Ústav technologie, mechanizace a řízení staveb
Teorie měření a regulace měření průtoku
17.SPEC-t.4 ZS – 2015/2016
© 2015 - Ing. Václav Rada, CSc.
T- MaR
MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY
Další pokračování o principech A
© VR - ZS 2009/2010
měření …………
MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY
T- MaR
Měření fyzikálních veličin – průtok Průtok je určen střední rychlostí proudu v potrubí o známém průměru (a tedy průřezu). Bere se střední „vlákno“ proudu. Základní veličinou při měření průtoku kapalin, plynů i par je objemové množství: A
V = m / ρ = m * V0 kde:
m … hmotnost ρ … měrná hustota, která je funkcí teploty a tlaku (!).
© VR - ZS 2009/2010
MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY
Měření fyzikálních veličin – průtok Další veličinou je průtočné množství: objemové
Q=V/t = S*v kde:
t … čas Aprůtoku S … průřez potrubí v … okamžitá průtočná rychlost
tíhové
G = (V * ρ) / t = S * v * γ kde:
γ … měrná tíha
© VR - ZS 2009/2010
T- MaR
MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY
Měření fyzikálních veličin – průtok hmotové
M = (V * ρ) / t = S * v * ρ A
kde:
M … měrná tíha
© VR - ZS 2009/2010
T- MaR
MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY
T- MaR
Měření fyzikálních veličin – průtok Okamžitý (dynamický) průtok je dán diferenciálním vztahem vyjadřujícím jeho časovou závislost:
Q = dV / dt A Objem, který protekl za určitý čas –v intervalu < t1 , t2 > – je dán určitým integrálem s hranicemi = hodnotám intervalu:
t2
V = t1
(Q * dt)
Při laminárním proudění se částice pohybují po drahách, které se navzájem nekříží a je tudíž nejrychlejší. Naopak při turbulentním proudění se dráhy kříží a proud se zpomaluje. © VR - ZS 2009/2010
MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY
T- MaR
Měření fyzikálních veličin – průtok Reynoldsovo číslo určuje druh proudění, udává se pro potrubí daného průměru a kapalinu či plyn o dané kinematické viskozitě ν. Tzv. „kritické“ Reynoldsovo číslo Re = 2300 udává bod zvratu mezi laminárním a turbulentním. A Hodnotu Reynoldsova čísla lze vypočíst ze vztahu:
Re = (D * c) / v c ... je střední rychlost proudění D ... je průměr potrubí [m] ν … je kinematická viskozita daná vztahem ν = /ρ kde … je dynamická viskozita.
kde:
© VR - ZS 2009/2010
MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY
T- MaR
Měření fyzikálních veličin – průtok Při určování druhu a typu proudění – a odpovídající použité měřicí metody – s cílem zajistit, že výsledek nebude zatížen (zbytečnou) chybou, je potřeba znát a určit: A a vlastnosti měřeného média (plynu či kapaliny) • druh • jaký vliv bude nebo může mít médium na materiál snímače • zda je měření nutno provádět jen v určitém časovém okamžiku, opakovaně nebo sledovat hodnotu průběžně (opět zda krátkodobě nebo dlouhodobě) • …….
© VR - ZS 2009/2010
MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY
T- MaR
Měření fyzikálních veličin – průtok • jaké potrubí má zpětný vliv na mechaniku a proudění média • zda nejsou speciální požadavky na polohu měřicího místa (měřicího potrubí) A • jaké jsou požadavky na přesnost a opakovatelnost měření a získaného údaje • zda nejsou nějaká omezení předem vylučující použití určitých měřicích principů a metod
© VR - ZS 2009/2010
MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY
T- MaR
Měření fyzikálních veličin – průtok
Snímače - rychlostní lopatkové – jedno nebo více vtokové – počet otáček je přímo úměrný střední rychlosti proudění média (obvykle kapaliny) – nehodí se pro media As vyšší viskozitou – nebývají moc přesné (nad 2 %) šroubové (turbinové) – jeden nebo dva rotory – u dvourotorového provedení jsou rotory pružně spojeny (protože jeden z nich je brzděn) a jsou nezávisle uloženy – jsou vhodné pro potrubí až do průměru 1 m, tlaky až do 250 MPa a teploty média až 700 oC – jsou přesné (pod 1 %), ale cena je vysoká s rotující kuličkou – používají se hlavně v hydraulických systémech a jako „spotřeboměry“ – vhodné pro průtoky od 1 do 10 000 – přesnost ± 2% © VR - ZS 2009/2010
MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY
Měření fyzikálních veličin – průtok
Snímače – s deformačním členem Provedení deformačního členu: membrána jednostranně Avetknutý nosník (trámek) pevné šroubové kolo jiný deformační člen
© VR - ZS 2009/2010
T- MaR
MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY
T- MaR
Měření fyzikálních veličin – průtok
Snímače – průřezové Se změnou průřezu potrubí vložením dýzy, clony apod. Mnohé mají jen malý měřicí rozsah. Výstupem většinou bývá informace o tlakové diferenci (čili o rozA dílu dvou měřených tlaků). Uspořádání snímačů (čidel): se clonou s dvojitou clonou se segmentovou clonou …..
© VR - ZS 2009/2010
T- MaR
MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY Průřezový snímač Měření fyzikálních veličin – průtok
Snímače – průřezové Jsou založeny na změně proudu média změnou průřezu v potrubí. Změna průřezu může být jednoduchá nebo vícenásobná.
p1
d
v
D
∆p ∆p2 p1 p2
© VR - ZS 2009/2010
p2
MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY
Měření fyzikálních veličin – průtok
Snímače – rychlostní s dýzou obecného tvaru Venturiho dýza A Pitot – Venturiho snímač (nejlepší a nejznámější) laminární vícevrstvý válcový kolenový smyčkový s pomocnou cirkulací měřeného média gyroskopický © VR - ZS 2009/2010
T- MaR
MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY
T- MaR
Měření fyzikálních veličin – průtok
Snímače – tepelné Nejznámější provedení: kalorimetrické A anemometrické (vhodné zejména pro plyny a vyšší rychlosti proudění) se škrticím členem – rozdílem rychlostí na něm vzniká mě-řitelný tepelný spád
© VR - ZS 2009/2010
MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY
T- MaR
Měření fyzikálních veličin – průtok
Snímače – ultrazvukové Nejznámější provedení – zejména pro potrubí větších průměrů – neobsahují žádnou pohyblivou část, takže mají minimální nároky na údržbu: kontaktní bezkontaktní
© VR - ZS 2009/2010
T- MaR
MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY
Měření fyzikálních veličin – průtok Snímače – ultrazvukové Nejznámější provedení – zejména pro potrubí větších průměrů – neobsahují žádnou pohyblivou část, takže mají minimální nároky na údržbu: přijímač 1
přijímač 2
přijímač 1
přijímač 2
vysilač
přijímač
v vysilač
© VR - ZS 2009/2010
vysilač 1
vysilač 2
MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY
T- MaR
Měření fyzikálních veličin – průtok
Snímače – indukční Jednoduchý princip i realizace – vhodné pouze pro elektricky vodivé kapaliny (hl. tekuté kovy): A s elektrodami bez elektrod
© VR - ZS 2009/2010
T- MaR
MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY
Měření fyzikálních veličin – průtok Snímače – indukční Jednoduchý princip i realizace – vhodné pouze pro elektricky vodivé kapaliny (hl. tekuté kovy): fiktivní vlákna proudící kapaliny
S
potrubí
Ф
Ф
proudící kapalina – rychl. w – σ ≥ 1 [μS/cm]
J
J snímací elektrody
© VR - ZS 2009/2010
S
napětí UW - úměrné rychlosti proudění
MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY
T- MaR
Měření fyzikálních veličin – průtok
Snímače – fluidikové Velmi jednoduché – jsou malé a mají vysokou přesnost. Založeny na sledování změny frekvence proudem média. Vzhledem k malým rozměrům jsou vhodné pro robotické systémy. A Nejmladší a dnes velice propracované. Provedení:
využívající precese osového víru využívající vírové stezky za přepážkou oscilační
© VR - ZS 2009/2010
T- MaR
… a to by bylo k informacím o měření průtoku (obvyklé skoro) vše © VR - ZS 2015/2016
84....
T- MaR
Témata
………….
© VR - ZS 2015/2016