MĚŘENÍ PRŮTOKU & MĚŘENÍ VÝŠKY HLADINY ČÍSLO

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 nበzávazn˘ 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 vበpoÏadavek 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 nበsystematick˘ 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

በzájem 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 nejuωího 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 nejdraωí. 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 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) dan˘ dimens. potrubí ≤ 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) dan˘ dimens. potrubí

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 ±1% hodnoty do ffl 5% URV ±1% hodnoty do ffl 10% 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) dan˘ dimens. potrubí ≤ 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 niωími 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

Mù¤ENÍ PRÒTOKU & Mù¤ENÍ V¯·KY HLADINY 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

PrÛtokomûry zaloÏ. na mûfi. difer. tlaku

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 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 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

poÏadav. na pfiímé hladké potrub. pfied a za clonou znaãková konstrukce, potfiebuje kalibraci velká trvalá tlaková ztráta více náchylná k zaná‰ení neÏ clona se standardním clonov˘m kotouãem velká pofiizovací cena

vymûÀuje se obtíÏnûji neÏ clona velká trvalá tlaková ztráta

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

PrÛtokomûry zaloÏ. na mûfi. difer. tlaku

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

PrÛtokomûry zaloÏ. na mûfi. difer. tlaku

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

PrÛtokomûry zaloÏ. na mûfi. difer. tlaku

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

PrÛtokomûry zaloÏ. na mûfi. difer. tlaku

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

PrÛtokomûry zaloÏ. na mûfi. difer. tlaku

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-

PrÛtokomûry zaloÏ. na mûfi. difer. tlaku

‰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

PrÛtokomûry zaloÏ. na mûfi. difer. tlaku

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.

PrÛtokomûry zaloÏ. na mûfi. difer. tlaku

(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

PrÛtokomûry zaloÏ. na mûfi. difer. tlaku

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

PrÛtokomûry zaloÏ. na mûfi. difer. tlaku

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

PrÛtokomûry zaloÏ. na mûfi. difer. tlaku

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 draωí 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-

PrÛtokomûry zaloÏ. na mûfi. difer. tlaku

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 1/2 palce, 1.56 pro sondy o prÛmûru 3/4 palce, 1.94 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 průtočným průřezem

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

PrÛtokomûry zaloÏ. na mûfi. difer. tlaku

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, uωím 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

PrÛtokomûry zaloÏ. na mûfi. difer. tlaku

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

PrÛtokomûry zaloÏ. na mûfi. difer. tlaku

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, tûωí 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 bliωí 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 průtočným průřezem

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-

PrÛtokomûry zaloÏ. na mûfi. difer. tlaku

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

Odkazy na literaturu, zdroje dalších informací • OMEGA Complete Flow and Level Measurement Handbook and Encyclopedia®, OMEGA Press, 1995.

• OMEGA Volume 29 Handbook & Encyclopedia, Purchasing Agents Edition, 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

Mù¤ENÍ PRÒTOKU & Mù¤ENÍ V¯·KY HLADINY 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-

Mechanické prÛtokomûry

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, niωí 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

Mechanické prÛtokomûry

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.

Mechanické prÛtokomûry

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

Mechanické prÛtokomûry

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

Mechanické prÛtokomûry

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

Mechanické prÛtokomûry

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

Mechanické prÛtokomûry

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

Mechanické prÛtokomûry

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

Mechanické prÛtokomûry

• 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

Mechanické prÛtokomûry

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 niωích 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-

Mechanické prÛtokomûry

‰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

Odkazy na literaturu, zdroje dalších informací • OMEGA Complete Flow and Level Measurement Handbook and Encyclopedia®, OMEGA Press, 1995.

• OMEGA Volume 29 Handbook & Encyclopedia, Purchasing Agents Edition, 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. • Industrial Flow Measurement, D. W. Spitzer, ISA, 1984. • 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

Mù¤ENÍ PRÒTOKU & Mù¤ENÍ V¯·KY HLADINY 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

Elektronické prÛtokomûry

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

Elektronické prÛtokomûry

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

• Nové průtokoměry 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 nejniωím 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 nejniωím bodu potrubí, mûl by b˘t pfii dlouh˘ch odstaveních procesu vyjímán, aby uvnitfi pfiístroje nedo‰lo k usazování pev-

Elektronické prÛtokomûry

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

Elektronické prÛtokomûry

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

Elektronické prÛtokomûry

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

Elektronické prÛtokomûry

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.

• Nové průtokoměry 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-

Elektronické prÛtokomûry

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 niωí 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

Elektronické prÛtokomûry

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,

Elektronické prÛtokomûry

• 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

Elektronické prÛtokomûry

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-

Elektronické prÛtokomûry

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

Odkazy na literaturu, zdroje dalších informací • OMEGA Complete Flow and Level Measurement Handbook and Encyclopedia®, OMEGA Press, 1995.

• OMEGA Volume 29 Handbook & Encyclopedia, Purchasing Agents Edition, 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. • Industrial Flow Measurement, D. W. Spitzer, ISA, 1984. • 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

Mù¤ENÍ PRÒTOKU & Mù¤ENÍ V¯·KY HLADINY 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 niωího 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

PrÛtokomûry mûfiící hmot. prÛtok

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-

PrÛtokomûry mûfiící hmot. prÛtok

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

PrÛtokomûry mûfiící hmot. prÛtok

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 niωích 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

PrÛtokomûry mûfiící hmot. prÛtok

'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

PrÛtokomûry mûfiící hmot. prÛtok

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

PrÛtokomûry mûfiící hmot. prÛtok

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

PrÛtokomûry mûfiící hmot. prÛtok

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

PrÛtokomûry mûfiící hmot. prÛtok

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

PrÛtokomûry mûfiící hmot. prÛtok

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-

PrÛtokomûry mûfiící hmot. prÛtok

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

PrÛtokomûry mûfiící hmot. prÛtok

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 niωí 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 niωí 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-

PrÛtokomûry mûfiící hmot. prÛtok

ãe zahrnout ‰estihranné trubkové usmûrÀovaãe proudûní. T

Odkazy na literaturu, zdroje dalších informací • OMEGA Complete Flow and Level Measurement Handbook and Encyclopedia®, OMEGA Press, 1995.

• OMEGA Volume 29 Handbook & Encyclopedia, Purchasing Agents Edition, 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

Mù¤ENÍ PRÒTOKU & Mù¤ENÍ V¯·KY HLADINY 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

Mûfiení v˘‰ky hladiny

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

Mûfiení v˘‰ky hladiny

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-

Mûfiení v˘‰ky hladiny

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. Nejdraωí (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

Odkazy na literaturu, zdroje dalších informací • OMEGA Complete Flow and Level Measurement Handbook and Encyclopedia®, OMEGA Press, 1995.

• OMEGA Volume 29 Handbook & Encyclopedia, Purchasing Agents Edition, OMEGA Press,1995.

• Instrument Engineer’s Handbook, Bela Liptak, editor, CRC 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

Mù¤ENÍ PRÒTOKU & Mù¤ENÍ V¯·KY HLADINY 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

Pfiístrojové vyb. pro mûfi. v˘‰ky hladiny mûfiením tlaku/hustoty

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

Pfiístrojové vyb. pro mûfi. v˘‰ky hladiny mûfiením tlaku/hustoty

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-

Pfiístrojové vyb. pro mûfi. v˘‰ky hladiny mûfiením tlaku/hustoty

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

Pfiístrojové vyb. pro mûfi. v˘‰ky hladiny mûfiením tlaku/hustoty

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 nejniωí 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

Pfiístrojové vyb. pro mûfi. v˘‰ky hladiny mûfiením tlaku/hustoty

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

Pfiístrojové vyb. pro mûfi. v˘‰ky hladiny mûfiením tlaku/hustoty

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

Pfiístrojové vyb. pro mûfi. v˘‰ky hladiny mûfiením tlaku/hustoty

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

Pfiístrojové vyb. pro mûfi. v˘‰ky hladiny mûfiením tlaku/hustoty

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 tûωí 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

Pfiístrojové vyb. pro mûfi. v˘‰ky hladiny mûfiením tlaku/hustoty

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

Pfiístrojové vyb. pro mûfi. v˘‰ky hladiny mûfiením tlaku/hustoty

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

Odkazy na literaturu, zdroje dalších informací • OMEGA Complete Flow and Level Measurement Handbook and Encyclopedia®, OMEGA Press, 1995.

• OMEGA Volume 29 Handbook & Encyclopedia, Purchasing Agents Edition, OMEGA Press,1995.

• Instrument Engineer’s Handbook, Bela Liptak, editor, CRC 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.

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

Mù¤ENÍ PRÒTOKU & Mù¤ENÍ V¯·KY HLADINY

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

Pfiístrojové vybavení pro vysokofrek./kapacit. mûfiení v˘‰ky hladiny

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

Pfiístrojové vybavení pro vysokofrek./kapacit. mûfiení v˘‰ky hladiny

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

Pfiístrojové vybavení pro vysokofrek./kapacit. mûfiení v˘‰ky hladiny

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 snaωí, 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")

Pfiístrojové vybavení pro vysokofrek./kapacit. mûfiení v˘‰ky hladiny

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

Pfiístrojové vybavení pro vysokofrek./kapacit. mûfiení v˘‰ky hladiny

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).

Odkazy na literaturu, zdroje dalších informací • OMEGA Complete Flow and Level Measurement Handbook and Encyclopedia®, OMEGA Press, 1995.

• OMEGA Volume 29 Handbook & Encyclopedia, Purchasing Agents Edition, OMEGA Press,1995.

• Instrument Engineer’s Handbook, Bela Liptak, editor, CRC 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.

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

Mù¤ENÍ PRÒTOKU & Mù¤ENÍ V¯·KY HLADINY

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

Pfiístrojové vybavení pro mûfiení v˘‰ky hladiny pomocí záfiení

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

Pfiístrojové vybavení pro mûfiení v˘‰ky hladiny pomocí záfiení

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

Pfiístrojové vybavení pro mûfiení v˘‰ky hladiny pomocí záfiení

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 tûωí, vzhÛru,

100 80 60 50 40 procento propu‰tûného záfiení

Pfiístrojové vybavení pro mûfiení v˘‰ky hladiny pomocí 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

Pfiístrojové vybavení pro mûfiení v˘‰ky hladiny pomocí záfiení

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 tûωí 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

Pfiístrojové vybavení pro mûfiení v˘‰ky hladiny pomocí záfiení

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

Pfiístrojové vybavení pro mûfiení v˘‰ky hladiny pomocí záfiení

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 niωí 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-

Pfiístrojové vybavení pro mûfiení v˘‰ky hladiny pomocí záfiení

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

Odkazy na literaturu, zdroje dalších informací • OMEGA Complete Flow and Level Measurement Handbook and Encyclopedia®, OMEGA Press, 1995.

• OMEGA Volume 29 Handbook & Encyclopedia, Purchasing Agents Edition, OMEGA Press,1995.

• Automated Process Control Electronics, John Harrington, Delmar Publishing 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

Mù¤ENÍ PRÒTOKU & Mù¤ENÍ V¯·KY HLADINY

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

Speciální hladinové spínaãe

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

Speciální hladinové spínaãe

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

Speciální hladinové spínaãe

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

Odkazy na literaturu, zdroje dalších informací • OMEGA Complete Flow and Level Measurement Handbook and Encyclopedia®, OMEGA Press, 1995.

• OMEGA Volume 29 Handbook & Encyclopedia, Purchasing Agents Edition, OMEGA Press,1995.

• Industrial Control Handbook, E.A. Parr, Butterworth-Heinemann Ltd., 1955. • Automated Process Control Electronics, John Harrington, Delmar Publishing 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