Przepływomierze są niezbędnymi przyrządami w różnych gałęziach przemysłu, wykorzystywanymi do pomiaru natężenie przepływu cieczy, gazów lub zawiesin. Przepływomierz dostarcza krytycznych danych, które wpływają na wydajność, bezpieczeństwo i opłacalność procesów w sektorach takich jak ropa i gaz, uzdatnianie wody, produkcja chemiczna, żywność i napoje i inne. Wraz z rozwojem przemysłu, wzrosło zapotrzebowanie na precyzyjne i niezawodne pomiary przepływu, co doprowadziło do opracowania szerokiej gamy technologii przepływomierzy.
Obecnie dostępnych jest ponad 50 typów przepływomierzy, a my wybraliśmy 9 najczęściej używanych, wraz z ich zasadami działania, zaletami i wadami. Zrozumienie tych aspektów ma kluczowe znaczenie dla wyboru najbardziej odpowiedniego przepływomierza do danego zastosowania, zapewniając dokładny pomiar i optymalną wydajność.
Spis treści
Przepływomierze magnetyczne
Zasada działania
Przepływomierze magnetyczne, znane również jako mierniki magnetyczne, działają w oparciu o prawo indukcji elektromagnetycznej Faradaya. Zgodnie z tą zasadą, gdy płyn przewodzący przepływa przez pole magnetyczne, generuje napięcie proporcjonalne do prędkości przepływu. Przepływomierz magnetyczny składa się z niemagnetycznej rurki przepływowej wyłożonej nieprzewodzącym materiałem, z elektrodami zamontowanymi na ściankach rurki.
Gdy płyn przepływa przez pole magnetyczne wytworzone przez cewki na zewnątrz rury, między elektrodami indukowane jest napięcie. Napięcie to jest wprost proporcjonalne do prędkości przepływu, umożliwiając obliczenie natężenia przepływu.
Zalety
- Odpowiedni dla varóżnorodność płynów: Miernik elektromagnetyczny jest najlepszym wyborem dla cieczy przewodzących, w tym płynów dwufazowych ciecz-ciało stałe zawierających cząstki stałe, takich jak miazga, błoto, ścieki itp. Płyny korozyjne mogą być stosowane z odpowiednią wykładziną.
- Brak ruchomych części: Brak ruchomych części zmniejsza zapotrzebowanie na konserwację i zwiększa niezawodność.
- Szeroki zakres kalibrów natężenia przepływu.
- Brak spadku ciśnienia: Nie powodują spadku ciśnienia, ponieważ na drodze przepływu nie ma żadnych przeszkód.
Wady
- Tylko płyny przewodzące: Przepływomierze magnetyczne działają tylko z cieczami przewodzącymi, takimi jak woda i zawiesiny. Ciecze o bardzo niskiej przewodności, takie jak ropa naftowa i olej, nie mogą być mierzone. Gaz i para wodna nie mogą być mierzone.
- Płyny zawierające duże pęcherzyki nie można zmierzyć.
Zastosowania
Przepływomierze magnetyczne są szeroko stosowane w oczyszczaniu wody i ścieków, przetwórstwie chemicznym, produkcji żywności i napojów oraz przemyśle celulozowo-papierniczym. Szczególnie dobrze nadają się do pomiaru przepływu brudnych lub ściernych płynów.
Przepływomierze ultradźwiękowe
Zasada działania
Przepływomierze ultradźwiękowe mierzą natężenie przepływu cieczy za pomocą wiązek ultradźwiękowych. Istnieją dwa główne typy przepływomierzy: czasowy i dopplerowski. Przepływomierze ultradźwiękowe czasu przejścia działają poprzez wysyłanie impulsów ultradźwiękowych w kierunku przepływu i przeciwnie do niego. Różnica czasu między tymi impulsami jest wykorzystywana do obliczenia natężenia przepływu. Z drugiej strony przepływomierze ultradźwiękowe Dopplera mierzą przesunięcie częstotliwości sygnału ultradźwiękowego, gdy odbija się on od cząstek lub pęcherzyków w płynie.
Mierniki ultradźwiękowe mogą być montowane zaciskowo lub liniowo. Mierniki zaciskowe są nieinwazyjne i są instalowane na zewnątrz rury, podczas gdy mierniki liniowe są wprowadzane do rury.
Zalety
- Nieinwazyjny: Zaciskowe przepływomierze ultradźwiękowe nie wymagają przecinania rur ani przerywania przepływu, dzięki czemu instalacja jest łatwiejsza i tańsza.
- Wszechstronność: Mogą mierzyć przepływ zarówno cieczy, jak i gazów, w tym cieczy zawierających pewną ilość zawieszonych cząstek i pęcherzyków.
- Nciecze nieprzewodzące: Przepływomierze ultradźwiękowe mogą również mierzyć ciecze nieprzewodzące (czystą wodę, kondensat, węglowodory...), co nie jest możliwe w przypadku przepływomierzy elektromagnetycznych.
- Brak spadku ciśnienia: Ponieważ nie ma ruchomych części ani przeszkód, mierniki ultradźwiękowe nie powodują spadku ciśnienia.
Wady
- Ograniczenia: Nie mogą mierzyć cieczy zawierających cząstki stałe i rur, które są tylko częściowo wypełnione.
- Zależność od profilu przepływu: Wymagają dobrze rozwiniętego profilu przepływu, co może wymagać prostych odcinków rur przed i za licznikiem.
Zastosowania
Przepływomierze ultradźwiękowe są dobrym wyborem do zastosowań wysokociśnieniowych i wysokoprzepływowych, takich jak wysokociśnieniowe rurociągi gazu ziemnego. Są szeroko stosowane w oczyszczaniu wody i ścieków, przemyśle naftowym i gazowym oraz przetwórstwie chemicznym, a także w zastosowaniach, w których ciecz nie przewodzi prądu lub gdzie przepływomierz musi być przenośny lub nieinwazyjny.
Przepływomierze wirowe
Zasada działania
Przepływomierze wirowe mierzą natężenie przepływu, wykrywając wiry wyrzucane przez blef umieszczony na ścieżce przepływu. Zgodnie ze zjawiskiem ulicy wirowej Kármána, gdy płyn przepływa obok urwiska, tworzy naprzemienne wiry za nim. Częstotliwość tych wirów jest proporcjonalna do prędkości przepływu.
Mierniki wirów zazwyczaj wykorzystują czujniki do wykrywania tych wirów, przekształcając częstotliwość w sygnał elektryczny, który jest wykorzystywany do obliczania natężenia przepływu. Mierniki te są szczególnie skuteczne w pomiarach przepływu gazów i pary.
Zalety
- Brak ruchomych części: Brak ruchomych części ogranicza konieczność konserwacji i zwiększa niezawodność.
- Wszechstronność: Mierniki Vortex mogą mierzyć ciecze, gazy i parę, co czyni je bardzo wszechstronnymi.
- Szeroki zakres temperatur i ciśnień: Ogólnie rzecz biorąc, przepływomierze wirowe mogą dostosować się do zakresu temperatur od -200°C do +400°C i zakresu ciśnień od próżni do wysokiego ciśnienia
Wady
- Wrażliwość na wibracje: Wibracje zewnętrzne mogą wpływać na dokładność mierników wirowych.
- Wymagany minimalny przepływ: Wymagają minimalnej prędkości przepływu do generowania wirów, co może być ograniczeniem w zastosowaniach o niskim przepływie.
- Nieodpowiednie dla medium o niskiej liczbie Reynoldsa.
Zastosowania
Przepływomierz wirowy jest idealny do dokładnego pomiaru szerokiej gamy mediów płynnych, w tym wody, ropy naftowej, roztworów chemicznych i innych. Dodatkowo, jest on bardzo skuteczny do pomiaru różnych mediów gazowych, takich jak powietrze, gaz ziemny i azot. Co więcej, przepływomierze wirowe doskonale nadają się również do pomiaru przepływu pary, co czyni je wszechstronnymi przyrządami do różnych zastosowań przemysłowych.
Przepływomierze turbinowe
Zasada działania
Przepływomierze turbinowe mierzą natężenie przepływu za pomocą wirnika, który obraca się, gdy przepływa przez niego ciecz. Wirnik jest zamontowany na wale w korpusie przepływomierza, a gdy ciecz uderza w łopatki wirnika, powoduje jego obrót. Prędkość obrotowa wirnika jest proporcjonalna do prędkości przepływu. Czujniki wykrywają obrót i przekształcają go w sygnał elektryczny, który jest następnie wykorzystywany do obliczenia natężenia przepływu.
Zalety
- Wysoka dokładność: Mierniki turbinowe oferują dobrą dokładność i powtarzalność, szczególnie w przypadku czystych cieczy o niskiej lepkości.
- Szeroki zakres rozmiarów: Są one dostępne w szerokiej gamie rozmiarów, dzięki czemu nadają się do różnych zastosowań.
- Opłacalność: Przepływomierze turbinowe są generalnie tańsze niż niektóre inne przepływomierze o wysokiej dokładności.
Wady
- Wrażliwość na profil przepływu: Liczniki turbinowe wymagają dobrze rozwiniętego profilu przepływu, co wymusza proste odcinki rur przed i za licznikiem.
- Zużycie mechaniczne: Ruchome części podlegają zużyciu, co może wpływać na długoterminową dokładność i niezawodność.
- Ograniczenie do czystych płynów: Najlepiej nadają się do czystych, niekorozyjnych płynów, ponieważ cząstki stałe lub substancje korozyjne mogą uszkodzić wirnik.
Zastosowania
Przepływomierze turbinowe są powszechnie stosowane w przemyśle naftowym i gazowym, uzdatnianiu wody oraz w pomiarach paliwa, chemikaliów i farmaceutyków. Są one szczególnie przydatne w zastosowaniach, w których wymagane jest połączenie dokładności, opłacalności i niezawodności.
Przepływomierze Coriolisa
Zasada działania
Przepływomierze Coriolisa wykorzystują efekt Coriolisa, w którym poruszająca się ciecz powoduje wibracje w rurce miernika. Drgania te są mierzone i wykorzystywane do określenia masowego natężenia przepływu cieczy. Miernik składa się zazwyczaj z jednej lub dwóch rurek, które wibrują z naturalną częstotliwością. Gdy płyn przepływa przez rurkę, wzór drgań zmienia się z powodu sił Coriolisa działających na płyn.
Ta zmiana drgań jest wprost proporcjonalna do masowego natężenia przepływu. Oprócz przepływu masowego, przepływomierze Coriolisa mogą również mierzyć gęstość i temperaturę płynu, zapewniając kompleksowy profil przepływu.
Zalety
- Wysoka dokładność: Mierniki Coriolisa oferują wyjątkową dokładność i są uważane za jedne z najbardziej precyzyjnych dostępnych urządzeń do pomiaru przepływu.
- Wszechstronność: Mogą mierzyć przepływ masowy, gęstość i temperaturę, dzięki czemu są bardzo wszechstronne.
- Szeroki zakres mierzalnych płynów: Przepływomierze masowe Coriolisa mogą mierzyć różne ciecze, w tym ciecze o wysokiej lepkości, zawiesiny zawierające ciała stałe, ciecze zawierające ilości gazu oraz gazy o średnim i wysokim ciśnieniu o wystarczającej gęstości.
- Nie wymagania dla prostych odcinków rur: Przepływomierz masowy Coriolisa nie jest wrażliwy na rozkład prędkości przepływu przed urządzeniem.
- Jest to niewrażliwość na lepkość płynu i zmiany jego gęstości.
- Mwieloparametrowy można zmierzyć: Może na przykład mierzyć gęstość i temperaturę, a na ich podstawie obliczać stężenie substancji rozpuszczonych w roztworze.
Wady
- Wysoki koszt: Przepływomierze Coriolisa są drogie w porównaniu do innych przepływomierzy, co może być czynnikiem ograniczającym dla niektórych zastosowań.
- Kompleksowa instalacja: Wymagają starannej instalacji, aby uniknąć wibracji i innych czynników zewnętrznych, które mogą wpływać na dokładność.
- Ograniczony średnice rur: Przepływomierz Coriolisa nie może być stosowany do rur o większych średnicach, obecnie ograniczonych do mniej niż 200 mm.
- Zdryf punktu erozyjnego: Niestabilność punktu zerowego w przepływomierzach masowych Coriolisa prowadzi do dryftu punktu zerowego, wpływając na dokładność urządzenia. W związku z tym wiele modeli przyrządów musi rozdzielać całkowity błąd na dwie kategorie: błąd podstawowy i pomiar niestabilności punktu zerowego.
Zastosowania
Przepływomierze Coriolisa są stosowane w branżach, w których precyzyjny pomiar ma kluczowe znaczenie, takich jak przetwórstwo chemiczne, ropa naftowa i gaz oraz produkcja żywności i napojów. Są one szczególnie przydatne do pomiaru przepływu cieczy o wysokiej lepkości, zawiesin i cieczy korozyjnych.
Termiczne przepływomierze masowe
Zasada działania
Termiczne przepływomierze masowe mierzą natężenie przepływu w oparciu o zasadę wymiany ciepła. Miernik składa się zazwyczaj z podgrzewanego elementu i czujników temperatury umieszczonych w strumieniu przepływu. Gdy płyn przepływa obok podgrzewanego elementu, pochłania ciepło, powodując zmianę temperatury. Ta różnica temperatur jest mierzona przez czujniki i jest proporcjonalna do masowego natężenia przepływu płynu.
Istnieją dwa główne typy termicznych przepływomierzy masowych: kapilarne i zanurzeniowe. Kapilarne przepływomierze masowe są używane do zastosowań o niskim przepływie, podczas gdy typy zanurzeniowe są używane do większych natężeń przepływu.
Zalety
- Bezpośredni pomiar przepływu masowego: Termiczne mierniki masy mierzą przepływ masy bezpośrednio, eliminując potrzebę kompensacji ciśnienia i temperatury.
- Brak ruchomych części: Brak ruchomych części zmniejsza zapotrzebowanie na konserwację i zwiększa niezawodność.
- Szeroki zakres zastosowań: Mogą mierzyć przepływ gazów i cieczy o niskiej lepkości, dzięki czemu są wszechstronne.
Wady
- Wrażliwy na skład płynu: Zmiany w składzie płynu, takie jak wilgotność lub mieszanka gazów, mogą wpływać na dokładność.
- Ograniczenie do czystych płynów: Najlepiej nadają się do czystych gazów i cieczy, ponieważ cząstki stałe mogą zakłócać przenoszenie ciepła.
- Uwagi dotyczące instalacji: Prawidłowa instalacja ma kluczowe znaczenie, ponieważ niewspółosiowość lub niewłaściwe umieszczenie może prowadzić do niedokładnych odczytów.
- Gaz powinien być suche i wolne od zanieczyszczeń: Wysoka wilgotność może zmienić wymianę ciepła na powierzchni czujnika, prowadząc do niedokładnych wyników wyjściowych. Dodatkowo, cząstki stałe mogą negatywnie wpływać na wydajność czujnika.
- Nie zalecany do gazów o wysokiej lepkości: Gazy o wysokiej lepkości mogą negatywnie wpływać na działanie przepływomierza masowego gazu termicznego, ponieważ zmieniają się właściwości gazu w zakresie wymiany ciepła.
Zastosowania
Termiczne przepływomierze masowe są szeroko stosowane w aplikacjach, w których wymagany jest bezpośredni pomiar przepływu masowego, takich jak przemysł półprzewodnikowy, farmaceutyczny i HVAC. Są one szczególnie przydatne do pomiaru przepływu powietrza, gazu ziemnego i innych gazów.
Przepływomierze o zmiennej powierzchni (rotametry)
Zasada działania
Przepływomierze o zmiennej powierzchni, powszechnie znane jako rotametry, działają na zasadzie pływaka unoszącego się i opadającego w zwężającej się rurce wraz ze zmianą natężenia przepływu. Pływak jest unoszony przez przepływ płynu, a wysokość, na której stabilizuje się pływak, odpowiada określonemu natężeniu przepływu.
Zwężająca się rurka jest szersza u góry niż u dołu, więc gdy pływak unosi się, obszar wokół niego zwiększa się, umożliwiając przepływ większej ilości płynu. Natężenie przepływu jest odczytywane bezpośrednio ze skali na rurce, dzięki czemu rotametry są proste i łatwe w użyciu.
Zalety
- Prostota: Rotametry są proste w instalacji, obsłudze i konserwacji.
- Nie jest wymagane zasilanie zewnętrzne: Działają wyłącznie w oparciu o mechaniczny ruch pływaka, nie wymagając zewnętrznego źródła zasilania.
- Wskazanie wizualne: Natężenie przepływu można łatwo odczytać bezpośrednio z miernika, zapewniając wyraźne wskazanie wizualne.
Wady
- Ograniczona dokładność: Rotametry są mniej dokładne niż niektóre inne typy przepływomierzy, szczególnie przy niskich wartościach przepływu.
- Zależność od właściwości płynu: Na dokładność mogą wpływać zmiany gęstości, lepkości i temperatury płynu.
- Spadek ciśnienia: Pływak powoduje spadek ciśnienia w układzie, który może być znaczący w niektórych zastosowaniach.
Zastosowania
Rotametry są szeroko stosowane w laboratoriach, instalacjach pilotażowych oraz w aplikacjach, w których wystarczy proste, wizualne wskazanie natężenia przepływu. Są one również stosowane w uzdatnianiu wody, dozowaniu chemikaliów i pomiarach przepływu gazu.
Przepływomierze różnicy ciśnień
Zasada działania
Przepływomierze różnicy ciśnień (DP) działają w oparciu o zasadę Bernoulliego, która mówi, że spadek ciśnienia na przeszkodzie w przepływającej cieczy jest proporcjonalny do natężenia przepływu. Mierniki te zazwyczaj składają się z elementu pierwotnego (takiego jak kryza, zwężka Venturiego lub dysza przepływowa) i elementu wtórnego (przetwornik różnicy ciśnień).
Przepływ płynu przez element pierwotny powoduje spadek ciśnienia. Element wtórny mierzy tę różnicę ciśnień, która jest następnie wykorzystywana do obliczenia natężenia przepływu. Zależność między spadkiem ciśnienia a natężeniem przepływu jest często nieliniowa, co wymaga zastosowania ekstrakcji pierwiastka kwadratowego w celu dokładnego pomiaru przepływu.
Najczęściej stosowanymi przepływomierzami różnicowymi są mierniki z kryzą oraz Mierniki Venturiego.
Zalety
- Wszechstronność: Przepływomierze DP mogą być stosowane do szerokiej gamy płynów, w tym gazów, cieczy i pary, a także szerokiego zakresu ciśnienia i temperatury oraz średnic rur.
- Prostota: Konstrukcja jest stosunkowo prosta i dobrze zrozumiała, dzięki czemu jest łatwa w utrzymaniu i rozwiązywaniu problemów.
- Opłacalność: Przepływomierze różnicowe są generalnie tańsze niż niektóre inne typy, szczególnie w przypadku dużych rozmiarów rur.
Wady
- Strata ciśnienia: Podstawowe elementy powodują stałą utratę ciśnienia w systemie, która może być znaczna.
- Dokładność: Na dokładność może wpływać zużycie podstawowych elementów i wymaga ona starannej kalibracji.
- Kompleksowa instalacja: Prawidłowa instalacja ma kluczowe znaczenie dla dokładnego pomiaru, a proces ten może być złożony.
Zastosowania
Przepływomierze DP są szeroko stosowane w przemyśle naftowym i gazowym, przetwórstwie chemicznym i uzdatnianiu wody. Nadają się do pomiaru przepływu pary, gazu ziemnego, wody i innych płynów, gdzie wymagany jest solidny i wszechstronny pomiar.
Przepływomierze wyporowe
Zasada działania
Przepływomierze wyporowe (PD) mierzą przepływ poprzez przechwycenie określonej objętości płynu w komorze, a następnie przepuszczenie go przez nią. Proces ten obejmuje elementy mechaniczne, które poruszają się lub obracają wraz z cieczą, takie jak koła zębate, tarcze lub łopatki. Każdy ruch lub obrót odpowiada stałej objętości płynu, umożliwiając miernikowi bezpośredni pomiar całkowitego przepływu.
Popularne typy przepływomierzy PD obejmują przepływomierze z tarczą nakrętną, obrotową łopatką i owalnym kołem zębatym. Ruch części mechanicznych jest często wykorzystywany do napędzania mechanizmu zliczającego, zapewniając bezpośredni odczyt natężenia przepływu.
Zalety
- Wysoka dokładność: Mierniki PD są znane z wysokiej dokładności, szczególnie przy niskich natężeniach przepływu.
- Brak konieczności kondycjonowania przepływu: Mierniki te są mniej podatne na zmiany profilu przepływu i nie wymagają prostych odcinków rur przed i za miernikiem.
- Pomiar bezpośredni: Mierzą rzeczywistą objętość przepływającą przez czujnik, co zmniejsza potrzebę wykonywania skomplikowanych obliczeń.
Wady
- Zużycie mechaniczne: Ruchome części ulegają zużyciu, co może prowadzić do problemów z konserwacją i zmniejszonej dokładności w miarę upływu czasu.
- Ograniczenie do czystych płynów: Mierniki PD są zwykle używane do czystych cieczy, ponieważ cząstki stałe mogą spowodować uszkodzenie elementów mechanicznych.
- Spadek ciśnienia: Mechaniczny charakter tych mierników może powodować spadek ciśnienia w systemie.
Zastosowania
Przepływomierze PD są powszechnie stosowane w aplikacjach, w których wymagana jest wysoka dokładność, takich jak pomiar paliwa, pomiar oleju i gazu oraz dozowanie chemikaliów. Są one również szeroko stosowane w domowych licznikach wody i gazu.
Jak wybrać Typy przepływomierzy
Porównując różne typy przepływomierzy, należy wziąć pod uwagę kilka czynników, w tym dokładność, koszt, wymagania konserwacyjne i przydatność do określonych zastosowań.
- Dokładność: Przepływomierze Coriolisa i magnetyczne generalnie oferują najwyższą dokładność, dzięki czemu nadają się do zastosowań krytycznych. Mierniki różnicy ciśnień i turbinowe również zapewniają dobrą dokładność, ale mogą wymagać większej konserwacji.
- Koszt: Mierniki wyporowe i turbinowe są często bardziej opłacalne, zwłaszcza w przypadku rur o większych rozmiarach. Mierniki ultradźwiękowe i Coriolisa są zwykle droższe ze względu na ich zaawansowaną technologię.
- Konserwacja: Przepływomierze bez ruchomych części, takie jak ultradźwiękowe, Coriolisa i magnetyczne, zazwyczaj wymagają mniej konserwacji. Z kolei przepływomierze mechaniczne, takie jak przepływomierze wyporowe i turbinowe, mogą wymagać częstszego serwisowania.
- Przydatność: Wybór przepływomierza zależy w dużej mierze od mierzonej cieczy. Na przykład, przepływomierze magnetyczne są idealne dla płynów przewodzących, podczas gdy przepływomierze termiczne są najlepsze dla gazów. Mierniki Vortex są odpowiednie dla pary i gazu, a mierniki różnicy ciśnień są uniwersalne dla różnych rodzajów płynów.
Wybór odpowiedniego przepływomierza do konkretnego zastosowania ma kluczowe znaczenie dla zapewnienia dokładnego i niezawodnego pomiaru przepływu. Każdy typ przepływomierza ma swoje mocne i słabe strony, dzięki czemu nadaje się do określonych płynów, warunków przepływu i procesów przemysłowych. Zrozumienie zasad działania, zalet i wad każdego typu przepływomierza pomaga w podjęciu świadomej decyzji, która spełnia wymagania danego zastosowania.
Biorąc pod uwagę takie czynniki, jak właściwości cieczy, wymagania dotyczące dokładności, warunki instalacji i budżet, można wybrać przepływomierz, który oferuje najlepszą równowagę między wydajnością i opłacalnością dla konkretnych potrzeb.
Zostaw komentarz