Průtokoměr

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie
Skočit na: Navigace, Hledání

Průtokoměr je zařízení, které měří průtok (objemový nebo hmotnostní) kapalin a plynů.

Měření průtoku probíhá buď v otevřeném kanále či častěji v uzavřeném potrubí. Měření této veličiny se uplatňuje největší měrou v průmyslové praxi pro sledování toku kapalin a plynů, správné dávkování a vyhodnocování vynaložených energií. Hojně je využíván i v lékařství (např. měření průtoku krve cévami).

Typy[editovat | editovat zdroj]

Podle způsobu měření rozlišujeme několik základních typů:

Objemové[editovat | editovat zdroj]

Jde o metody měření s velmi vysokou třídou přesnosti. Tato kategorie má několik způsobů měření lišící se konstrukcí a metodikou. Objemový průtokoměr je charakterizován rozdělením toku tekutiny na dílčí objemy vytvářené rotujícími mechanickými prvky měřidla.

Turbínkové[editovat | editovat zdroj]

Umožňuje měřit kapaliny i plyny. Vychází z principu turbíny a Eulerovy rovnice. Proud tekutiny otáčí turbínou úměrně rychlosti proudu. Obrázek

Lopatkové[editovat | editovat zdroj]

Lopatkový průtokoměr je jednodušší a levnější varianta turbínkového. Turbína je nahrazena lopatkovým kolem.

Bubnové[editovat | editovat zdroj]

Princip je takový, že měřená látka vtéká do trysky, která je umístěna v měřicím zařízení - bubnu. Ten je složen ze 3 částí. Médium nejprve zaplaví první část, ta je pak svou tíhou nucena pootočit se, naplní se druhá a třetí.

S oválnými koly[editovat | editovat zdroj]

Měření probíhá pomocí dvou kol s evolventním ozubením. Průtokem média se kola otáčí a látka je unášena podél stěn. Takto je během jedné otočky umožněno přenést čtyři objemy. Na tomto principu fungují např. čítače na benzinových pumpách.

Výhody

  • měření kapalin i plynů
  • jednoduchá konstrukce
  • není nutné elektrické napájení

Nevýhody

  • mechanické rotační prvky

Průřezové[editovat | editovat zdroj]

Průřezový průtokoměr se škrticím členem. Symbol 1) značí škrticí člen zvaný Venturiho dýza, 2) diferenční manometr (tlakoměr) a 3) je teploměr.

Tato měřidla využívají principu, jež vyjadřuje Bernoulliho rovnice. Uzavřená trubice je v některém úseku zúžena (při průtoku média tak v tomto místě dochází ke změnám rychlosti proudění a tlaku) škrticím členem. Škrticí element může být např. škrticí clona, dýza, Venturiho dýza...

K průřezovým snímačům se řadí např. rychlostní sonda, Venturiho trubice, Pitotova trubice, kapilára, měřicí koleno.

Výhody

  • měření kapalin, plynů a syté vodní páry
  • žádné mechanické prvky

Nevýhody

  • požadavky na konstrukci (rovný průřez před a za měřicím členem)
  • tlaková ztráta

S proměnným průřezem (rotametry)[editovat | editovat zdroj]

Plováčkový průtokoměr se stabilním plovákem

Rotametr je tvořen kuželovitou trubicí (na obrázku značen 2)), rozšiřující se směrem nahoru. Uprostřed je plovák (na obrázku jako 1)). Proud vody naráží do plováku a zvedá jej do výšky úměrné rychlosti proudění - měření průtoku je vyhodnocováno na základě snímání polohy plováku. Někdy je chybně pojmenováván, jako plováčkový průtokoměr.

Termoelektrické[editovat | editovat zdroj]

Termoelektrický průtokoměr - anemometrický způsob. Část 1 je teploměr měřící teplotu žhaveného tělesa, 2 je samotný žhavený element a 3 je teploměr měřící teplotu okolí.

Je založen na fyzikálním principu, že přenos tepla ze snímače do okolí je funkce rychlosti proudění. Používá se dvou způsobů měření - anemometrického a kalorimetrického. Oba jsou tvořeny žhaveným tělískem a dvěma teploměry (termoanemometr vyhodnocuje ochlazení žhaveného tělíska, kalorimetrický způsob vyhodnocuje zahřátí okolního média).

Základem měřidel jsou PTC a NTC termistory (dříve platinový drát jako žhavené těleso).

Termoelektrický anemometr[editovat | editovat zdroj]

Žhavené tělísko je zahříváno na konstantní teplotu. Dva teploměry snímají teplotu žhaveného tělíska a okolního média. Proud kapaliny či plynu tělísko ochlazuje. Vyhodnocovací jednotka tak musí žhavené tělísko více zahřívat (dodávat mu více energie - el. proudu) - změny dodávek elektrické energie jsou úměrné rychlosti proudění média. Více viz Externí odkazy.

Kalorimetrické měření[editovat | editovat zdroj]

Žhavené těleso předává tepelný výkon okolnímu médiu, čímž ho zahřívá. Teploměry snímají teplotu okolního média. Rychlost proudění či rychlost průtoku se pak vyhodnocuje na základě el. příkonu a teplot. Více viz Externí odkazy.

Výhody

  • velmi přesné měření průtoků o malých rychlostech proudění
  • jednoduchá konstrukce, levné díky polovodičovým součástkám

Nevýhody

  • nevhodný pro nečisté kapaliny a plyny
  • omezený rozsah teplot měřeného média

Indukční[editovat | editovat zdroj]

Indukční průtokoměr. Symbol 1) znázorňuje elektrody snímající el. napětí, 2) póly magnetu.

Indukční průtokoměry fungují na principu Faradayova zákona elektromagnetické indukce. Tedy rychlost proudění kapaliny, kterou reprezentuje pohyb vodiče, indukuje v homogenním magnetickém poli elektrické napětí.

Výhody

  • měření agresivních, silně znečištěných kapalin
  • měření není ovlivněno tlakem, teplotou, viskozitou, obsahem pevných částic,...

Nevýhody

  • nezbytná minimální rychlost proudění
  • nezbytná minimální měrná elektrická vodivost kapaliny

Ultrazvukové[editovat | editovat zdroj]

Ultrazvukový průtokoměr s generátorem G a senzorem S

Ultrazvukových průtokoměrů, tedy takových, generujících signál o frekvenci nad 20 kHz, se s výhodou používá při měření agresivních (kyseliny,...) a výbušných kapalin, neboť se měří bezdotykově.

Měří se čas nutný k tomu, aby se signál z generátoru (na obrázku jako G) dostal k přijímači (na obrázku jako S - senzor) nebo lze využít i Dopplerova efektu (pouze však u kapalin s obsahem pevných částic nebo bublinek - tedy nikoliv destilované vody apod.).

Měření může být ovlivněné teplotou, tlakem atd. což však lze utlumit diferenciálním zapojením. Tedy že na obou stranách je umístěn jak generátor, tak i senzor.

Výhody

  • žádné pohyblivé části
  • měřídlo nezavádí do trubice žádné překážky
  • kapalina může být agresivní, výbušná

Nevýhody

  • možné chyby měření v závislosti na teplotě, hustotě, viskozitě, koncentrace částic
  • měření na základě Dopplerova jevu podmíněno nehomogenitou částic

Vírové[editovat | editovat zdroj]

Vírový průtokoměr. Popis: Část 1 značí trojúhelníkovou překážku, 2 vytvářené víry a 3 jejich snímač.

Vírové průtokoměry využívají turbulentních vibrací. Ty vznikají při obtékání a narážení proudu kapaliny na překážku umístěnou uvnitř trubice. Dochází tak ke vzniku vírů o různém počtu a frekvencí - tyto parametry závisí na rychlosti proudění, rozměru a tvaru překážky a Strouhalově konstantě.

Snímač vyhodnocuje generované vibrace a to piezoelektrickým senzorem, ultrazvukovým, tlakovým, ...

Coriolisův[editovat | editovat zdroj]

Využívá principu změny momentu hybnosti síly v čase od Coriolisovy síly. Více viz kapitola Coriolisův průtokoměr

Literatura[editovat | editovat zdroj]

  • Doc. Ing. F. Hruška, Ph.D., Technické prostředky informatiky a automatizace. Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně 2007
  • L. Bejček, S. Ďaďo, A. Platil: Měření průtoku a výšky hladiny; nakladatelství BEN - technická literatura 2006; ISBN 80-7300-156-X

Související články[editovat | editovat zdroj]

Externí odkazy[editovat | editovat zdroj]