Průtokoměr
Průtokoměr je zařízení, které měří objemový nebo hmotnostní průtok 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]![](http://178.128.105.246/cars-http-upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/6/64/Prurezovy-prutokomer.svg/300px-Prurezovy-prutokomer.svg.png)
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]![](http://178.128.105.246/cars-http-upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/5/5c/Plovackovy-prutokomer.svg/200px-Plovackovy-prutokomer.svg.png)
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]![](http://178.128.105.246/cars-http-upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/d/df/Termoelektricky-anemometr.svg/200px-Termoelektricky-anemometr.svg.png)
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]![](http://178.128.105.246/cars-http-upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/e/e4/Indukcni-prutokomer.svg/200px-Indukcni-prutokomer.svg.png)
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]![](http://178.128.105.246/cars-http-upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/8/80/Ultrazvukovy-prutokomer.svg/300px-Ultrazvukovy-prutokomer.svg.png)
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]![](http://178.128.105.246/cars-http-upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/2/20/Virovy-prutokomer.svg/300px-Virovy-prutokomer.svg.png)
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]- F. Hruška: 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]Obrázky, zvuky či videa k tématu Průtokoměr na Wikimedia Commons
- Měření průtoku tekutin – principy průtokoměrů, Elektrorevue.cz Archivováno 3. 11. 2008 na Wayback Machine.
- Snímače, převodníky, čidla, Osobní stránky Archivováno 13. 6. 2008 na Wayback Machine.
- Teplotní průtokoměry, termoanemometry – Automatizace.hw.cz