MVP_12-13_07_Protok

1N.Bolf, N.Bolf, Mjerenja i vođenje procesaMjerenja i vođenje procesa, Fakultet kemijskog in, Fakultet kemijskog inžženjerstva i tehnologijeenjerstva i tehnologije

MJERENJE PROTOKAMJERENJE PROTOKAProf.Prof.drdr.. Nenad Nenad BolfBolf

NAČELA MJERENJA PROTOKA

TLAČNA MEHANIČKA TOPLINSKA OSTALA

Zasloni

Venturi

Mlaznice

Prandtl

Ostala

Turbinska

Potisna

Ostala

Vruća žica

Otpornička

Ostala

Vrtložna

Elektromagnetska

Ultrazvučna

Coriolisova

MJERENJE PROTOKAMJERENJE PROTOKA

Mjerila protoka se razlikujuMjerila protoka se razlikuju::

veveććina osjetila mjere protok (ina osjetila mjere protok (flowflow raterate))

oo maseni protok maseni protok ((massmass flowflow raterate))oo volumni protok volumni protok ((volumevolume flowflow raterate))

neka osjetila mjere brzinu protjecanjaneka osjetila mjere brzinu protjecanja

neka osjetila mjere razliku tlakovaneka osjetila mjere razliku tlakova

Ukupni protokUkupni protok ((ttootal tal flowflow) ) momožže se dobiti integriranjem e se dobiti integriranjem protoka po vremenu.protoka po vremenu.

Protok Protok -- kolikoliččinaina tekutekuććineine ššto protjeto protječčee u u jedinicijedinici vremenavremena

Volumni i maseni protokVolumni i maseni protokKako bi lakKako bi lakšše razlikovali volumni i maseni protok e razlikovali volumni i maseni protok zamislimo balon ispunjen plinom:zamislimo balon ispunjen plinom:

Iako se volumen balona moIako se volumen balona možže promijeniti stiskanjem balona (e promijeniti stiskanjem balona (promjena promjena tlaka plinatlaka plina) ili uranjanjem balona u toplu ili hladnu atmosferu () ili uranjanjem balona u toplu ili hladnu atmosferu (promjena promjena temperature plinatemperature plina), masa plina sadr), masa plina sadržžana u balonu ostaje ana u balonu ostaje nepromijenjena. nepromijenjena.

Isto vrijedi kad uspoređujemoIsto vrijedi kad uspoređujemo masenimaseni i i volumnivolumni protokprotok::

MasenaMasena mjerila protoka mjere stvarnu masu plina koji prolazi!mjerila protoka mjere stvarnu masu plina koji prolazi!

Ako se radi o skupom plinu, bitno je mjeriti masu plina koja Ako se radi o skupom plinu, bitno je mjeriti masu plina koja protjeprotječče u jedinici vremenae u jedinici vremena..


ROTAMETARROTAMETAR((RotameterRotameter, , VariableVariable AreaArea MeterMeter))

izveden u obliku konusne cijevi u kojoj se izveden u obliku konusne cijevi u kojoj se nalazi nalazi lebdilolebdilo ((floatfloat) koje se slobodno ) koje se slobodno giba u struji tekugiba u struji tekuććineine

tekutekuććina koja prolazi od dna prema vrhu ina koja prolazi od dna prema vrhu kroz cijev pomikroz cijev pomičče e lebdilolebdilo dudužž cijevicijevi

polopoložžaj aj lebdilalebdila određuje određuje protokprotok koji se koji se ooččitava na graduiranoj ljestviciitava na graduiranoj ljestvici

ROTAMETARROTAMETARlebdilolebdilo je naje naččinjeno od materijala injeno od materijala vevećće e gustogustoććee od tekuod tekuććine tako da svojom ine tako da svojom tetežžinom inom uravnoteuravnotežžuje silu uzgona i silu uje silu uzgona i silu zbog pada tlakazbog pada tlaka na prstenastom suna prstenastom sužženju enju između između lebdilalebdila i cijevii cijevi

volumni protok kapljevina i plinova volumni protok kapljevina i plinova direktno je proporcionalandirektno je proporcionalan pomaku pomaku lebdilalebdila

PrednostiPrednosti::jednostavna izvedbajednostavna izvedbanije potrebno napajanjenije potrebno napajanje

NedostatakNedostatak::kolebanje tlaka i temperature dovodi do kolebanje tlaka i temperature dovodi do promjene gustopromjene gustoćće plina i pogree plina i pogrešške u ke u mjerenju protokamjerenju protoka Protok

Lebdilo

ROTAMETARROTAMETARIZVEDBAIZVEDBA

povrpovrššina popreina popreččnog presjekanog presjeka između cijevi i između cijevi i lebdilalebdila povepoveććava seava sedudužž cijevi cijevi rotametrarotametra

DuDužž cijevi cijevi rotametrarotametra pad tlaka je priblipad tlaka je približžno no konstantankonstantan

ROTAMETRIROTAMETRIVrste Vrste rotametararotametara::

S izravnim oS izravnim oččitavanjemitavanjem

protok plina ili kapljevine se oprotok plina ili kapljevine se oččitava u itava u ininžženjerskim jedinicamaenjerskim jedinicama (npr. L/min) (npr. L/min) otisnutim izravno na cijevi otisnutim izravno na cijevi prednostprednost : : protok se oprotok se oččitava na samoj cijeviitava na samoj cijevinedostataknedostatak : : promjena parametara (temperatura, tlak) utjepromjena parametara (temperatura, tlak) utječče na toe na toččnost nost

mjerenja, u tom slumjerenja, u tom sluččaju potrebno ga je ponovno usmjeriti aju potrebno ga je ponovno usmjeriti

Korelacijska mjerilaKorelacijska mjerila

skala bez naznaskala bez naznaččenih mjernih jedinica enih mjernih jedinica tablice za preratablice za preraččunavanje ounavanje oččitane vrijednosti u odgovarajuitane vrijednosti u odgovarajućće ine inžženjerske jedinice enjerske jedinice prednostiprednosti :: koristiti se za koristiti se za razlirazliččite plinoveite plinove i i kapljevinekapljevine odabirom odgovarajuodabirom odgovarajućće e

korelacijske tablicekorelacijske tabliceu sluu sluččaju promjene tlaka ili temperature primjenjuju seaju promjene tlaka ili temperature primjenjuju sekorelacijske tablicekorelacijske tablice za nove parametre za nove parametre


ROTAMETRIROTAMETRIrotametrirotametri se u pravilu postavljaju se u pravilu postavljaju okomitookomito

postoje izvedbe mjerila u kojima je postoje izvedbe mjerila u kojima je lebdilolebdilo ugrađeno u ugrađeno u opruziopruzi (slika!) (slika!) prikladni su kad mjerilo treba ugraditi u prikladni su kad mjerilo treba ugraditi u skuskuččeni prostor i kad vertikalna ugradnja nije eni prostor i kad vertikalna ugradnja nije mogumoguććaa

Primjena Primjena rotametararotametara

-- mjerenje protoka plinova i kapljevina u laboratorijima i na postmjerenje protoka plinova i kapljevina u laboratorijima i na postrojenjima:rojenjima:

mjerenje protoka zramjerenje protoka zraččnih strujanih strujamjerenje protoka kod mjerenje protoka kod namjenamješšavanjaavanjamjerenje protoka uljamjerenje protoka uljamjerenje protoka vode kod proizvodnje hrane i pimjerenje protoka vode kod proizvodnje hrane i pićća a itditd. .

MJERILA PROTOKA NA NAMJERILA PROTOKA NA NAČČELU RAZLIKE TLAKAELU RAZLIKE TLAKA((DifferentialDifferential PressurePressure FlowFlow MetersMeters))

na suna sužženju smjeenju smješštenom u cjevovodu kojim protjetenom u cjevovodu kojim protječče e tekutekuććina nastaje ina nastaje pad tlakapad tlaka koji se mijenja u ovisnosti od koji se mijenja u ovisnosti od protokaprotoka

mjeri se pomomjeri se pomoćću u pretvornika razlike tlakovapretvornika razlike tlakova((diferencijalnog tlakadiferencijalnog tlaka) ) –– pad tlaka mjera je protokapad tlaka mjera je protoka

koriste se najvikoriste se najvišše zbog jednostavnosti i niske cijenee zbog jednostavnosti i niske cijene

Upotrebljavaju seUpotrebljavaju se::

Mjerni zaslonMjerni zaslonMlaznicaMlaznicaVenturijevaVenturijeva cijevcijevPrandtlovaPrandtlova cijev, itd.cijev, itd.

MJERILA PROTOKA NA NAMJERILA PROTOKA NA NAČČELU RAZLIKE TLAKAELU RAZLIKE TLAKA

Mjerenje razlike tlaka kroz slog listiMjerenje razlike tlaka kroz slog listićća s a s laminarnimlaminarnim slojemslojem

tekutekuććina se usmjerava tako da formira ina se usmjerava tako da formira tanke tanke laminarnelaminarne strujestruje, koje , koje teku uzduteku uzdužž paralelno postavljenih listiparalelno postavljenih listiććaanastala razlika tlaka zbog strujanja tekunastala razlika tlaka zbog strujanja tekuććine mjeri se ine mjeri se osjetilom razlike osjetilom razlike tlakatlaka smjesmješštenim na listitenim na listićću s dvije u s dvije ššupljineupljine

razlika tlaka na krajevima razlika tlaka na krajevima laminarnihlaminarnih listilistićća je a je linearnolinearno proporcionalnaproporcionalnaprotoku plina ili kapljevine: protoku plina ili kapljevine:

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ −=

η21 ppKq

qq –– volumni protokvolumni protokpp11 –– statistatiččki tlak na ulazuki tlak na ulazupp22 –– statistatiččki tlak na izlazuki tlak na izlazunn –– viskoznost tekuviskoznost tekuććineineKK –– konstanta ovisna o geometriji mjerilakonstanta ovisna o geometriji mjerila



Prednosti:Prednosti:

nema nema pokretnih dijelovapokretnih dijelova koji se trokoji se troššeeisto mjerilo moisto mjerilo možže se koristiti za mjerenje protoka razlie se koristiti za mjerenje protoka različčitih itih plinova, bez potrebe za umjeravanjem veplinova, bez potrebe za umjeravanjem većć samo samo konfiguriranjem mjernog pretvornikakonfiguriranjem mjernog pretvornikaobiobiččno imaju ugrađene ventile za regulaciju protoka no imaju ugrađene ventile za regulaciju protoka šširoko mjerno podruiroko mjerno područčje za plinove i kapljevine je za plinove i kapljevine


Nedostaci:Nedostaci:

primjenjuju se samo za primjenjuju se samo za ččiste plinove i kapljevineiste plinove i kapljevinekrute krute ččestice s promjerom veestice s promjerom veććim od 20 im od 20 -- 30 30 μμmm mogu mogu zazaččepiti prostor između listiepiti prostor između listiććaa

Primjena:Primjena:

farmaceutska industrijafarmaceutska industrija(injektiranje kapljevina i (injektiranje kapljevina i ššararžžiranjeiranje))

laboratorijska primjenalaboratorijska primjena((namjenamješšavanjeavanje plinova, injektiranje i i plinova, injektiranje i i aeriranjeaeriranje))

prehrambena industrijaprehrambena industrija(mjerenje protoka CO(mjerenje protoka CO22, su, suššenje zraka i regulacija protoka) enje zraka i regulacija protoka)


susužženje s otvorom manjim od promjera cijevi u koju je ugrađenenje s otvorom manjim od promjera cijevi u koju je ugrađen

tipitipiččni zaslon ima ni zaslon ima koncentrikoncentriččni otvor oni otvor ošštrog rubatrog ruba

MJERNI ZASLONI MJERNI ZASLONI ((prigupriguššnicenice, blende)(, blende)(OrrificeOrrifice metermeter))

Brzina tekuBrzina tekuććine ine rasteraste na na susužženjuenju te se javlja odgovarajute se javlja odgovarajućći pad tlakai pad tlaka

Protok se moProtok se možže izrae izraččunati iz izmjerenog pada tlaka duunati iz izmjerenog pada tlaka dužž zaslonu zaslonu

MJERNI ZASLONMJERNI ZASLON

D d

p1 p2

( )

o

o

Svq

ppCv

=

−

−=

ρβ21

4

21

β – omjer promjera zaslona i promjera cijevi, obično d / D≈ 0,5 S0 – poprečna površina otvora zaslonav – brzina prolaska kroz zaslon C0 – koeficijent odstupanja (orifice coefficient) ≈ 0,61 za Re > 30.000ρ – gustoća tekućine


MJERNI ZASLONMJERNI ZASLON

Izrađen od pažljivo obrađenih i probušenih pločica koncentrično postavljenih između dvije prirubnice

Mjerenje brzine protjecanja Mjerenje brzine protjecanja -- razlika tlakovarazlika tlakova

zaslon(“blenda”)

membrana

Brzina protjecanja proporcionalna je kvadratnom korijenu razlike tlakova.

osjetilo razlike tlakova

Bernoulli-eva jednadžba

p2 p1

v

tekućina gustoće ρ

2

2

12vpp ρ

=−

MJERNI ZASLONIMJERNI ZASLONIPrednostiPrednosti: :

relativno niska cijenarelativno niska cijenamanje dimenzijemanje dimenzijedanas najdanas najččeeššćći nai naččin mjerenje protokain mjerenje protokafleksibilnost fleksibilnost –– mogumogućća promjene omjera za a promjene omjera za ššire mjerno podruire mjerno područčjeje

NedostaciNedostaci::

nepovratni pad tlakanepovratni pad tlaka(gubitak energije) zbog (gubitak energije) zbog turbulencija oko zaslonaturbulencija oko zaslona

VENTURIJEVA CIJEVVENTURIJEVA CIJEV


Zakon očuvanja energije za fluide

Bernoulli-eva jednadžba

Prednosti:

manji ukupan pad tlaka na mjernom mjestu

pogodna za mjerenje protoka kapljevine koje sadrže krute čestice

.22 ukup

200

2 konstpvpvp ==+=+ρρ

VENTURIJEVA CIJEVVENTURIJEVA CIJEV

statički tlak + dinamički tlak = ukupni tlak = konst.

sastoji se od valjkastog dijela i stožaste cijevi s preciznim suženjem – grlom

protok je funkcija razlike tlakova između valjkastog dijela i grla

TURBINSKA MJERILA PROTOKA TURBINSKA MJERILA PROTOKA ((Turbine Turbine FlowmeterFlowmeter))

NaNaččelo radaelo rada: :

protjecanjem tekuprotjecanjem tekuććine kroz mjerilo turbina se okreine kroz mjerilo turbina se okrećće e kutnom brzinomkutnom brzinom koja je koja je proporcionalna protokuproporcionalna protoku

mjeri se frekvencija rotacije (broj okretaja)mjeri se frekvencija rotacije (broj okretaja)

generator signala, smjegenerator signala, smješšten na rotoru, ten na rotoru, ššalje alje magnetske magnetske pulsevepulseve koji se koji se elektronielektroniččki registriraju pomoki registriraju pomoćću u ““pickpick--upup”” zavojnice zavojnice ((žžuta zavojnica uta zavojnica na slici)na slici)

turbinskaturbinska mjerila mogu se koristiti i za mjerila mogu se koristiti i za kapljevinekapljevine i za i za plinoveplinove

TURBINSKA MJERILA PROTOKATURBINSKA MJERILA PROTOKArotiranjem lopaticarotiranjem lopatica u u turbinskomturbinskom mjerilu inducira se mjerilu inducira se izlazni naponskiizlazni naponski signal sinusnog oblika:signal sinusnog oblika:

sinV Aw N wt=

A – amplituda sinusnog valaw – brzina vrtnje lopaticaN – broj lopatica koji prođe pored “pickup” zavojnice u jednom punom okretut – vrijeme

TURBINSKA MJERILA PROTOKATURBINSKA MJERILA PROTOKAPrednosti:Prednosti:

velika velika totoččnostnost i i ponovljivostponovljivostbrzi odzivbrzi odziv (do nekoliko (do nekoliko milisekundimilisekundi), ), rad na rad na visokim tlakovimavisokim tlakovima i i temperaturamatemperaturama (do 350 bar i 800(do 350 bar i 800°°C)C)kompaktna konstrukcijakompaktna konstrukcijakod pojedinih kod pojedinih turbinskihturbinskih mjerila protoka provodi se mjerila protoka provodi se kompenzacijakompenzacijatemperaturetemperature, , obradaobrada i i lineariziranjelineariziranje signala signala –– kompenzira se kompenzira se utjecaj promjene gustoutjecaj promjene gustoćće i viskoznosti (e i viskoznosti (““smartsmart sensorsensor””))

NedostaciNedostaci::relativno relativno skupiskupirotirajurotirajućći dijelovii dijelovi se mogu zaglaviti suspendiranim se mogu zaglaviti suspendiranim ččesticamaesticamapotrebna je potrebna je ravna cijevravna cijev ispred mjerila za reduciranje turbulencija ispred mjerila za reduciranje turbulencija (mo(možže se ugraditi i e se ugraditi i ««ispravljaispravljačč protokprotok»» -- flowflow straightenerstraightener))u nekim modelima kod u nekim modelima kod malih protokamalih protoka javlja se javlja se nelinearnostnelinearnost


TURBINSKA MJERILA PROTOKATURBINSKA MJERILA PROTOKA

PrimjenaPrimjena::

ččesto se susreesto se susrećću u industriji kao zamjena za u u industriji kao zamjena za rotametrerotametrepilot postrojenja, istrapilot postrojenja, istražživanje i razvoj ivanje i razvoj mjerenje protoka rashladne vodemjerenje protoka rashladne vodemjerenje potromjerenje potroššnje vode,nje vode, itd.itd.

POTISNA MJERILA PROTOKA POTISNA MJERILA PROTOKA ((OvalOval--geargear flowmeterflowmeter, , PositivePositive DisplacementDisplacement))

NaNaččelo radaelo rada

zupzupččasti rotor ovalnog oblikaasti rotor ovalnog oblika rotira unutar posebno oblikovane komorerotira unutar posebno oblikovane komore

okretanjem rotor zahvaokretanjem rotor zahvaćća i istiskuju određen volumen kapljevine između vanjske stijenkea i istiskuju određen volumen kapljevine između vanjske stijenkeovalnih kotaovalnih kotaččiićća i unutarnje stijenke komorea i unutarnje stijenke komore

u rotoru je ugrađen u rotoru je ugrađen magnetmagnet koji pokrekoji pokrećće e ““preklopnikpreklopnik”” ili ili ššalje alje pulsevepulseve putem posebnih putem posebnih osjetila (osjetila (HallovHallov efektefekt))

svaki puls ili prekid oznasvaki puls ili prekid označčava korak poveava korak poveććanja volumena kapljevine koji prolazi kroz mjeriloanja volumena kapljevine koji prolazi kroz mjerilo

POTISNA MJERILA PROTOKAPOTISNA MJERILA PROTOKA

kod odabira velikod odabira veliččine ovalnih kotaine ovalnih kotaččiićća treba imati na umu da je za a treba imati na umu da je za viskoznijeviskoznije kapljevinekapljevine potreban vepotreban većći tlak da kapljevinu i tlak da kapljevinu ««potjerapotjera»»kroz mjerilokroz mjerilo

kod mjerenja protoka vrlo viskoznih kapljevina jedini ogranikod mjerenja protoka vrlo viskoznih kapljevina jedini ograniččavajuavajućći i faktor je pad tlakafaktor je pad tlaka

utjecaj promjene viskoznosti, gustoutjecaj promjene viskoznosti, gustoćće i temperature gotovo je e i temperature gotovo je zanemarivzanemariv

Hallov efekt – pojava transverzalnog (poprečnog) električnog polja u čvrstim materijalima kad provode električnu struju i nalaze se u magnetskom polju koje je okomito na struju. Ovaj fenomen otkrio je 1879. američki fizičar Edwin Herbert Hall.



PrednostiPrednosti::

totoččnost mjerenjanost mjerenja ( (u određenim granicamau određenim granicama) ne ovisi o viskoznosti ) ne ovisi o viskoznosti kapljevine, no potreban je vekapljevine, no potreban je većći tlak da kroz mjerilo i tlak da kroz mjerilo ««potjerapotjera»»viskoznu kapljevinuviskoznu kapljevinu

jednostavna ugradnjajednostavna ugradnja -- mogu se ugraditi u skumogu se ugraditi u skuččene prostore jer ene prostore jer nije potrebna ravna cijevi prije i nakon mjerilanije potrebna ravna cijevi prije i nakon mjerila


ne preporune preporuččuju se za vodu i kapljevine sliuju se za vodu i kapljevine sliččne vodine vodi zbog zbog povepoveććane moguane moguććnosti propunosti propušštanja između kotatanja između kotaččiićća i stijenke komore a i stijenke komore

propupropušštanje uzrokuje tanje uzrokuje manju tomanju toččnostnost

porastom viskoznosti moguporastom viskoznosti moguććnost prolaza kapljevine je manja te je nost prolaza kapljevine je manja te je totoččnost venost većća a


PrimjenaPrimjena::

mjerenje protoka goriva u kotlovima i motorimamjerenje protoka goriva u kotlovima i motorima

dostava maziva za ledostava maziva za ležžajeve u hidrauliajeve u hidrauliččkim uređajimakim uređajima

mjerenje protoka kemikalija kod zavrmjerenje protoka kemikalija kod završšne obrade papira ne obrade papira

ubrizgavanja sirupa na linijama za proizvodnju napitakaubrizgavanja sirupa na linijama za proizvodnju napitaka

nadgledanje i doziranje prelijeva na konditorskim proizvodimanadgledanje i doziranje prelijeva na konditorskim proizvodima

mjerenje i automatsko doziranja ulja u kulinarstvumjerenje i automatsko doziranja ulja u kulinarstvu

peristaltiperistaltiččke pumpe u laboratorijimake pumpe u laboratorijima

VRTLOVRTLOŽŽNA MJERILA PROTOKA NA MJERILA PROTOKA ((VortexVortex FlowmeterFlowmeter))

7. studenog 1940. u 11 sati sru7. studenog 1940. u 11 sati sruššio se most io se most TacomaTacoma NarrowsNarrows uslijed vibracija izazvanih vjetrom.uslijed vibracija izazvanih vjetrom.

Torzijsko gibanje mosta kratko prije njegovog sloma Torzijsko gibanje mosta kratko prije njegovog sloma primjer je moprimjer je moćći i šširenje vrtloga. irenje vrtloga.

Oscilacije su uzrokovane periodiOscilacije su uzrokovane periodiččkim kim šširenjem irenjem turbulentnih vrtloga. turbulentnih vrtloga.


VRTLOVRTLOŽŽNA MJERILA PROTOKANA MJERILA PROTOKAu sluu sluččaju mosta aju mosta TacomaTacoma NarrowsNarrows , brzina vjetra od pribli, brzina vjetra od približžno no 40 milja na sat40 milja na sat (oko (oko 65 km/h65 km/h) uzrokovala je stvaranje ) uzrokovala je stvaranje vrtloga promjera oko vrtloga promjera oko 2,5 m2,5 m oko oko ččelieliččnih nosanih nosačča mostaa mosta

vrtlozivrtlozi su se su se šširili na frekvenciji od pribliirili na frekvenciji od približžno no 1 Hz1 Hz

kako se su oscilacije strukture dalje pojakako se su oscilacije strukture dalje pojaččavale, most je avale, most je popoččeo oscilirati sa sve veeo oscilirati sa sve veććom amplitudom, sve dok se nije om amplitudom, sve dok se nije raspuknuoraspuknuo

drugi primjer vrtlodrugi primjer vrtložženja jeenja je vijorenje zastavevijorenje zastave: :

Kraj zastave na kojem je zastava uKraj zastave na kojem je zastava uččvrvrššććena (zaslon) stvara ena (zaslon) stvara uzkovitlaneuzkovitlane vrtlogevrtloge i zastava se vijori na vjetru i zastava se vijori na vjetru

VRTLOVRTLOŽŽNA MJERILA PROTOKANA MJERILA PROTOKA

eksperimentalna istraeksperimentalna istražživanja pokazala su da ivanja pokazala su da šširoke iroke ravne prepreke (engl. ravne prepreke (engl. bluffbluff bodiesbodies) uzrokuju ) uzrokuju periodiperiodiččke ke kovitlajukovitlajuććee vrtlogevrtloge koji stvaraju podrukoji stvaraju područčja visokog i ja visokog i niskog tlaka odmah iza prepreke (zaslona)niskog tlaka odmah iza prepreke (zaslona)

frekvencija kojom se frekvencija kojom se ššire ire vrtlozivrtlozi dana je jednaddana je jednadžžbom:bom:

f – frekvencija vrtloga L – karakteristična duljina zaslonav – brzina protoka preko zaslonaS – Strouhal-ov broj; opisuje oscilaciju toka (konstanan za određeni oblik tijela)

LvSf =

NaNaččelo radaelo rada::

praktipraktiččnu primjenu stvaranja vrtloga predstavlja nu primjenu stvaranja vrtloga predstavlja vrtlovrtložžno mjerilo protokano mjerilo protoka

unutar struje tekuunutar struje tekuććine smjeine smješšteni su zasloni (prepreke)teni su zasloni (prepreke)

odmah iza zaslona nalazi se odmah iza zaslona nalazi se pretvornik tlakapretvornik tlaka koji mjeri koji mjeri tlaktlak i i brzinu brzinu prolaska vrtlogaprolaska vrtloga pokraj osjetila pokraj osjetila

oscilacije su oscilacije su direktno proporcionalnedirektno proporcionalne protokuprotoku i neovisne i neovisne (u (u određenim određenim granicama) o gustogranicama) o gustoćći, tlaku, temperaturi i viskoznosti tekui, tlaku, temperaturi i viskoznosti tekuććineine


Prolaskom tekućina oko zaslona stvaraju se vrtlozi i pomiču niz struju. Frekvencija vrtloženja je izravno proporcionalna protoku.

KarakteristikeKarakteristike::

frekvencija vrtloga je direktno proporcionalna brzini tekufrekvencija vrtloga je direktno proporcionalna brzini tekuććineine

vrtlovrtložžna mjerila protoka su vrlo fleksibilna na mjerila protoka su vrlo fleksibilna -- mogu se koristiti za mjerenje mogu se koristiti za mjerenje protoka protoka kapljevinakapljevina, , plinovaplinova i i parepare

vrtlozivrtlozi se pose poččinju stvarati na vrijednosti inju stvarati na vrijednosti ReRe--brojabroja od pribliod približžno no 2.0002.000

od pribliod približžno no 2.000 2.000 do do 10.000 10.000 vrtlozivrtlozi ćće se stvarati, ali na tom podrue se stvarati, ali na tom područčju ju dobivene oscilacije ne ovise linearno o brzinidobivene oscilacije ne ovise linearno o brzini

minimalni minimalni ReRe--broj broj koji je potreban za optimalni rad vrtlokoji je potreban za optimalni rad vrtložžnih mjerila protoka nih mjerila protoka je je 10.00010.000 (ovisi i o konkretnom modelu)(ovisi i o konkretnom modelu)


Vrtložno mjerilo protoka može se ugraditi horizontalno ili vertikalno u cijevi



nema pokretnih dijelova podlonema pokretnih dijelova podložžnih tronih troššenjuenjunije potrebno unije potrebno uččestalo odrestalo održžavanjeavanjeupotrebljavaju se za kapljevine, plinove i paruupotrebljavaju se za kapljevine, plinove i parumanji tromanji trošškovi ugradnje od standardnih mjernih zaslonakovi ugradnje od standardnih mjernih zaslonadugorodugoroččna stabilnost, tona stabilnost, toččnost i ponovljivostnost i ponovljivostšširoko temperaturno podruiroko temperaturno područčjeje (od (od ––180 do 450 180 do 450 °°C)C)zasloni odgovarajuzasloni odgovarajuććeg oblika omogueg oblika omoguććuju prolazak uju prolazak ččestica bez estica bez zazaččepljenjaepljenjaizvedbe za veliki raspon promjera cijeviizvedbe za veliki raspon promjera cijevi


nisu prikladni za male protoke (brzine manje od 9 cm/s) nisu prikladni za male protoke (brzine manje od 9 cm/s) na tako malom protoku na tako malom protoku vrtlozivrtlozi nisu dovoljno izranisu dovoljno izražženi da bi se mogli eni da bi se mogli totoččno mjeritino mjeritiza pravilno stvaranje vrtloga unutar mjerila potrebna određena dza pravilno stvaranje vrtloga unutar mjerila potrebna određena duljina uljina ravne cijevi prije i nakon mjerila ravne cijevi prije i nakon mjerila (pribli(približžno 10 promjera cijevi prije i poslije mjesta ugradnje)no 10 promjera cijevi prije i poslije mjesta ugradnje)

VRTLOVRTLOŽŽNA MJERILA PROTOKANA MJERILA PROTOKA MAGNETSKA MJERILA PROTOKA MAGNETSKA MJERILA PROTOKA ((MagneticMagnetic FlowmetersFlowmeters))


slijedi iz slijedi iz FaradayevogFaradayevog zakona elektromagnetske indukcijezakona elektromagnetske indukcije::

Napon generiran u zatvorenom krugu direktno je proporcionalan guNapon generiran u zatvorenom krugu direktno je proporcionalan gustostoćći i magnetskog toka koji magnetskog toka koji presjecapresjeca taj krug pod pravim kutom.taj krug pod pravim kutom.

IzvedbaIzvedba::

magneti smjemagneti smješšteni na suprotnim teni na suprotnim stranama cijevi stvaraju stranama cijevi stvaraju magnetski magnetski toktok BB dudužž yy--osiosizbog kretanja vodljive tekuzbog kretanja vodljive tekuććine ine brzinom brzinom vv dudužž zz--osiosi, pod pravim kutom , pod pravim kutom prema tom magnetskom toku inducira prema tom magnetskom toku inducira se potencijal se potencijal inducirani naponinducirani napon između elektroda između elektroda proporcionalan je protoku tekuproporcionalan je protoku tekuććineinekroz cijev kroz cijev

Napon između elektroda

X-os

Y-osZ-os

Magnetski tok, B

MAGNETSKA MJERILA PROTOKAMAGNETSKA MJERILA PROTOKA

E – inducirani napon između elektroda k – konstantaB – gustoća magnetskog

toka D – udaljenost između

elektroda (promjer cijevi)

v – brzina tekućine

vDBkE =FaradeyFaradey--ev zakon u obliku:ev zakon u obliku:PrednostiPrednosti::

ne ometaju tok kapljevinene ometaju tok kapljevinene uzrokuju pad tlakane uzrokuju pad tlaka neosjetljivi (u odrneosjetljivi (u određenim granicamaeđenim granicama) na promjenu viskoznosti, tlaka i ) na promjenu viskoznosti, tlaka i temperaturu temperaturu mjerenje mjerenje laminarnoglaminarnog, prijelaznog i turbulentnog toka, prijelaznog i turbulentnog tokabrzi odziv kod naglih promjena protoka brzi odziv kod naglih promjena protoka nema pokretnih dijelovanema pokretnih dijelovamogumogućće je mjeriti mjeriti protok emulzija i e je mjeriti mjeriti protok emulzija i ččvrstih vrstih ččesticaestica

NedostaciNedostaci: :

kapljevina mora biti kapljevina mora biti elektrielektriččki vodljiva (ki vodljiva (nije mogunije mogućća primjena za a primjena za kapljevine kao kapljevine kao ššto su to su ugljikovodiciugljikovodici i i deioniziranadeionizirana vodavoda))Minimalna potrebna vodljivost je obiMinimalna potrebna vodljivost je običčno u rasponu od 1no u rasponu od 1--5 5 µµS a po S a po

centimetru (centimetru (µµS/cm) S/cm)

cijev treba biti cijev treba biti uzemljenauzemljena zbog magnetskog i elektrizbog magnetskog i električčnog poljanog polja

MAGNETSKA MJERILA PROTOKAMAGNETSKA MJERILA PROTOKA


PrimjenaPrimjena::

mjerenje protoka voda, raznih industrijskih tokova, papirne pulpmjerenje protoka voda, raznih industrijskih tokova, papirne pulpe e (ka(kašše), mulja, gustih otopinae), mulja, gustih otopina

mjerenje protoka mjerenje protoka detergenatadetergenata, korozivnih kiselina, kanalizacija, , korozivnih kiselina, kanalizacija, elektrolitaelektrolita

protok rafinerijskih proizvoda, sirove nafta protok rafinerijskih proizvoda, sirove nafta

protok biljnih ulja i protok biljnih ulja i žživotinjskih mastiivotinjskih masti

MAGNETSKA MJERILA PROTOKAMAGNETSKA MJERILA PROTOKA ULTRAZVUULTRAZVUČČNA MJERILA PROTOKANA MJERILA PROTOKA

UltrazvuUltrazvuččna mjerila protokana mjerila protokamogu se podijeliti na:mogu se podijeliti na:DDoppleroppler--ova ova mjerilamjerilamjerila vremena mjerila vremena prijelazaprijelaza((transittransit--time time flowmeterflowmeter, , ttimeime--ofof--travel travel flowflowmetermeter))

DopplerDopplerova mjerilaova mjerila mjere mjere pomak frekvencijapomak frekvencija zbog protoka zbog protoka tekutekuććineine. . U kuU kuććiišštu su ugrađena tu su ugrađena 2 pretvornika2 pretvornika..Pomak frekvencijePomak frekvencije proporcionalna je brzini kapljevineproporcionalna je brzini kapljevine..Mjerila vremena prijelazaMjerila vremena prijelaza imaju imaju 2 p2 pretvornika ugrađena na retvornika ugrađena na suprotnim stranamasuprotnim stranama cijevi. cijevi. Mjeri se Mjeri se vremenska razlikavremenska razlika koja je proporcionalna protoku.koja je proporcionalna protoku.

Definicija i naDefinicija i naččelo rada ultrazvukaelo rada ultrazvukazvuk zvuk ččini gibanje tlaini gibanje tlaččnih valovanih valova

frekvencijsko podrufrekvencijsko područčjeje: : 2 MHz 2 MHz dodo 10 MHz10 MHz

ultrazvuk se stvara pomoultrazvuk se stvara pomoćću u piezoelektripiezoelektriččnihnihpretvornika pretvornika

NaNaččela rada ultrazvuela rada ultrazvuččnih pretvornika:nih pretvornika:

DopplerDopplerovo naovo naččelo mjerenja protokaelo mjerenja protoka

pulsnopulsno DDoppleropplerovo naovo naččelo mjerenja protokaelo mjerenja protoka

mjerenje vremena prijelazamjerenje vremena prijelaza

DOPPLEROVO MJERILO PROTOKADOPPLEROVO MJERILO PROTOKA((DopplerDoppler flowmeterflowmeter))

Svatko tko je Svatko tko je ččuo promjenu zvuka sirene pri prolasku vlaka iskusio je uo promjenu zvuka sirene pri prolasku vlaka iskusio je DopplerovDopplerov efekt (1842.).efekt (1842.).Ime je dobio po Ime je dobio po austrijskom matematiaustrijskom matematiččaru i fiziaru i fiziččaruaruChristianuChristianu DoppleruDoppleru (1803(1803--1853.)1853.)


DopplerovDopplerov efektefekt je je pomak frekvencijepomak frekvencije koji se javlja kada je izvor koji se javlja kada je izvor zvuka u relativnom kretanju prema prijamniku tog zvuka zvuka u relativnom kretanju prema prijamniku tog zvuka DopplerovoDopplerovo mjerila protoka ima mjerila protoka ima dva elementadva elementa ugrađena ili omotana ugrađena ili omotana na vanjskoj strani cijevina vanjskoj strani cijevijedno od elemenata je predajnik koji jedno od elemenata je predajnik koji odaodaššiljailja ultrazvuultrazvuččni signalni signalvisoke frekvencije u cijevvisoke frekvencije u cijevtaj signal se reflektira od taj signal se reflektira od krutih krutih ččesticaestica ili ili mjehurimjehurićća plinovaa plinova u u tekutekuććini i registrira se na prijemniku. ini i registrira se na prijemniku. Mjeri se Mjeri se razlika u frekvencijirazlika u frekvenciji između između odaslanogodaslanog i i primljenogprimljenogsignala. signala.


DOPPLEROVO MJERILO PROTOKA DOPPLEROVO MJERILO PROTOKA

Dopplerov signal prolazi kroz stijenku i odbija se odčestica u struji. Mjeri se pomak u fazi signala i

preračunava u brzinu tekućine.U ovom primjeru izvor valova kreće se ulijevo.

Veća frekvencija je s lijeve, a manja s desne strane izvora

Dopplerov efekt

frekvencijafrekvencija je određena je promjenom dviju brzina je određena je promjenom dviju brzina

brzina vala koji putuje brzina vala koji putuje ««uzvodnouzvodno»»: :

brzina vala koji putuje brzina vala koji putuje ««nizvodnanizvodna»»::

Odnos između reflektirane i odaslane frekvencije Odnos između reflektirane i odaslane frekvencije ((DopplerovaDopplerova jednjedn.):.):

DOPPLEROVO MJERILO PROTOKADOPPLEROVO MJERILO PROTOKA

θcosvvs −

vvss –– brzina zvuka u tekubrzina zvuka u tekuććiniiniv v –– prosjeprosječčna brzina tekuna brzina tekuććine ine ΘΘ –– kut između ultrazvu kut između ultrazvuččnognog

signala i toka tekusignala i toka tekuććineine

cossv v θ+

( ) ( )[ ]θθ coscos vvvvff sstr −+=

ffrr –– frekvencija primljenog signalafrekvencija primljenog signalafftt –– frekvencija odaslanog signala frekvencija odaslanog signala

odaslana frekvencija, odaslana frekvencija, fftt

primljena frekvencija, primljena frekvencija, ffrrbrzina tekubrzina tekuććine, ine, vv

izraz se moizraz se možže pojednostaviti pretpostavkom da je e pojednostaviti pretpostavkom da je brzina tekubrzina tekuććine ine u cijevi puno manja od brzine zvukau cijevi puno manja od brzine zvuka u cijevi, u cijevi, vv << << vvss

Uz tu pretpostavku moUz tu pretpostavku možže se pisati:e se pisati:

( ) ( )[ ] ssstr vvvvvff θθ coscos ++=

DOPPLEROVO MJERILO PROTOKA DOPPLEROVO MJERILO PROTOKA

šštoto se se daljedalje svodisvodi nana

( )[ ]str vvff θcos21+=

frekvencijski pomak dan je frekvencijski pomak dan je tr fff −=Δ

( )2 cost sf f v vθ⎡ ⎤Δ = ⎣ ⎦konakonaččni izrazni izraz glasi:glasi:

kvf =Δ st vfk θcos2=

brzina tekubrzina tekuććine u cijevi direktno je proporcionalna promjeni ine u cijevi direktno je proporcionalna promjeni frekvencije između odaslanog i reflektiranog ultrazvufrekvencije između odaslanog i reflektiranog ultrazvuččnog signalanog signala

uz poznavanje dimenzija cijevi, elektronski dio mjerila protoka uz poznavanje dimenzija cijevi, elektronski dio mjerila protoka prerapreraččunat unat ćće brzinu tekue brzinu tekuććine u ine u volumni protokvolumni protok

potrebno je provesti i potrebno je provesti i softversku korekcijusoftversku korekciju za za vvss, s obzirom na , s obzirom na promjenu brzina zvuke kroz medij zbog promjene tlaka i temperatupromjenu brzina zvuke kroz medij zbog promjene tlaka i temperaturere

DOPPLEROVO MJERILO DOPPLEROVO MJERILO -- Karakteristike Karakteristike

Postoje i modeli ultrazvuPostoje i modeli ultrazvuččnih mjerila protoka koji umjesto kontinuiranog nih mjerila protoka koji umjesto kontinuiranog odaodaššilju niz ilju niz pulsnihpulsnih signalasignala: : -- prednostprednost: mogu mjeriti popre: mogu mjeriti popreččni profil brzina u cijevini profil brzina u cijevi

Izvedba osjetila koja Izvedba osjetila koja minimiraminimira vanjski vanjski ššumum: : -- u cijev se u cijev se ššalju alju dva nezavisna signaladva nezavisna signala na razlina različčitim frekvencijamaitim frekvencijama-- oba podlijeoba podliježžu istom u istom DopplerovomDopplerovom pomaku, a signal pomaku, a signal ššuma je sluuma je sluččajanajan-- mogumogućće je odrediti razliku ova dva signala i pri tome ukloniti mjernie je odrediti razliku ova dva signala i pri tome ukloniti mjerniššum um


neki materijali cijevi su nepropusni za neki materijali cijevi su nepropusni za ultrazvukultrazvuk

ako se koristi ako se koristi ugljiugljiččni ni ččelikelik ili ili nehrđajunehrđajućći i ččelikelik, , PVCPVC i i bakarbakar ne bi trebalo biti ne bi trebalo biti problemaproblema

cijevi izrađene od cijevi izrađene od betonabetona, , fiberglasafiberglasa, , žželjezaeljeza i i plastiplastiččne cijevine cijevi s prevlakama s prevlakama mogu uzrokovati problememogu uzrokovati probleme

DOPPLEROVO MJERILO DOPPLEROVO MJERILO -- Karakteristike Karakteristike PrimjenaPrimjena: :

PoPoššto ne ometaju tok tekuto ne ometaju tok tekuććine imaju ine imaju šširoku primjenu:iroku primjenu:

mjerenje protoka pitke vode, otpadne vode, kod grijanja, ventilamjerenje protoka pitke vode, otpadne vode, kod grijanja, ventilacije i cije i rashladnih sustava (rashladnih sustava (HVACHVAC sustavi)sustavi)

u u procesnoj industrijiprocesnoj industriji: : protok rashladne vode, protok otpadne vode, protok sirove nafte,protok rashladne vode, protok otpadne vode, protok sirove nafte,kiseline, ukapljenih plinova itd.kiseline, ukapljenih plinova itd.

protok korozivnih tekuprotok korozivnih tekuććina itd.ina itd.

primjena u primjena u medicinimedicini ((““ultrazvukultrazvuk””))mjerenje protoka krvimjerenje protoka krvilitotripsijalitotripsijaobrada slikeobrada slike

DOPPLEROVO MJERILO PROTOKADOPPLEROVO MJERILO PROTOKA


ne ometaju ne ometaju toktok i ne izazivaju i ne izazivaju pad tlakpad tlak

jednostavna ugradnja i uklanjanje jednostavna ugradnja i uklanjanje (za spajanje na cijevi manjih (za spajanje na cijevi manjih promjera postoje sonde sa stezaljkama)promjera postoje sonde sa stezaljkama)

nemaju pokretnih dijelova koji se tronemaju pokretnih dijelova koji se troššee

prikladni za prikladni za prljaveprljave i i korozivnekorozivne tekutekuććineine

prikladni za prikladni za laminarnilaminarni, , prijelazniprijelazni i i turbulentniturbulentni tok te tok te pulsirajupulsirajuććiitoktok

neosjetljivi su na promjene neosjetljivi su na promjene temperaturetemperature, , viskoznosti,viskoznosti, gustogustoććee i i tlakatlaka tekutekuććine ine

DOPPLEROVO MJERILO PROTOKADOPPLEROVO MJERILO PROTOKA DOPPLEROVO MJERILO PROTOKADOPPLEROVO MJERILO PROTOKA


u kapljevini moraju postojati u kapljevini moraju postojati krute krute ččesticeestice ili ili mjehurimjehuriććii od kojih od kojih se mose možže odbijati ultrazvue odbijati ultrazvuččni signal (nije moguni signal (nije mogućće mjeriti protok e mjeriti protok deioniziranedeionizirane vode i veoma vode i veoma ččistih tekuistih tekuććina) ina)

pravilo je da mora postojati barem 25 pravilo je da mora postojati barem 25 ppmppm krutih krutih ččestica veliestica veliččine ine oko 30 oko 30 μμmm da bi se ultrazvuda bi se ultrazvuččni signal uspjeni signal uspješšno reflektiraono reflektirao

ako je koncentracija krutih ako je koncentracija krutih ččestica prevelika (oko 50 estica prevelika (oko 50 masmas % ili % ili vevećća), ultrazvua), ultrazvuččni signal se moni signal se možže smanjiti ispod granice e smanjiti ispod granice mjerljivostimjerljivosti

totoččnost monost možže ovisiti o raspodjeli velie ovisiti o raspodjeli veliččine ine ččestica i koncentracije estica i koncentracije kao i o relativnoj brzini između kao i o relativnoj brzini između ččestica i tekuestica i tekuććinaina


MJERILA VREMENA PRIJELAZAMJERILA VREMENA PRIJELAZA((transittransit--time time flowmeterflowmeter, , ttimeime--ofof--travel travel flowflowmetermeter))


slisliččno no DopplerovuDopplerovu, mjerilo protoka , mjerilo protoka vremena prijelaza vremena prijelaza odaodaššiljailjaultrazvuultrazvuččne ne pulsevepulseve koji prolaze koji prolaze kroz cijevkroz cijev

mjeri se mjeri se razlika vremenarazlika vremena (ili (ili pomak pomak frekvencijefrekvencije) i) između vremena zmeđu vremena prolaza prolaza ««nizvodnonizvodno»» i vremena i vremena prolaska prolaska ««uzvodnouzvodno»»

pomak frekvencijepomak frekvencije se prerase preraččunava unava u u protok tekuprotok tekuććineine

vv –– prosjeprosječčna brzina tekuna brzina tekuććineinevvss –– brzina zvuka u tekubrzina zvuka u tekuććiniinizz –– udaljenost od udaljenost od ««uzvodnoguzvodnog»» do do

««nizvodnognizvodnog»» pretvornikapretvornikaθθ –– kut između ultrazvu kut između ultrazvuččne zrakene zrake

i toka tekui toka tekuććineine

Vrijeme koje je potrebno da ultrazvuVrijeme koje je potrebno da ultrazvuččni signal prođe od ni signal prođe od ««uzvodnoguzvodnog»» do do ««nizvodnognizvodnog»» pretvornika i obratno:pretvornika i obratno:

MJERILA VREMENA PRIJELAZAMJERILA VREMENA PRIJELAZA

brzina tekubrzina tekuććine, ine, vv

( )θcosvvzt sdown += ( )θcosvvzt sup −=

nizvodno vrijemenizvodno vrijeme( )cosdown

s

ztv v θ

=+

ffdowndown –– ««uzvodnauzvodna»» frekvencijafrekvencija

ffupup –– ««nizvodnanizvodna»» frekvencijafrekvencija


brzina tekubrzina tekuććine, ine, vv

«Uzvodna» i «nizvodna» frekvencije proporcionalno ovise o pripadnim vremenima prijelaza, slijedi:

downdown tf 1= upup tf 1=

Promjena te frekvencije:

updownupdown ttfff 11 −=−=Δ ( ) ( ) ( )vzzvvzvvf ss θθθ cos2coscos =−−+=Δ

Supstitucijom se dobiva:

Uzvodno vrijemeUzvodno vrijeme( )cosup

s

ztv v θ

=+ ovo je osnovna relacije za određivanje brzine tekuovo je osnovna relacije za određivanje brzine tekuććine iz pomaka ine iz pomaka

frekvencijefrekvencije

ovom pretvorniku svojstveno je to ovom pretvorniku svojstveno je to ššto se pomak frekvencija mjeri to se pomak frekvencija mjeri neovisno o neovisno o vvss

protok se moprotok se možže izrae izraččunati koristeunati koristećći korekciju profila brzina pomoi korekciju profila brzina pomoćću u ReynoldsovogReynoldsovog broja i s obzirom na unutarnji promjer cijevibroja i s obzirom na unutarnji promjer cijevi

korekcija uzima u obzir vladanje tekukorekcija uzima u obzir vladanje tekuććine u sluine u sluččaju aju laminarnoglaminarnog, , prijelaznogprijelaznog ili ili turbulentnogturbulentnog strujanjastrujanja

totoččnost od oko nost od oko ±±1%1% mjerene brzinemjerene brzine

MJERILA VREMENA PRIJELAZAMJERILA VREMENA PRIJELAZAkonačni izraz glasi:

kvf =Δ pri čemu je zk θcos2=



rade bez ometanja protoka i s veoma rade bez ometanja protoka i s veoma ččistim tekuistim tekuććinamainamajednostavna ugradnja pomojednostavna ugradnja pomoćću stezaljka na cijevu stezaljka na cijevnema pokretnih dijelova koji se tronema pokretnih dijelova koji se troššeene uzrokuju pad tlakane uzrokuju pad tlakaprikladna za pulsirajuprikladna za pulsirajućće strujanjee strujanje

neosjetljivi na promjene temperature, viskoznosti gustoneosjetljivi na promjene temperature, viskoznosti gustoćće i tlaka tekue i tlaka tekuććineine


smetnje uzrokovane smetnje uzrokovane stijenkomstijenkom cijevi (cijevi od betona, cijevi (cijevi od betona, fiberglasafiberglasa ili ili plastike mogu smanjiti signal na razinu da mjerenje viplastike mogu smanjiti signal na razinu da mjerenje višše nije mogue nije mogućće) e) nisu nisu prikladanaprikladana za prljave tekuza prljave tekuććine, tekuine, tekuććine s krutim ine s krutim ččesticama ili s esticama ili s mjehurimjehuriććimaimaččistoistoćća tekua tekuććine moine možže varirati i tako utjecati na toe varirati i tako utjecati na toččnost mjerenja protoka nost mjerenja protoka


PrimjenaPrimjena::

protok protok ččistih i vrlo istih i vrlo ččistih strujaistih strujaprotok vode u postrojenjima za obradu voda, protok vode u protok vode u postrojenjima za obradu voda, protok vode u elektranama i javnim ustanovamaelektranama i javnim ustanovamaččiste i vrlo iste i vrlo ččiste tekuiste tekuććine u industriji poluvodiine u industriji poluvodičča, farmaceutskoj i a, farmaceutskoj i prehrambenoj industrijiprehrambenoj industrijikiseline i ukapljeni plinovi u kemijskoj industrijikiseline i ukapljeni plinovi u kemijskoj industrijilagane do srednje telagane do srednje tešške frakcije u rafinerijskoj preradike frakcije u rafinerijskoj preradidistribucija vode u navodnjavanju i poljoprivredidistribucija vode u navodnjavanju i poljoprivredikriogenekriogene kapljevine, itdkapljevine, itd..


MJERILA MASENOG PROTOKA MJERILA MASENOG PROTOKA ((MassMass flowmeterflowmeter))

mjerila protoka mjerila protoka plinovaplinova

struja plina ulazi u komoru mjerila i odmah se razdvaja u dva struja plina ulazi u komoru mjerila i odmah se razdvaja u dva tokatoka

dio plina prolazi kroz dio plina prolazi kroz kapilarukapilaru s s dva osjetiladva osjetila u obliku u obliku zavojnicezavojnice

toplina se uvodi pomotoplina se uvodi pomoćću u otporniotporniččkeke zavojnicezavojnice omotane oko omotane oko kapilarekapilare

plin prolaskom kroz kapilaru nosi toplinu s plin prolaskom kroz kapilaru nosi toplinu s „„uzvodnoguzvodnog““((««upstreamupstream»») na ) na „„nizvodnonizvodno““ ((««downstreamdownstream»») osjetilo ) osjetilo

razlika temperaturarazlika temperatura uzrokuje promjenu otpora u navojima uzrokuje promjenu otpora u navojima osjetila osjetila ššto se mjeri pomoto se mjeri pomoćću u WheatstoneWheatstone--ovog ovog mostmostaa

MJERILA MASENOG PROTOKAMJERILA MASENOG PROTOKA

Mjerni pretvornik s ugrađenim regulacijskim ventilom i digitalnim

zaslonom

EM ventilEM ventil

IzlazIzlaz

UlazUlaz

CijevCijevččicaicaosjetilaosjetila

NavojiNavoji

Sapnica Sapnica ventilaventila

Dio plina prolazi kroz cijevčicu s osjetilima i žicom za zagrijavanje.



GrijaloGrijalo

MJERNA KAPILARAMJERNA KAPILARA

““UzvodnoUzvodno”” osjetilo osjetilo temperaturetemperature

““NizvodnoNizvodno”” osjetilo osjetilo temperaturetemperature

NAPAJANJENAPAJANJE POJAPOJAČČALOALO Linearni Linearni izlazizlaz

MJERNI MOST MJERNI MOST

TOKTOKPLINAPLINA

PrednostiPrednosti:: neosjetljivost (unutar odrneosjetljivost (unutar određenih granica uz stalni eđenih granica uz stalni CC i i ρρ) na ) na promjene promjene temperaturetemperature i i tlakatlaka

mjere maseni ili molekularni protok mjere maseni ili molekularni protok Maseni protok je, zapravo, volumni protok normiran na standardnuMaseni protok je, zapravo, volumni protok normiran na standardnutemperaturu i tlak.temperaturu i tlak.

ne sadrne sadržže pokretne dijelove koji se troe pokretne dijelove koji se troššee



plin koji prolazi kroz mjerilo plin koji prolazi kroz mjerilo masenogmasenog protoka mora biti suh i bez krutih protoka mora biti suh i bez krutih ččestica estica

mjerila mjerila masenogmasenog protoka moraju biti umjerena za određeni plin ili protoka moraju biti umjerena za određeni plin ili smjesu plinovasmjesu plinova


PrimjenaPrimjena: :

ŠŠiroko podruiroko područčje primjene:je primjene:

mjerenje i reguliranje protoka plina kod plinske kromatografijemjerenje i reguliranje protoka plina kod plinske kromatografijedobava plina i regulacija kod dobava plina i regulacija kod fermentatorafermentatora i i bioreaktorabioreaktorareguliranje protoka metana ili argona kod plinskih plamenikareguliranje protoka metana ili argona kod plinskih plamenikanamjenamješšavanjeavanje zraka u mlijezraka u mliječčne produkte ne produkte reguliranje unosa COreguliranje unosa CO22 u boce kod proizvodnje piu boce kod proizvodnje piććaadopremanje i regulacija dudopremanje i regulacija duššika kod propuhivanja spremnika ika kod propuhivanja spremnika mjerenje protoka vodikamjerenje protoka vodikaitd.itd.

CORIOLISOVA MJERILA PROTOKACORIOLISOVA MJERILA PROTOKA((CoriolisCoriolis flowmeterflowmeter))

1835. 1835. -- CoriolisovaCoriolisova silasila -- inercijska sila inercijska sila -- otkrio je francuski matematiotkrio je francuski matematiččar ar GustaveGustave--GaspardGaspard CoriolisCoriolis (1792.(1792.--1843.)1843.)Kao rezultat Kao rezultat CoriolisoveCoriolisove sile, kretanje svakog tijela koji se giba sile, kretanje svakog tijela koji se giba konstantnom brzinom s obzirom na Zemljinu povrkonstantnom brzinom s obzirom na Zemljinu površšinu inu otklonjeno je otklonjeno je udesnoudesno (smjer kazaljke na satu) (smjer kazaljke na satu) na sjevernoj polutcina sjevernoj polutci, i , i ulijevoulijevo (obrnuto (obrnuto smjeru kazaljke na satu) smjeru kazaljke na satu) nana jujužžnoj noj pulutcipulutci..

Ako sagledamo sliku iz Ako sagledamo sliku iz vanjske tovanjske toččke ke ““mirovanjamirovanja””((gornji dio slikegornji dio slike), ), crni objekt crni objekt giba se po ravnoj linijigiba se po ravnoj liniji. .

No, za motritelja No, za motritelja ((crvena crvena totoččkaka) ) koji rotira koji rotira ((donji dio donji dio slike) objekt slike) objekt slijedi slijedi zakrivljenu liniju.zakrivljenu liniju.


skretanje vjetra koji se giba duskretanje vjetra koji se giba dužž povrpovrššine Zemlje udesno od smjera ine Zemlje udesno od smjera kretanja u sjevernoj hemisferi i ulijevo od smjera kretanja na jkretanja u sjevernoj hemisferi i ulijevo od smjera kretanja na juužžnoj noj hemisferi primjer je djelovanje hemisferi primjer je djelovanje CoriolisoveCoriolisove sile. sile.


osnovna izvedba osnovna izvedba CoriolisovihCoriolisovih mjerila temelji se na djelovanju mjerila temelji se na djelovanju CoriolisoveCoriolisove sile tako da se slog zakrivljenih mjernih cijevi podvrgne sile tako da se slog zakrivljenih mjernih cijevi podvrgne rotacijirotaciji (oscilaciji) (oscilaciji) oko jedne osioko jedne osi

ova oscilacija se obiova oscilacija se običčno inicira i odrno inicira i održžava pomoava pomoćću dvije u dvije elektromagnetske zavojnice, koje fizielektromagnetske zavojnice, koje fiziččki povezuju dvije zakrivljene ki povezuju dvije zakrivljene mjerne cijevimjerne cijevi

tekutekuććina ina ššto protjeto protječče kroz cijevi, prolazi due kroz cijevi, prolazi dužž mjesta vemjesta većće brzine rotacije e brzine rotacije do mjesta manje brzine rotacijedo mjesta manje brzine rotacijeprolaskom tekuprolaskom tekuććine kroz cijev Uine kroz cijev U--oblika javlja se sila na oblika javlja se sila na stijenkustijenku cijevi cijevi okomita na tokokomita na tok ((CoriolisovaCoriolisova sila)sila)Deformacija UDeformacija U--cijevi proporcionalna je protokucijevi proporcionalna je protoku. .

CORIOLISOVA MJERILA PROTOKACORIOLISOVA MJERILA PROTOKA

RotirajuRotirajućće mjerilo e mjerilo masenogmasenog protokaprotoka

Kad tekuKad tekuććina teina tečče e kroz cijevi, cijevi se kroz cijevi, cijevi se

blago blago izvijajuizvijaju


Zakrivljene cijevi Zakrivljene cijevi masenogmasenogmjerila protoka kad nema mjerila protoka kad nema

protokaprotoka

Vibracije kad Vibracije kad postoji protok kroz postoji protok kroz

cijevicijevi

NaNaččela rada ela rada CoriolisovogCoriolisovog mjerila mjerila masenogmasenog protoka)protoka)

Prilikom Prilikom priblipribližžavanjaavanja ravnini cijevi u ravnini cijevi u kojoj se nalazi os rotacije, rotacijsko kojoj se nalazi os rotacije, rotacijsko gibanje elementa fluida se jednoliko gibanje elementa fluida se jednoliko usporavausporava sve dok ne dosegne nulu u sve dok ne dosegne nulu u ravnini osi rotacije. Kad se element fluida ravnini osi rotacije. Kad se element fluida udaljavaudaljava od ravnine osi rotacije prema od ravnine osi rotacije prema totoččkama s vekama s veććom brzinom rotacije, om brzinom rotacije, jednoliko se jednoliko se ubrzavaubrzava prema veprema veććoj brzine oj brzine rotacije. To stvara rotacije. To stvara CoriolisovuCoriolisovu silusilu koja koja uzrokuje uzrokuje uvijanjeuvijanje cijevi osjetilacijevi osjetila

CORIOLISOVA MJERILA PROTOKACORIOLISOVA MJERILA PROTOKA IZVEDBEIZVEDBE CORIOLISCORIOLISOVIH MJERILAOVIH MJERILASvaki proizvođaSvaki proizvođačč CoriolisCoriolisovim mjerila ima svoje karakteristiovim mjerila ima svoje karakterističčne ne izvedbe. Osnovni tipovi su :izvedbe. Osnovni tipovi su :

svi djeluju na istom nasvi djeluju na istom naččelu (elu (CoriolisCoriolis))razlirazliččite izvedbe prilagođene su posebnim primjenamaite izvedbe prilagođene su posebnim primjenama

Trokutaste cijeviTrokutaste cijevi Paralelne ravne cijeviParalelne ravne cijevi Cijev SCijev S--oblikaoblika Torzijska omTorzijska omččaa--prstenprsten



mjere mjere maseni protokmaseni protok (neovisno o promjeni tlak i (neovisno o promjeni tlak i temperturetemperture))promjena viskoznosti i gustopromjena viskoznosti i gustoćće nema utjecaja na toe nema utjecaja na toččnost mjerenjanost mjerenjajednostavni za instaliranjejednostavni za instaliranjevelika tovelika toččnost (obinost (običčno oko 0,05%)no oko 0,05%)CoriolisovaCoriolisova mjerila protoka mogu mjeriti gustomjerila protoka mogu mjeriti gustoćću fluida uspoređujuu fluida uspoređujućći i rezonantnu frekvenciju mjerenog fluida s onom za vodu rezonantnu frekvenciju mjerenog fluida s onom za vodu pad tlaka na mjerilu je pad tlaka na mjerilu je zanemarljivozanemarljivo malimalimogumogućć je velik omjer maksimalnog i minimalnog protoka (100:1) je velik omjer maksimalnog i minimalnog protoka (100:1) dugi vijek trajanja i pouzdanostdugi vijek trajanja i pouzdanost


zbog svoje tozbog svoje toččnosti i pouzdanosti relativno su skupinosti i pouzdanosti relativno su skupipad tlaka kroz mjerilo raste porastom viskoznostipad tlaka kroz mjerilo raste porastom viskoznostiza vrlo viskozne fluide potrebno je provjeriti je li pad tlaka kza vrlo viskozne fluide potrebno je provjeriti je li pad tlaka kod od maksimalnog protoka unutar dopumaksimalnog protoka unutar dopušštenih granicatenih granica

CORIOLISOVA MJERILA PROTOKACORIOLISOVA MJERILA PROTOKAPrimjenaPrimjena::

mjerenje protoka mjerenje protoka kapljevinakapljevina i i plinovaplinovanamjenamješšavanjeavanje sastojaka i aditivasastojaka i aditivamjerenje potromjerenje potroššnje plinanje plinamjerenje protoka kapljevina poput sirupa, ulja, suspenzija i farmjerenje protoka kapljevina poput sirupa, ulja, suspenzija i farmaceutskih proizvoda maceutskih proizvoda


Svojstva Rotametar Coriolis Maseni Razlika tlakova Turbinski Potisni

Čisti plinovi Da Da Da Da Da —

Čiste kapljevine Da Da — Da Da Da

Viskozne kapljevine

Da (posebno umjeravanje) Da — Ne Da (posebno

umjeravanje)

Da, >10 centistoksa

(cSt)

Korozivne kapljevine Da Da — Ne Da Da

Točnost, ± 2-4% PMO 0.05-0.15% očitanja 1.5% PMO 2-3% PMO 0.25-1% očitanja

0.1-0.5% očitanja

Ponovljivost, ± 0.25% PMO 0.05-0.10% očitanja 0.5% PMO 1% PMO 0.1%

očitanja 0.1%

očitanja

Max tlak [bar] Preko 14 Preko 60 Preko 35 7 Preko 350 Preko 280

Max temp. [°C] Preko 120 Preko 120 preko 70 50 preko 150 Preko 80

Pad tlaka srednji mali mali srednji srednji srednji

Prosječna cijena* $200-600 $2,500-5,000 $600-1,000 $500-800 $600-1,000 $600-

1,200

*Cijene variraju s obzirom na temperaturu i tlak te zahtijevanu točnost

Mjerenje brzine i smjera vjetraMjerenje brzine i smjera vjetra•• Vjetrokaz (Vjetrokaz (wind vanewind vane))

• vjetrokaz pokazuje smjer toka zraka (plina)

•• VeksiolidVeksiolid u obliku u obliku ččunja (unja (wwindsockindsock))• pokazuje smjer vjetra i mijenja svoj oblik

ovisno o brzini vjetra

•• Anemometar (Anemometar (ccup up anemometanemometaarr))• Razlika tlakova uzrokuje silu na lončiće koji se rotiraju

proporcionalno brzini vjetra• nedostatci: brzina vjetra samo u jednoj ravnini, spori

odziv

•• ((UUltraltra))zvuzvuččnini anemometanemometaarr• mjerenje brzine zvuka• Mjeri sve 3 komponente smjera vjetra, brz, nema

inercije •• Anemometar s vruAnemometar s vruććom om žžicom (icom (hot wire hot wire aanemometernemometer))

• Gubitak energije grijane žice • Vrlo brz odziv, ali je lomljiv

Documents

MVP_12-13_07_Protok