Rodzaje przemysłowych przepływomierzy są grupowane według zasady fizycznej, którą wykorzystują do określania natężenia przepływu; każda zasada ma swoje medium, budżet strat ciśnienia i klasę dokładności, do której najlepiej pasuje. Dobór niewłaściwej technologii do danego medium jest jednym z najczęstszych (i najdroższych) błędów przyrządowych na terenie zakładu, więc wybór musi zaczynać się od medium, a nie od katalogu.
Przepływomierze różnicy ciśnień (DP) określają przepływ przez zwężenie rury i pomiar spadku ciśnienia na tym ograniczeniu. Ponieważ różnica ciśnień rośnie z kwadratem natężenia przepływu, sygnał przepływu jest proporcjonalny do pierwiastka zmierzonej różnicy ciśnień, co kompresuje rozpiętość pomiarową przy niskich przepływach.
Obie metody wymagają długich prostych odcinków rury przed elementem pomiarowym (ISO 5167 zaleca nawet do 30 średnic rury lub więcej w zależności od współczynnika beta i armatury przed nim), aby utrzymać przewidywalny profil prędkości. Dobrze sprawdzają się przy czystych cieczach, gazach i parze, gdzie umiarkowana trwała strata ciśnienia jest akceptowalna i medium nie zapcha linii poboru pomiarowego.
Przepływomierz Coriolisa wprawia w drgania jedną lub dwie rury i mierzy drobne skrętne odkształcenie wywołane siłą Coriolisa w miarę przepływu medium przez nie. To odkształcenie jest wprost proporcjonalne do przepływu masowego, więc przepływomierz wskazuje przepływ masowy i gęstość bez potrzeby oddzielnej kompensacji temperatury czy ciśnienia. Typowa dokładność to 0,1–0,5% wskazania, przy czym 0,1% jest powszechne w usługach ciekłych, a 0,05% dostępne w wysokiej klasy konstrukcjach — jedne z najlepszych osiągów wśród technologii pomiaru przepływu, co czyni przepływomierze Coriolisa domyślnym wyborem do rozliczeń handlowych (custody transfer) i porcjowania drogich mediów. Wady to wyższy koszt, większe gabaryty i masa przy większych średnicach oraz wrażliwość na obecność gazu w cieczy.
Przepływomierze magnetyczne (mag) wykorzystują prawo Faradaya indukcji elektromagnetycznej: przewodząca ciecz poruszająca się w polu magnetycznym generuje napięcie proporcjonalne do jej prędkości. Nie mają przeszkód w strumieniu, więc strata ciśnienia jest zaniedbywalna, a dobrze radzą sobie z zawiesinami i zanieczyszczonymi cieczami. Warunkiem jest jednak przewodność elektryczna medium — zwykle co najmniej około 5 mikrosiemensów na centymetr (≈5 µS/cm) dla standardowych konstrukcji (niektóre specjalistyczne rozwiązania działają do około 1 µS/cm lub mniej). Z tego powodu przepływomierze mag nie nadają się do węglowodorów, wody dejonizowanej ani większości gazów.
Przepływomierz wirowy umieszcza w strumieniu element oporowy (tzw. bluff body) i zlicza częstotliwość odrywania się wirów za nim. Liczba Strouhala — bezwymiarowy współczynnik łączący częstotliwość odrywania się wirów z prędkością — pozostaje w zasadzie stała w szerokim zakresie liczb Reynoldsa dla dobrze zaprojektowanego elementu, co sprawia, że relacja częstotliwości do prędkości jest liniowa. Poniżej mniej więcej liczby Reynoldsa 10 000 odrywanie wirów staje się nieregularne i przepływomierz traci liniowość, co wyznacza dolną granicę pomiaru. Przepływomierze wirowe działają dla cieczy, gazów i pary i nie mają ruchomych części narażonych na zużycie, ale nie nadają się do bardzo niskich przepływów ani do lepkich cieczy o niskiej liczbie Reynoldsa.
Przepływomierze ultradźwiękowe używają fal dźwiękowych zamiast przeszkody, dzięki czemu możliwe są wersje zaciskane na rurę bez jej przecinania. Istnieją dwie odrębne zasady działania i nie są one zamienne:
| Typ | Zasada | Wymagania co do medium |
|---|---|---|
| Transit-time (przejściowa) | Mierzy różnicę czasu przelotu między impulsami ultradźwiękowymi wysyłanymi pod prąd i z prądem | Czyste, jednofazowe medium (ciecz lub gaz) bez istotnej ilości pęcherzyków ani cząstek stałych |
| Doppler | Mierzy przesunięcie częstotliwości dźwięku odbitego od cząstek lub pęcherzyków | Wymaga obecności zawieszonych cząstek lub pęcherzyków gazu, które odbiją sygnał; nadaje się do zawiesin i ścieków |
Użycie przepływomierza transit-time na brudnym medium lub Dopplera na czystym to częste nieprawidłowe zastosowanie, które daje zawodne wskazania niezależnie od jakości instalacji. Oba typy są powszechnie dostępne w wersjach zaciskanych (clamp-on), nieinwazyjnych. Zaciskane przepływomierze ultradźwiękowe to też praktyczny sposób na szybką kontrolę przepływu podczas badania kawitacji bez konieczności wchodzenia w instalację.
Przepływomierz turbinowy wykorzystuje prędkość medium do obracania wirnika; prędkość wirnika jest proporcjonalna do przepływu objętościowego. Przy czystych warunkach i niskiej lepkości przepływomierze turbinowe osiągają dokładność około 0,5% wskazania. Wydajność pogarsza się, gdy lepkość przekracza mniej więcej 5–10 centystokesów (cSt), ponieważ lepkościowe opory na łożyskach wirnika zaburzają prostą zależność prędkości od przepływu. Zużycie łożysk wskutek ciągłej pracy przy wysokich przepływach lub obecności zawieszonych cząstek stopniowo zwiększa tarcie przy rozruchu, zmienia współczynnik kalibracji i podnosi minimalny mierzalny przepływ, dlatego przepływomierze turbinowe wymagają czystego medium i realnego harmonogramu konserwacji, by zachować deklarowaną dokładność.
Jako lista startowa: stosuj Coriolisa do pomiaru masowego o wysokiej dokładności lub do rozliczeń handlowych, mag do przewodzących cieczy i zawiesin tam, gdzie istotne są zerowe straty ciśnienia, vortex do ogólnego zastosowania przy parze i gazach bez ruchomych części, transit-time ultradźwiękowe do czystych mediów, gdy preferowana jest nieinwazyjna instalacja zaciskana, Doppler ultradźwiękowy do brudnych lub napowietrzonych mediów, turbinowe do czystych cieczy o niskiej lepkości wymagających dobrej dokładności przy umiarkowanym koszcie, a DP (płyta z otworem lub Venturi) tam, gdzie koszt instalacji ma większe znaczenie niż rozpiętość pomiarowa i tolerowalna jest trwała strata ciśnienia.
Dokładność pomiaru to tylko połowa obrazu. Przepływomierz tracący kalibrację, erodująca płyta z otworem czy przepływomierz magnetyczny zanieczyszczony powłoką — to przykłady stanów, które po cichu obniżają OEE zakładu na długo zanim ktokolwiek zauważy to na ekranie sterowania. Fabrico odczytuje stan maszyn i OEE bezpośrednio z linii i automatycznie kieruje zlecenie serwisowe w momencie wykrycia straty, wychwytując tryby awarii, które same czujniki mogą przeoczyć; system jest zbudowany i hostowany w UE z rezydencją danych w UE oraz certyfikatami ISO 27001, 20000-1 i 9001. Umów demo Fabrico.
Przepływomierze różnicy ciśnień, Coriolisa, magnetyczne, wirowe i ultradźwiękowe nie mają ruchomych części w strumieniu medium. Głównym wyjątkiem są przepływomierze turbinowe, które opierają się na obracającym się wirniku.
Nie. Przepływomierze magnetyczne wymagają przewodzącego medium, zwykle co najmniej kilku mikrosiemensów na centymetr, a większość węglowodorów nie spełnia tego progu, więc przepływomierze mag nie mogą ich mierzyć.
Płyta z otworem tworzy gwałtowne zwężenie, od którego przepływ nie odzyskuje płynnie energii, tracąc na stałe około 50–80% różnicy ciśnień. Rura Venturiego dzięki stopniowemu zwężaniu i rozszerzaniu pozwala przepływowi odzyskać większość ciśnienia, tracąc na stałe tylko około 10–20%.
Przepływomierze Coriolisa są powszechnym wyborem do rozliczeń handlowych, ponieważ mierzą przepływ masowy bezpośrednio, z typową dokładnością 0,1–0,5% wskazania i bez potrzeby oddzielnej kompensacji ciśnienia czy temperatury.
Zaloguj
Blog
