9 nejlepších typů průtokoměrů: Metlan Instruments: jejich principy fungování, výhody a nevýhody

Průtokoměry jsou základními přístroji v různých průmyslových odvětvích, které se používají k měření průtoku. průtok kapalin, plynů nebo kalů. Průtokoměr poskytuje kritické údaje, které ovlivňují účinnost, bezpečnost a nákladovou efektivitu procesů v odvětvích, jako je ropný a plynárenský průmysl, úprava vody, chemická výroba, potravinářství a další. S rozvojem průmyslových odvětví vzrostla poptávka po přesném a spolehlivém měření průtoku, což vedlo k vývoji široké škály technologií průtokoměrů.

V současné době je k dispozici více než 50 typů průtokoměrů a my jsme vybrali 9 nejčastěji používaných průtokoměrů s jejich principy, výhodami a nevýhodami. Pochopení těchto aspektů je zásadní pro výběr nejvhodnějšího průtokoměru pro danou aplikaci, který zajistí přesné měření a optimální výkon.

Obsah

Magnetické průtokoměry

Princip fungování
Magnetické průtokoměry, známé také jako magnometry, fungují na základě Faradayova zákona elektromagnetické indukce. Podle tohoto principu proudí-li vodivá kapalina magnetickým polem, vytváří napětí úměrné rychlosti proudění. Magnetický průtokoměr se skládá z nemagnetické průtočné trubice vyložené nevodivým materiálem, na jejíž stěny jsou připevněny elektrody.

Princip činnosti magnetického průtokoměru

Když kapalina protéká magnetickým polem vytvořeným cívkami vně trubice, indukuje se mezi elektrodami napětí. Toto napětí je přímo úměrné rychlosti proudění, což umožňuje vypočítat průtok.

Výhody

Vhodné pro variety tekutin: Elektromagnetický měřič je nejlepší volbou pro vodivé kapaliny, včetně dvoufázových kapalin typu kapalina - pevná látka, které obsahují pevné částice, jako je celulóza, bahno, odpadní vody atd. Žíravé kapaliny lze použít se správným obložením.
Žádné pohyblivé části: Absence pohyblivých částí snižuje potřebu údržby a zvyšuje spolehlivost.
Široká škála průtokových kalibrů.
Žádný pokles tlaku: Nezpůsobují pokles tlaku, protože v průtočné cestě nejsou žádné překážky.

Nevýhody

Pouze vodivé kapaliny: Magnetické průtokoměry pracují pouze s vodivými kapalinami, jako je voda a kaly. Kapaliny s velmi nízkou vodivostí, jako je ropa a olej, měřit nelze. Plyn a páru měřit nelze.
Kapaliny obsahující velké bubliny nelze měřit.

Aplikace
Magnetické průtokoměry se široce používají při čištění vody a odpadních vod, v chemickém průmyslu, při výrobě potravin a nápojů a v průmyslu celulózy a papíru. Jsou obzvláště vhodné pro měření průtoku znečištěných nebo abrazivních kapalin.

Ultrazvukové průtokoměry

Princip fungování
Ultrazvukové průtokoměry měří průtok kapaliny pomocí ultrazvukových paprsků. Existují dva hlavní typy: průtokoměr s tranzitním časem a Dopplerův průtokoměr. Tranzitní ultrazvukové průtokoměry pracují tak, že vysílají ultrazvukové impulsy ve směru proudění a proti němu. Časový rozdíl mezi těmito impulsy se používá k výpočtu průtoku. Dopplerovské ultrazvukové průtokoměry naproti tomu měří frekvenční posun ultrazvukového signálu, který se odráží od částic nebo bublin v kapalině.

Principy fungování ultrazvukového průtokoměru

Ultrazvukové měřiče mohou být buď upínací, nebo řadové. Příložné měřiče jsou neinvazivní a instalují se vně potrubí, zatímco in-line měřiče se vkládají do potrubí.

Výhody

Nerušivé: Ultrazvukové průtokoměry se svorkami nevyžadují řezání potrubí ani přerušení průtoku, což usnadňuje a zlevňuje instalaci.
Všestrannost: Mohou měřit průtok kapalin i plynů, včetně kapalin obsahujících určité množství suspendovaných částic a bublin.
Nvodivé kapaliny: Ultrazvukové průtokoměry mohou měřit i nevodivé kapaliny (čistou vodu, kondenzát, uhlovodíky...), což elektromagnetický průtokoměr neumožňuje.
Žádný pokles tlaku: Protože ultrazvukové měřiče nemají žádné pohyblivé části ani překážky, nezpůsobují pokles tlaku.

Nevýhody

Omezení: Nemohou měřit kapaliny obsahující pevné částice a potrubí, která jsou naplněna jen zčásti.
Závislost na profilu toku: Vyžadují dobře vyvinutý průtočný profil, což může vyžadovat přímé vedení potrubí před a za měřičem.

Aplikace
Ultrazvukové průtokoměry jsou vhodnou volbou pro vysokotlaké aplikace s vysokým průtokem, jako jsou vysokotlaké plynovody. Jsou široce používány při čištění vody a odpadních vod, při zpracování ropy a plynu a při zpracování chemikálií a také v aplikacích, kde je kapalina nevodivá nebo kde musí být průtokoměr přenosný nebo neinvazivní.

Vírové průtokoměry

Princip fungování
Vírové průtokoměry měří rychlost proudění pomocí detekce vírů, které vyzařuje těleso umístěné v dráze proudění. Podle jevu Kármánovy vírové ulice vytváří kapalina při proudění kolem tělesa blaf střídavé víry po proudu. Frekvence těchto vírů je úměrná rychlosti proudění.

Vírové měřiče obvykle používají senzory pro detekci těchto vírů a převádějí jejich frekvenci na elektrický signál, který se používá k výpočtu průtoku. Tyto měřiče jsou zvláště účinné při měření průtoku plynů a páry.

Výhody

Žádné pohyblivé části: Absence pohyblivých částí snižuje nároky na údržbu a zvyšuje spolehlivost.
Všestrannost: Vírové měřiče mohou měřit kapaliny, plyny a páru, takže jsou velmi univerzální.
Široký rozsah teplot a tlaků: Obecně se vírové průtokoměry mohou přizpůsobit teplotnímu rozsahu od -200 °C do +400 °C a tlakovému rozsahu od vakua po vysoký tlak.

Nevýhody

Citlivost na vibrace: Vnější vibrace mohou ovlivnit přesnost vírových měřidel.
Požadavek na minimální průtok: Vyžadují minimální rychlost proudění pro vytvoření vírů, což může být omezením v aplikacích s malým průtokem.
Nevhodné pro prostředí s nízkým Reynoldsovým číslem.

Aplikace
Vírový průtokoměr je ideální pro přesné měření široké škály kapalných médií, včetně vody, ropy, chemických roztoků a dalších. Kromě toho je velmi účinný při měření různých plynných médií, jako je vzduch, zemní plyn a dusík. Vírové průtokoměry jsou navíc vhodné i pro měření průtoku páry, což z nich činí univerzální přístroje pro různé průmyslové aplikace.

Turbínový průtokoměr

Princip fungování
Turbínový průtokoměr měří průtok pomocí rotoru, který se otáčí při průtoku kapaliny. Rotor je namontován na hřídeli v tělese průtokoměru, a jak kapalina naráží na lopatky rotoru, způsobuje jeho otáčení. Rychlost otáčení rotoru je úměrná rychlosti proudění. Senzory detekují otáčení a převádějí je na elektrický signál, který se pak používá k výpočtu průtoku.

Výhody

Vysoká přesnost: Turbínové měřiče nabízejí dobrou přesnost a opakovatelnost, zejména u čistých kapalin s nízkou viskozitou.
Široká škála velikostí: Jsou k dispozici v široké škále velikostí, takže jsou vhodné pro různé aplikace.
Nákladově efektivní: Turbínový průtokoměr je obecně levnější než některé jiné vysoce přesné průtokoměry.

Nevýhody

Citlivost na profil průtoku: Turbínové měřiče vyžadují dobře vyvinutý průtočný profil, což vyžaduje přímé vedení potrubí před a za měřičem.
Mechanické opotřebení: Pohyblivé části podléhají opotřebení, což může mít vliv na dlouhodobou přesnost a spolehlivost.
Omezeno na čisté kapaliny: Jsou nejvhodnější pro čisté, nekorozivní kapaliny, protože částice nebo korozivní látky mohou rotor poškodit.

Aplikace
Turbínové průtokoměry se běžně používají v ropném a plynárenském průmyslu, při úpravě vody a při měření paliv, chemikálií a léčiv. Jsou obzvláště užitečné v aplikacích, kde se vyžaduje kombinace přesnosti, hospodárnosti a spolehlivosti.

Coriolisovy průtokoměry

Princip fungování
Coriolisovy průtokoměry využívají Coriolisův jev, kdy pohybující se kapalina způsobuje vibrace v trubici průtokoměru. Tyto vibrace se měří a používají k určení hmotnostního průtoku kapaliny. Měřič se obvykle skládá z jedné nebo dvou trubic, které vibrují při své vlastní frekvenci. Když jimi prochází kapalina, mění se průběh vibrací v důsledku působení Coriolisových sil na kapalinu.

Tato změna vibrací je přímo úměrná hmotnostnímu průtoku. Kromě hmotnostního průtoku mohou Coriolisovy měřiče měřit také hustotu a teplotu kapaliny, čímž poskytují komplexní profil průtoku.

Výhody

Vysoká přesnost: Coriolisovy průtokoměry se vyznačují výjimečnou přesností a jsou považovány za jedno z nejpřesnějších dostupných zařízení pro měření průtoku.
Všestrannost: Mohou měřit hmotnostní průtok, hustotu a teplotu, takže jsou velmi univerzální.
Široká škála měřitelných tekutin: Coriolisovy hmotnostní průtokoměry mohou měřit různé kapaliny, včetně kapalin s vysokou viskozitou, kalů obsahujících pevné látky, kapalin obsahujících množství plynu a plynů pod středním a vysokým tlakem s dostatečnou hustotou.
Ne požadavky na přímé profily trubek: Coriolisův hmotnostní průtokoměr není citlivý na rozložení rychlosti proudění proti proudu.
Je to necitlivé na viskozitu kapaliny a změny hustoty kapaliny..
Multi-parametr lze měřit: Může například měřit hustotu a teplotu a na jejich základě vypočítat koncentraci rozpuštěných látek v roztoku.

Nevýhody

Vysoké náklady: Coriolisovy průtokoměry jsou v porovnání s jinými průtokoměry drahé, což může být pro některé aplikace limitující faktor.
Komplexní instalace: Vyžadují pečlivou instalaci, aby se zabránilo vibracím a dalším vnějším faktorům, které mohou ovlivnit přesnost.
Omezené průměry potrubí: Coriolisův průtokoměr nelze použít pro větší průměry potrubí, v současné době je omezen na méně než 200 mm.
Zerozní smyk: Nestabilita nulového bodu Coriolisových hmotnostních průtokoměrů vede k driftu nulového bodu, což ovlivňuje přesnost přístroje. V důsledku toho musí mnoho modelů přístrojů rozdělit celkovou chybu do dvou kategorií: základní chyba a měření nestability nulového bodu.

Aplikace
Coriolisovy průtokoměry se používají v průmyslových odvětvích, kde je přesné měření kriticky důležité, například při zpracování chemikálií, těžbě ropy a plynu nebo při výrobě potravin a nápojů. Jsou obzvláště užitečné pro měření průtoku kapalin s vysokou viskozitou, kalů a korozivních kapalin.

Tepelné hmotnostní průtokoměry

Princip fungování
Tepelné hmotnostní průtokoměry měří průtok na principu přenosu tepla. Měřič se obvykle skládá z vyhřívaného prvku a teplotních čidel umístěných v proudu. Jak kapalina proudí kolem vyhřívaného prvku, absorbuje teplo, což způsobuje změnu teploty. Tento teplotní rozdíl je měřen snímači a je úměrný hmotnostnímu průtoku kapaliny.

Existují dva hlavní typy tepelných hmotnostních průtokoměrů: kapilární a ponorné. Kapilární tepelné hmotnostní průtokoměry se používají pro aplikace s malým průtokem, zatímco ponorné typy se používají pro větší průtoky.

Princip činnosti tepelného hmotnostního průtokoměru

Výhody

Přímé měření hmotnostního průtoku: Tepelné hmotnostní měřiče měří hmotnostní průtok přímo, takže není třeba kompenzace tlaku a teploty.
Žádné pohyblivé části: Absence pohyblivých částí snižuje potřebu údržby a zvyšuje spolehlivost.
Široká škála aplikací: Mohou měřit průtok plynů a kapalin s nízkou viskozitou, což je činí univerzálními.

Nevýhody

Citlivost na složení kapaliny: Změny ve složení kapaliny, jako je vlhkost nebo směs plynů, mohou ovlivnit přesnost.
Omezeno na čisté kapaliny: Jsou nejvhodnější pro čisté plyny a kapaliny, protože pevné částice mohou narušovat přenos tepla.
Úvahy o instalaci: Správná instalace je velmi důležitá, protože nesprávné nastavení nebo nesprávné umístění může vést k nepřesným údajům.
Plyn by měl být suché a bez nečistot: Vysoká vlhkost může změnit tepelnou výměnu na povrchu senzoru, což vede k nepřesným výstupním výsledkům. Kromě toho mohou mít na výkon snímače negativní vliv pevné částice.
Nedoporučuje se pro plyny s vysokou viskozitou: Plyny s vysokou viskozitou mohou zhoršit výkonnost tepelného měřiče hmotnostního průtoku plynu, protože se mění vlastnosti plynu při přenosu tepla.

Aplikace
Tepelné hmotnostní průtokoměry se široce používají v aplikacích, kde je vyžadováno přímé měření hmotnostního průtoku, například v polovodičovém, farmaceutickém a vzduchotechnickém průmyslu. Jsou zvláště užitečné pro měření průtoku vzduchu, zemního plynu a dalších plynů.

Průtokoměry s proměnlivou plochou (rotametry)

Princip fungování
Průtokoměry s proměnlivou plochou, běžně známé jako rotametry, fungují na principu plováku, který stoupá a klesá v kuželové trubici podle toho, jak se mění průtok. Plovák je zvedán průtokem kapaliny a výška, ve které se plovák ustálí, odpovídá určitému průtoku.

Co je to průtokoměr s proměnnou plochou nebo rotační průtokoměr

Zúžená trubice je nahoře širší než dole, takže se stoupáním plováku se zvětšuje plocha kolem něj, což umožňuje průchod většího množství kapaliny. Průtok se odečítá přímo ze stupnice na trubici, takže používání rotametrů je jednoduché a snadné.

Výhody

Jednoduchost: Rotametry se snadno instalují, obsluhují a udržují.
Nevyžaduje externí napájení: Fungují výhradně na základě mechanického pohybu plováku a nevyžadují žádný externí zdroj energie.
Vizuální indikace: Průtok lze snadno odečíst přímo z měřidla, které poskytuje jasnou vizuální indikaci.

Nevýhody

Omezená přesnost: Rotační průtokoměry jsou méně přesné než některé jiné typy průtokoměrů, zejména při nízkých průtocích.
Závislost na vlastnostech kapaliny: Přesnost může být ovlivněna změnami hustoty, viskozity a teploty kapaliny.
Pokles tlaku: Plovák vytváří v systému tlakovou ztrátu, která může být v některých aplikacích značná.

Aplikace
Rotametry se hojně používají v laboratořích, pilotních provozech a v aplikacích, kde stačí jednoduchá vizuální indikace průtoku. Používají se také při úpravě vody, dávkování chemikálií a měření průtoku plynů.

Průtokoměry s diferenčním tlakem

Princip fungování
Průtokoměry s diferenčním tlakem (DP) pracují na základě Bernoulliho principu, který říká, že tlaková ztráta přes překážku v proudící tekutině je úměrná průtoku. Tyto měřiče se obvykle skládají z primárního prvku (jako je clonová deska, Venturiho trubice nebo průtoková tryska) a sekundárního prvku (převodník rozdílu tlaků).

jak funguje diferenční tlakový průtokoměr

Při průchodu kapaliny primárním prvkem dochází k poklesu tlaku. Sekundární prvek měří tento tlakový rozdíl, který se pak používá k výpočtu průtoku. Vztah mezi tlakovou ztrátou a průtokem je často nelineární, což pro přesné měření průtoku vyžaduje použití extrakce odmocniny.

Nejčastěji používané diferenční tlakové průtokoměry jsou. clonová měřidla a Venturiho měřiče.

Výhody

Všestrannost: Průtokoměry DP lze použít pro širokou škálu kapalin, včetně plynů, kapalin a páry, stejně jako pro široký rozsah tlaků a teplot a průměrů potrubí.
Jednoduchost: Konstrukce je poměrně jednoduchá a dobře srozumitelná, což usnadňuje údržbu a odstraňování problémů.
Nákladově efektivní: Diferenční tlakové průtokoměry jsou obecně levnější než některé jiné typy, zejména pro velké rozměry potrubí.

Nevýhody

Ztráta tlaku: Primární prvky vytvářejí v systému trvalou tlakovou ztrátu, která může být značná.
Přesnost: Přesnost může být ovlivněna opotřebením primárních prvků a vyžaduje pečlivou kalibraci.
Komplexní instalace: Pro přesné měření je zásadní správná instalace, která může být složitá.

Aplikace
Průtokoměry DP se široce používají v průmyslových odvětvích, jako je zpracování ropy a plynu, chemické zpracování a úprava vody. Jsou vhodné pro měření průtoku páry, zemního plynu, vody a dalších kapalin, kde je vyžadováno robustní a univerzální měření.

Objemové průtokoměry

Princip fungování
Průtokoměry s pozitivním výtlakem (PD) měří průtok tak, že zachytí určitý objem kapaliny v komoře a následně ji propustí. Tento proces zahrnuje mechanické součásti, které se pohybují nebo otáčejí s kapalinou, jako jsou ozubená kola, disky nebo lopatky. Každý pohyb nebo otáčení odpovídá pevně stanovenému objemu kapaliny, což umožňuje průtokoměru měřit celkový průtok přímo.

Mezi běžné typy průtokoměrů PD patří průtokoměry s maticovým diskem, rotačními lopatkami a oválnými převody. Pohyb mechanických částí se často používá k pohonu počítacího mechanismu, který poskytuje přímý údaj o průtoku.

Výhody

Vysoká přesnost: Měřiče PD jsou známé svou vysokou přesností, zejména při nízkých průtocích.
Není třeba upravovat průtok: Tyto měřiče jsou méně ovlivněny změnami průtočného profilu a nevyžadují přímé vedení potrubí před měřičem ani za ním.
Přímé měření: Měří skutečný průchozí objem, což snižuje potřebu složitých výpočtů.

Nevýhody

Mechanické opotřebení: Pohyblivé části podléhají opotřebení, což může vést k problémům s údržbou a časem ke snížení přesnosti.
Omezeno na čisté kapaliny: PD měřiče se obecně používají pro čisté kapaliny, protože částice mohou způsobit poškození mechanických součástí.
Pokles tlaku: Mechanická povaha těchto měřidel může způsobit pokles tlaku v systému.

Aplikace
Průtokoměry PD se běžně používají v aplikacích, kde je vyžadována vysoká přesnost, například při měření pohonných hmot, měření ropy a plynu a dávkování chemikálií. Jsou také široce používány v bytových vodoměrech a plynoměrech.

Jak si vybrat Typy průtokoměrů

Při porovnávání různých typů průtokoměrů hraje roli několik faktorů, včetně přesnosti, nákladů, požadavků na údržbu a vhodnosti pro konkrétní aplikace.

Přesnost: Coriolisovy a magnetické průtokoměry mají obecně nejvyšší přesnost, takže jsou vhodné pro kritické aplikace. Diferenční tlakoměry a turbínové průtokoměry rovněž poskytují dobrou přesnost, ale mohou vyžadovat větší údržbu.
Náklady: Objemové a turbínové měřiče jsou často cenově výhodnější, zejména pro větší rozměry potrubí. Ultrazvukové a Coriolisovy měřiče bývají dražší vzhledem k jejich pokročilé technologii.
Údržba: Průtokoměry bez pohyblivých částí, jako jsou ultrazvukové, Coriolisovy a magnetické průtokoměry, obvykle vyžadují méně údržby. Naopak mechanické průtokoměry, jako jsou objemové a turbínové, mohou vyžadovat častější údržbu.
Vhodnost: Výběr průtokoměru závisí především na měřené kapalině. Například magnetické průtokoměry jsou ideální pro vodivé kapaliny, zatímco tepelné hmotnostní průtokoměry jsou nejlepší pro plyny. Vírové průtokoměry jsou vhodné pro páru a plyn a diferenční tlakoměry jsou univerzální pro různé typy kapalin.

Výběr správného průtokoměru pro konkrétní aplikaci je rozhodující pro zajištění přesného a spolehlivého měření průtoku. Každý typ průtokoměru má své silné a slabé stránky, díky nimž je vhodný pro konkrétní kapaliny, podmínky proudění a průmyslové procesy. Pochopení principů fungování, výhod a nevýhod jednotlivých typů průtokoměrů pomáhá při informovaném rozhodování, které splňuje požadavky dané aplikace.

Zvážíte-li faktory, jako jsou vlastnosti kapaliny, požadavky na přesnost, podmínky instalace a rozpočet, můžete si vybrat průtokoměr, který nabízí nejlepší rovnováhu mezi výkonem a cenovou efektivitou pro vaše konkrétní potřeby.