÏící jako Ïádaná hodnota, nebo jako porovnávací normál pro regulovanou veliãinu.
Regulátor: Zafiízení, které automaticky reguluje regulovanou
veliãinu.
Reprodukovatelnost mûfiení: Reprodukovatelnost mûfiení vyjadfiuje tûsnost souhlasu opakovan˘ch mûfiení, urãuje se
z tûsnosti souhlasu v˘stupních hodnot, získan˘ch mûfiením veliãiny o stejné hodnotû mûfiením provádûn˘m daném ãasovém období za stejn˘ch pracovních podmínek pro oba smûry zmûny hodnoty mûfiené veliãiny. Zahrnuje vliv hysterese,
pásma necitlivosti, driftu, zahrnuje opakovatelnost mûfiení.
Resistance, mûrná resistance: Resistance vyjadfiuje odpor,
kter˘ klade obvod, pracující se stejnosmûrn˘m napûtím nebo proudem, toku elektrického proudu. Jednotkou resistance
je jeden ohm, kter˘ jedefinovan˘ jako resistance, pfii které
napûÈov˘ rozdíl o velikosti 1 volt mezi vstupem a v˘stupem
obvodu vyvolá proud obvodem o velikosti 1 ampér. Mûrná
resistance je reciproká veliãina k mûrné konduktanci, jednotkou mûrné resistivity je jeden ohm/cm (ohm/m).
Resonance: Stav pfii oscilacích, kter˘ vzniká tehdy, kdyÏ je
vstupní, budící, signál systému periodick˘ signál s malou
amplitudou a s frekvencí blízkou nûkteré z vlastních frekvencí buzeného systému.
Rozli‰ovací schopnost: Nejmen‰í zmûna vstupu, která vyvolá mûfiitelnou (detekovatelnou) zmûnu v˘stupu. Nejmen‰í pfiírÛstek, kter˘ mÛÏe b˘t detekovan˘ mûfiícím systémem. Rozli‰ovací schopnost lze vyjádfiit v bitech, pomûrem, procentem
z okamÏité mûfiené hodnoty, nebo procentem z plného rozsahu pfiístroje. Napfiíklad systém pracující s dvanáctibitov˘m
slovem má rozli‰ovací schopnost rovnou jedné 4096-tinû,
nebo 0.0244 % z plného rozsahu pfiístroje.
Rozpûtí rozsahu, span: Algebraick˘ rozdíl mezi horní a dolní hodnotou rozsahu, vyjádfien˘ ve stejn˘ch jednotkách, v jak˘ch je vyjádfien˘ rozsah.
Rozsah: Oblast mezi mezemi, uvnitfi kter˘ch se nachází hodnoty veliãiny která se mûfií, pfiijímá, nebo vysílá. Rozsah se
vyjadfiuje udáním dolní meze a horní meze rozsahu.
Rychlost v baudech: Rychlost pfienosu seriovû pfiená‰en˘ch
dat, udávaná v bitech za sekundu (bps, bits per second).
Rychlost sledování: Maximální rychlost zmûny analogového
napûtí pfii jeho prÛchodu mezi dvûma hladinami.
S
Signál: Promûnná veliãina, která nese informaci o jiné promûnné veliãinû, kterou popisuje, representuje.
Signal-to-noise ratio: (SNR). Podíl amplitudy signálu k am-
114
âíslo 4
plitudû ‰umu. Podíl efektivní hodnoty signálu k efektivní hodnotû ‰umu. Vyjadfiuje se v decibelech. U harmonick˘ch signálÛ a ‰umÛ lze pro v˘poãet SNR pouÏít jejich amplitudy, jejich efektivní hodnoty i jejich maximální (‰piãkové) hodnoty.
SloÏen˘ detektor: Pfiístroj, detektor, jehoÏ mûfiící rozsah se
prodlouÏuje jak nad, tak pod nulovou hodnotu.
Snímací element: Element, kter˘ je pfiímo ovlivÀovan˘ hodnotou mûfiené veliãiny.
Snímaã: Element nebo zafiízení, kter˘ mûfií (detekuje) promûnnou fysikální veliãinu. Snímaã získává v urãité formû urãité mnoÏství informace a pfievádí ji na totéÏ nebo jiné
mnoÏství informace ve stejné nebo jiné formû.
Souhlasné napûtí: Napûtí o stejné velikosti a polaritû,, mûfiené vzhledem k napûtí uzemnûní pfiístroje. Souhlasné napûtí je
objevuje na obou vodiãích vstupního diferenãního obvodu.
Spolehlivost: Pravdûpodobnost, urãující, zda zafiízení pfiimûfienû správnû provede, v daném ãasovém období a za
definovan˘ch pracovních podmínek, svÛj úkol.
Spotfieba vzduchu: Maximální rychlost, s jakou je spotfiebováván vzduch pfiístrojem, pracujícím ve svém pracovním
rozsahu, rozmezí. Spotfieba vzduchu se obvykle udává
v jednotkách normální krychlová stopa za minutub (normální krychlov˘ metr za minutu).
Stabilita: Schopnost pfiístroje nebo snímaãe udrÏet konzistentní (stál˘ a souvisl˘, logick˘) v˘stup po pfiivedení konstantního vstupu.
Statické zesílení: Podíl zmûny ustálené hodnoty v˘stupního
signálu a velikosti skokové zmûny vstupního signálu, urãen˘
za pfiedpokladu, Ïe se u v˘stupního signálu neprojevila saturace, nasycení.
Statick˘ tlak: Ustálen˘ tlak pfiiveden˘ na zafiízení.
Stfiídav˘ proud (AC): Tok elektrického náboje (elektrick˘
proud), u kterého dochází k periodick˘m zmûnám smûru toku. V Severní Americe je v domácnostech pouÏívan˘ proud,
kter˘ mûní svÛj smûr ‰edesátkrát za sekundu.
Subsidence: Postupné sníÏení nebo potlaãení oscilací systému nebo oscilací zafiízení.
Synchronní dûj: Událost nebo akce, která je synchronisována s hodinami referenãního ãasu.
Systematická chyba: Opakovatelná chyba, která v pfiípadû,
kdy snímaã mûfií veliãinu o stejné skuteãné hodnotû buì zÛstává konstantní, nebo se mûní podle urãitého pravidla. Tuto
chybu lze odstranit kalibrací.
·um: Jak˘koliv neÏádoucí elektrick˘ signál, lhostejno, zda
pochází z vnûj‰ích zdrojÛ jako jsou vodiãe a vedení stfiídavého proudu, motory, boufie s elektrick˘mi v˘boji, vysílaãe
radiového signálu, nebo z vnitfiních zdrojÛ, jako jsou elektrické souãástky.
·um systému: Systémov˘ ‰um. Velikost ‰umu, snímaná analogov˘m obvodem nebo analogovû-ãíslicov˘m pfievodníkem
ve stavu, kdy jsou jejich analogové vstupy uzemnûné.
T
Teplota okolního prostfiedí: Teplota okolí. PrÛmûrná nebo
stfiední teplota atmosférického vzduchu, kter˘ obklopuje sní-
ZPRAVODAJ
Slovník
maã nebo pfiístroj. Je-li snímaã generátorem tepla, vztahuje
se pojem teplota okolního prostfiedí k teplotû, kterou bude
mít okolní prostfiedí snímaãe pfii práci snímaãe. Teplota okolního prostfiedí je obvykle urãená za pfiedpokladu, Ïe snímaã
není vystaven˘ ani pfiímému sluneãnímu záfiení, ani azáfiení
jin˘ch energetick˘ch zdrojÛ.
Teplotní koeficient: Velikost driftu, vyjádfiená v procentech
plného rozsahu v˘stupního údaje, kter˘ mÛÏe vzniknout pfii
zmûnû teploty okolního prostfiedí o 1 °C.
Teplotní ‰ok: Náhlá nebo neoãekávaná zmûna teploty, které
je zafiízení vystaveno.
Tlak, destrukãní: Tlak, pfii kterém dochází k prasknutí zafiízení (urãuje se pfii testech).
Tlak nasycené páry: Tlak páry, ktrerá je v rovnováze se svojí kapalnou fází.
Tlak, pracovní: Skuteãn˘ tlak (kladn˘ nebo záporn˘), pfii kterém zafiízení za normálních podmínek pracuje.
Tlak, pracovní, maximální: Maximální pfiípustn˘ provozní
tlak pfii definované teplotû. Je to nejvy‰‰í tlak, kterému mÛÏe
b˘t pfii normálním provozu zafiízení vystaveno.
Tlak, v˘poãetní, maximální: Tlak, kter˘ se pfii návrhu nádoby, nebo jiného zafiízení, pouÏívá pro urãení minimální pfiípustné síly stûny nebo pro urãení rozmûrÛ jin˘ch dílÛ. Urãuje se pro dan˘ odpovídající maximální provozní tlak zafiízení (MWP, Maximal Working Pressure) a pro danou teplotu.
Tlak okolního prostfiedí: Tlak okolí. Hodnota atmosférického
tlaku v prostfiedí, obklopujícího urãit˘ snímaã. Není-li k disposici nûjaká zvlá‰tní informace o hodnotû tlaku okolního
prostfiedí, bere se za jeho velikost hodnota 14.7 PSIA (14.7
liber na ãtvereãní palec absolutních).
Tlakov˘ pfiekmit: Tlak, rovn˘ pracovnímu tlaku plus jeho pfiírÛstku, kterému mÛÏe b˘t zafiízení po velmi krátkou dobu vystaveno. Doãasné tlakové pfiekmity vznikají napfiíklad pfii zapnutí ãerpadla, nebo pfii uzavfiení ventilu.
Tlumení: Potlaãení oscilací. Pro realizaci viskosního tlumení
se vyuÏívá viskosity tekutin. Pro realizaci magnetického tlumení se vyuÏívá elektrick˘ch proudÛ, indukovan˘ch do elektrick˘ch vodiãÛ.
Tfiída pfiesnosti: âíslo, které definuje mezní hodnotu, kterou
nesmí chyby mûfiení, provádûného za urãit˘ch referenãních
podmínek, pfiekroãit. Zahrnuje kombinaci vlivÛ nepfiizpÛsobení, hysterese, pásma necitlivosti, chyby opakovatelnosti
mûfiení.
Tuhost: Pomûr zmûny délky elementu v dÛsledku napûtí elementu a v˘chozí, poãáteãní, referenãní délky nenapjatého
elementu.
U
Ustálen˘ stav: Charakteristika nebo stav, napfiíklad hodnota, rychlost zmûny hodnoty, velikost periody, amplituda, vykazující zanedbatelnou zmûnu bûhem libovolnû dlouhého
ãasového intervalu.
je mûfien˘, regulovan˘ (pfiímo nebo nepfiímo), nebo ovládan˘.
Vibrace: Periodick˘ pohyb nebo oscilace elementu, zafiízení, nebo systému.
Vstup / v˘stup (V/V, I/O): Analogové nebo ãíslicové signály vstupující do nebo vystupující z ãíslicového fiídícího systému nebo jin˘ch centralizovan˘ch fiídících nebo v˘poãetních
systémÛ vyÏadujících pouÏití komunikaãních kanálÛ, operátorsk˘ interface (rozhraní) a/nebo interface (rozhraní) systémÛ pro sbûr dat a interface (rozhraní) fiídících systémÛ.
Vysílaã: Pfievodník, kter˘ snímá mûfienou veliãinu citliv˘m
elementem a pfievádí ji na standardní, normalizovan˘, vysílan˘ signál, jehoÏ velikost závisí pouze na hodnotû mûfiené
veliãiny.
Vysoké frekvence, frekvence radiového vysílání: Frekvenãní rozsah mezi ultrazvukov˘mi kmitoãty a kmitoãty inftraãerveného záfiení. Vysílaãe amplitudovû modulovaného (AM)
signálu pracují v rozsahu od 540 kHz do 1800 kHz. Vysílaãe kmitoãtovû modulovaného (FM) signálu pracují v rozsahu
od 88 MHz do 108 MHz.
V˘stupní signál: Signál, kter˘ je vydáván zafiízením, prvkem, nebo systémem.
Z
Zahfiívací doba: âasová prodleva nutná k tomu, aby zafiízení, po svém zapnutí, dosáhlo sv˘ch definovan˘ch pracovních charakteristik.
Zem: Elektricky neutrální vodiã, na kterém je stejné napûtí,
jaké má okolní povrch Zemû. Záporn˘ pól stejnosmûrného
energetického rozvodného systému. Referenãní bod urãité
elektrické soustavy.
Zesilovaã: Zafiízení, které generuje v˘stupní signál, kter˘ je
silnûj‰í neÏ je vstupní signál zesilovaãe a kter˘ je vzhledem
ke vstupnímu signálu zesilovaãe v urãitém (ãasto lineárním)
vztahu. Pro generování zesíleného v˘stupního signálu spotfiebovává zesilovaã energii, kterou bere z jiného zdroje
energie, neÏ je samotn˘ vstupní signál.
Zesílení (podíl velikostí): Zesílení lineárního prveku nebo zesílení lineárního systému je rovno podílu velikosti (hodnoty
amplitudy) ustáleného harmonického v˘stupního signálu
a velikosti (hodnoty amplitudy) odpovídajícího budícího harmonického vstupního signálu.
Zesílení smyãky, frekvenãní charakteristika: Zesílení uzavfiené smyãky je charakteristická kfiivka, udávající pro v‰echny kladné frekvence podíl zmûny velikosti signálu pfieneseného zpûtnou vazbou ke zmûnû velikosti rozdílového signálu, signálu odchylky.
Îádaná hodnota regulace: Promûnná veliãina, vyjádfiená
ve stejn˘ch jednotkách jako mûfiená veliãina, kterou se buì
na regulátoru nastavuje poÏadovaná regulaãní trajektorie,
nebo která urãuje stavy nebo podmínky, pfii kter˘ch budou
aktivovány havarijní signály nebo bezpeãnostní zábrany
a pfiepáÏky.
V
Veliãina: Promûnná veliãina, promûnná. Libovoln˘ stav, kter˘
ZPRAVODAJ
âíslo 4
115

Měření průtoku a výšky hladiny

Transkript

Podobné dokumenty

Poloautomatické dávkovaăe / Semi

Měření síly a odvozených veličin

03/2005

Katalog v pdf ke stažení

návod - Montre

montážní návod - Solární energie sro

Digitální zobrazovací jednotky a műfiící pravítka

Teoretické základy kondenzační techniky

FMA-900 - JAKAR Electronics

Brooks Instrument

Digitální zobrazovací jednotky a mûfiící pravítka

Vícevtokov˘ suchobűĎn˘ vodoműr

Katalog tlakových spínačů SUCO

f - Ústav termomechaniky AV ČR, vvi

To nejlepší pro Váš život

Problém pyramid Historická poznámka

M W T M - Raycom

Řízení udržitelného úspěchu organizace na základě nové normy

Diagram prŰtoku tryskou se ztrátami: Veličinu Hs [Jkg