Marketinško istraživanje tržišta mjerača protoka. ALI
Ultrazvučni mjerači protoka su uređaji zasnovani na mjerenju efekta ovisnog o protoku koji se javlja kada akustične vibracije prolaze kroz protok tekućine ili plina. Gotovo svi akustični mjerači protoka koji se koriste u praksi rade u ultrazvučnom frekvencijskom opsegu i stoga se nazivaju ultrazvučnim.
Ultrazvučni merač protoka je uređaj čija je direktna namena merenje akustičkih efekata koji se javljaju tokom kretanja supstance čiji se protok meri. Odluka o kupovini ultrazvučnog mjerača protoka je idealna ako želite izmjeriti volumen ili protok bilo koje tekućine koja se prenosi kroz cjevovod pod pritiskom. Ako je potrebno stroga kontrola i računanje pokazatelja kao što su potrošnja hladne ili tople vode, količina isporuke raznih naftnih derivata, plina ili otpada, najbolja opcijaće naručiti ultrazvučne mjerače protoka, koji će vam pomoći da brzo i jednostavno kontrolirate ove parametre.
Većina poslovnih lidera danas se slaže da je cijena mjerača protoka od malog značaja kada je riječ o korporativnoj ekonomiji obima. Savremeni ultrazvučni merač protoka je uređaj koji se odlikuje jednostavnošću i pouzdanošću u radu, kao i visokom preciznošću, što ga čini odlično rješenje po niskoj cijeni.
Dijele se na mjerače protoka zasnovane na kretanju akustičnih vibracija pokretnim medijem i na mjerače protoka zasnovane na Doplerovom efektu, koji se pojavio kasnije. Glavnu raspodjelu primili su mjerači protoka na osnovu mjerenja razlike u vremenu prolaska akustičnih vibracija duž toka i naspram njega. Mnogo rjeđi su ultrazvučni mjerači protoka kod kojih su akustične vibracije usmjerene okomito na tok i mjeri se stepen odstupanja tih vibracija od prvobitnog pravca. Ultrazvučni mjerači protoka zasnovani na Dopleru prvenstveno su namijenjeni za lokalno mjerenje brzine, ali nalaze primjenu i u mjerenju protoka. Njihove mjerne sheme su jednostavnije.
Uz navedena tri tipa ultrazvučnih mjerača protoka, postoje akustični mjerači protoka, koji se nazivaju dugovalni mjerači, koji rade u opsegu zvučnih frekvencija akustičnih vibracija.
Ultrazvučni mjerači protoka se obično koriste za mjerenje volumetrijskog protoka jer su efekti koji se javljaju kada akustične vibracije prolaze kroz protok tekućine ili plina povezane sa brzinom potonjeg. Ali dodavanjem akustičnog pretvarača koji reagira na gustinu mjerene tvari, može se izvršiti i mjerenje masenog protoka. Zadata greška ultrazvučnih mjerača protoka je u širokom rasponu od 0,1 do 2,5%, ali se u prosjeku može procijeniti na 0,5-1%. Mnogo češće se ultrazvučni mjerači protoka koriste za mjerenje brzine protoka tekućine, a ne plina, zbog niskog akustičkog otpora potonjeg i teškoće dobivanja intenzivnih zvučnih vibracija u njemu. Ultrazvučni mjerači protoka su pogodni za cijevi bilo kojeg promjera, od 10 mm ili više.
Postojeći ultrazvučni mjerači protoka su vrlo raznoliki kako u pogledu dizajna primarnih pretvarača tako i mjernih krugova koji se koriste. Prilikom mjerenja protoka čistih tekućina obično se koriste visoke frekvencije (0,1-10 MHz) akustičnih vibracija. Prilikom mjerenja zagađenih materija, frekvencije oscilacija moraju se značajno smanjiti na nekoliko desetina kiloherca kako bi se izbjeglo raspršivanje i apsorpcija akustičnih oscilacija. Neophodno je da talasna dužina bude za red veličine veća od prečnika čvrstih čestica ili vazdušnih mehurića. Niske frekvencije se koriste u ultrazvučnim mjeračima protoka plina.
Emiteri i prijemnici akustičkih oscilacija.
Za uvođenje akustičnih vibracija u tok i njihovo primanje na izlazu protoka potrebni su emiteri i prijemnici vibracija - glavni elementi primarnih pretvarača ultrazvučnih mjerača protoka. Kada se neki kristali (piezoelektrični elementi) sabijaju i rastežu u određenim smjerovima, na njihovim površinama nastaju električni naboji, i obrnuto, ako se na te površine primijeni razlika u električnim potencijalima, piezoelektrični element će se rastegnuti ili skupiti, ovisno o tome koji površine će imati više napona - obrnuti piezoelektrični efekat. Potonji se zasniva na radu emitera koji pretvaraju naizmjenični električni napon u akustične (mehaničke) vibracije iste frekvencije. Direktni piezoelektrični efekat koriste prijemnici koji pretvaraju akustične vibracije u naizmjenične električne napone.
Piezoelektrični efekat je pronađen prvenstveno u prirodnom kvarcu. Ali sada se, gotovo svuda, samo piezokeramički materijali koriste kao emiteri i prijemnici akustičnih vibracija u ultrazvučnim mjeračima protoka, uglavnom barij titanat i olovo-titanat cirkonat - čvrsta otopina cirkonata i titanata, olova, koji imaju veliki piezomodulus i visoku dielektričnu konstantu. , nekoliko stotina puta veći od kvarca. Nakon posebne površinske obrade emitera i prijemnika, oni se prekrivaju slojem metala (u većini slučajeva posrebrenjem). Spojne žice su zalemljene na ovaj sloj.
Da biste dobili intenzivne akustične vibracije, potrebno je raditi na rezonantna frekvencija piezoelektrični element. Kod čistih tekućina preporučljivo je raditi na visokim rezonantnim frekvencijama i stoga treba koristiti tanke piezokeramičke ploče. Za supstance koje sadrže mehaničke nečistoće ili mjehuriće plina, kada je potrebna mala frekvencija, potrebno je koristiti debelu piezokeramiku ili debele metalne ploče koje se lijepe na obje strane tanke piezokeramičke ploče. Emiteri i prijemnici u većini slučajeva se izrađuju u obliku okruglih diskova promjera 10-20 mm, ponekad i manje.
Princip rada i vrste ultrazvučnih mjerača protoka sa oscilacijama usmjerenim duž protoka i protiv njega.
U većini slučajeva, ravnine emitujućih i prijemnih piezoelektričnih elemenata nalaze se pod određenim kutom u odnosu na os cijevi. Prolazak ultrazvuka usmjerenog duž toka i protiv njega karakterizira vrijednost brzine prolaska potrebne udaljenosti i vrijeme provedeno na njegovom prolasku.
Dakle, vremenska razlika je direktno proporcionalna brzini.
Postoji nekoliko načina za mjerenje vrlo male vrijednosti vremena: faza, koja mjeri razliku u faznim pomacima akustičnih oscilacija usmjerenih duž toka i protiv njega (mjeri protoka faza); vremenski impulsna metoda zasnovana na direktnom mjerenju razlike između vremena prolaska kratkih impulsa uzvodno i nizvodno (mjeri protoka vremenskih impulsa); frekvencijska metoda, u kojoj se mjeri razlika između frekvencija ponavljanja kratkih impulsa ili paketa akustičnih vibracija usmjerenih uz i protiv strujanja (mjeri frekvencije protoka). Potonja metoda i njene varijante postale su široko rasprostranjene.
Prema broju akustičkih kanala, ultrazvučni mjerači protoka se dijele na jednosnopne ili jednokanalne, dvosnopne ili dvokanalne i višesnopne ili višekanalne. Prvi imaju samo dva piezoelektrična elementa, od kojih svaki zauzvrat obavlja funkciju zračenja i prijema. Njihova suštinska prednost je odsustvo prostorne asimetrije akustičkih kanala, koja zavisi od razlike u njihovim geometrijskim dimenzijama, kao i od razlike u temperaturi i koncentraciji protoka u njima. Potonji imaju dva emitera i dva prijemnika, formirajući dva nezavisna akustična kanala koja su međusobno paralelna ili ukrštena. Višekanalni se koriste kada je potrebno izmjeriti brzinu protoka deformiranih strujanja ili postići povećanu tačnost, posebno u slučaju korištenja ultrazvučnog mjerača protoka kao referentnog.
Utjecaj profila brzine.
Profil brzine ima značajan uticaj na očitavanja ultrazvučnih mjerača protoka i njihovu grešku. Razmotrimo ovaj efekat za najčešće merače protoka sa ugaonim unosom akustičnih vibracija u jednoj tački. U ovom slučaju, ultrazvučni snop će odgovoriti na brzinu prosječnu po promjeru, koja će uvijek biti veća od prosječne brzine prosječne po površini poprečnog presjeka cjevovoda. Ako se akustične vibracije šalju ne u dijametralnoj ravni, već u ravni koja prolazi kroz bilo koju od akorda. Zaista, kako se tetiva udaljava od prečnika, prosječna brzina preko tetive će se smanjiti, a na određenoj udaljenosti između prečnika i tetive, jednakoj (0,5-0,54) D / 2, brzina u turbulentnoj zoni će postanu jednaki proseku. Sondiranje akorda poboljšava točnost mjerenja protoka, posebno ako se izvodi duž više tetiva, ali u isto vrijeme, dizajn ultrazvučnog mjerača protoka postaje složeniji. Sondiranje duž više tetiva korisno je prvenstveno u referentnim instalacijama, kao i pri mjerenju deformiranih tokova, posebno u cijevima većeg promjera, gdje je teško osigurati dovoljnu dužinu pravi deo. Ovo daje smanjenje greške na 0,1%, ali ovdje, u laminarnom modu, greška se povećava na 3,5%. Veća preciznost se postiže kada se zvuči duž četiri (sl. 1, b, c) ili pet akorda. Postoji nekoliko opcija za lokaciju četiri akorda. U jednoj od njih dvije paralelne tetive nalaze se na udaljenosti od 0,5D/2 od horizontalnog promjera, a dvije paralelne tetive nalaze se na istoj udaljenosti od vertikalnog promjera (slika 1, b). Ovdje su dužine svih tetiva jednake, što pojednostavljuje obradu rezultata mjerenja. U drugoj varijanti (slika 1, c) sve četiri tetive su paralelne, od kojih su dvije na udaljenosti od 0,309D/2, a druge dvije - na udaljenosti od 0,809D>/2 od prečnika.
Slika 1. Šeme rasporeda akorda za akustično sondiranje u ultrazvučnom mjeraču protoka.
Sondiranje duž pet akorda može se izvesti na različite načine. Sondiranje duž pet paralelnih tetiva, čija se lokacija bira prema kvadraturnoj Gaussovoj formuli.
Slika 2. Ultrazvučni merač protoka sa akustičnim sondiranjem duž tri prostorna akorda.
Sondiranje se može izvoditi uzastopno duž pet tetiva raspoređenih na udaljenosti od 0,5D/2 od centra cijevi i smještenih ne u istoj ravni, već u prostoru (slika 2). U prirubnicama 1 i 8 postavljena su dva piezoelektrična elementa 3 i 6 i dva reflektora 2 i 7. Druga dva reflektora 4 i 5 nalaze se na suprotnim stranama zida cijevi. Piezoelektrični element 3 je uvučen kako bi se smanjio efekat akustične smetnje. Projekcije tetiva duž kojih akustički kanali prolaze na presjek okomit na osu cijevi čine jednakostranični trokut. Sa sekvencijalnim sondiranjem, krug za obradu signala je pojednostavljen i eliminisana je reverberantna interferencija, budući da su radni i reflektovani signali vremenski razdvojeni. Višekanalni akustični mjerači protoka mogu pružiti visoku preciznost, ne zahtijevaju eksperimentalnu kalibraciju i mogu se koristiti kao uzorni, ali su složeni i relativno rijetki.
Za konvencionalne ultrazvučne mjerače protoka sa sondiranjem u dijametralnoj ravni, potrebna je ili eksperimentalna kalibracija, ili određivanje faktora korekcije sa dovoljnom preciznošću. Nažalost, to nije tako lako učiniti.
U stvari, vibracije se šire uski prostor, ograničen ravninama koje prolaze kroz dvije tetive, od kojih je svaka odvojena od dijametralne ravni na udaljenosti d / 2 u oba smjera (d je promjer zračivog piezoelektričnog elementa). Osim toga, zbog razlike u brzinama preko poprečnog presjeka cijevi, putanja ultrazvučnog snopa se razlikuje od pravog.
Da bi se poboljšala tačnost ultrazvučnog merača protoka, mlaznica ili konvergentni konus (konfuzer) se može ugraditi ispred pretvarača protoka, koji stvara veoma ujednačen profil brzine na izlazu, pri čemu se množilac može uzeti jednakim jedan. Ovo je posebno potrebno kada je dužina pravog dijela nedovoljna, a samim tim i deformirani profil brzine. Ako postoje otpori u cjevovodu koji kovitlaju tok, tada treba postaviti ispravljač ispred mlaznice ili konfuzora.
Kod malih promjera cijevi, hidrodinamička greška se može eliminirati ako se sa pretvaračem protoka proizvodi pravougaoni kanal i pravokutne piezoelektrične elemente koji stvaraju akustične vibracije po cijelom poprečnom presjeku toka.
Pretvarači ultrazvučnih mjerača protoka.
Pretvornik ultrazvučnog mjerača protoka sastoji se od segmenta cijevi na koji su ugrađena dva ili četiri piezoelektrična elementa. Uz rijetke izuzetke, koriste se diskovi koji daju usmjereno zračenje.
Ako se piezoelektrični elementi ugrađuju izvan cijevi, tada se snop lomi u njezinim zidovima, ali čak i kada su piezoelektrični elementi ugrađeni iznutra, ponekad se smatra da je svrsishodno da se unutarnja šupljina kutnih džepova ispuni zvučnim kanalima od metala ili organsko staklo, u kojem se snop također lomi. Drift treba uzeti u obzir samo kod pretvarača sa refrakcijom snopa, a efekat brzine protoka se može zanemariti.
Obično se promjer piezoelektričnih elemenata uzima u rasponu od 5-20 mm. a njihova debljina zavisi od frekvencije. Kod frekventnih i vremensko-pulsnih mjerača protoka bira se visoka frekvencija od 5-10 MHz, a ponekad i 20 MHz, jer se povećanjem poboljšava tačnost mjerenja. U faznim mjeračima protoka frekvencija se bira tako da se pri maksimalnom protoku može dobiti najveća razlika faza, koja se može mjeriti fazomjerom. Obično se koristi frekvencija od 50 kHz do 2 MHz. Ovo se odnosi na tečnosti. U plinovitim medijima potrebno je smanjiti frekvenciju na stotine i desetine kiloherca zbog teškoće stvaranja intenzivnih akustičkih oscilacija u plinovima, posebno na visokim frekvencijama.
Za male prečnike cevi ponekad se koriste ne diskovi, već prstenasti emiteri i prijemnici.
Na sl. 3 prikazana su glavna kola pretvarača ultrazvučnih mjerača protoka. U prve dvije sheme (sl. 3, a, b) koriste se prstenasti piezoelektrični pretvarači koji stvaraju ne usmjereno, već sferno zračenje. Prvi od ovih kola (a) je jednokanalni, u kojem svaki od dva piezoelektrična elementa zauzvrat emituje i prima akustične vibracije. Drugo kolo (b) je dvokanalno, srednji piezoelektrični element emituje, a dva krajnja primaju.
Slika 3. Šeme pretvarača ultrazvučnih mjerača protoka.
Sferni pretvarači zračenja koriste se samo u cijevima vrlo malog promjera kako bi se dobila dovoljna dužina mjernog dijela, koja bi bila vrlo mala za male prečnike da se usmjereno zračenje uvodi pod kutom. Veća dužina se može dobiti i kod disk pretvarača, ako je zračenje usmjereno duž ose cijevi (sl. 3, c, d), ako postoji višestruka refleksija vala od stijenke cijevi (slika 3, g ), ako se koriste reflektori (sl. 3, e) ) ili specijalni talasovodi (sl. 3, f). Potonji su posebno prikladni kada je potrebno zaštititi piezoelektrični pretvarač od agresivno okruženje. Šema prema sl. 3, d - dvokanalni, ostatak - jednokanalni. Šeme s kutnim unosom usmjerenih akustičnih vibracija se mnogo češće koriste. Na sl. 3, zh-k prikazuje jednokanalni, a na sl. 3, l, m - dvokanalne šeme. U većini slučajeva (sl. 3. g-i, l, m) cjevovodi su opremljeni posebnim udubljenjima - džepovima, u dubini kojih se postavljaju piezoelektrični elementi. Šupljine džepova mogu biti slobodne (sl. 3, g, h, l, l) ili ispunjene akustičnim provodnikom od metala ili organskog stakla (sl. 3, i). U nekim slučajevima (slika 3, j) piezoelektrični elementi se nalaze izvan cevovoda. Oni prenose akustične vibracije kroz metalnu, a ponekad i tečnu, akustičnu cijev zida cijevi i dalje do mjerene tvari. Pretvarači prema dijagramima na sl. 3, i, k rade sa lomom zvučnog snopa. Posebno kolo pretvarača sa višestrukom refleksijom prikazano je na sl. 3, f. Da bi povećao putanju, zvučni snop se kreće cik-cak, odbijajući se od suprotnih zidova kanala. Takav pretvarač je proučavan kada radi u malim kvadratnim i okruglim kanalima.
Transduktori sa slobodnim džepovima koriste se samo za čiste i neagresivne medije kako bi se izbjeglo začepljenje. Međutim, neke kompanije obezbjeđuju vodosnabdijevanje za čišćenje. Njihov drugi nedostatak je mogućnost formiranja vrtloga i uticaj na profil brzine.
Refraktorski pretvarači (sl. 3, i, j) nemaju ovih nedostataka. Osim toga, pomažu u smanjenju greške reverberacije, jer sprječavaju da reflektirane vibracije dođu do prijemnog elementa. Ali s promjenom temperature, tlaka i sastava mjerene tvari mijenjat će se ugao prelamanja i brzina zvuka u materijalu zvučnog kanala.
Primjer jednostavnog dizajna sklopa piezoelektričnog elementa za pretvarač potrošnje plinskog benzina prikazan je na sl. 4.
Slika 4. Pretvornik mjerača protoka.
Unutar cijevi 3, pričvršćene na rešetku 2, prolaze provodnici 4, od kojih je jedan spojen na centar piezoelektričnog elementa diska 7, a drugi je spojen na njegove rubove pomoću kontakata 6 od folije. Sve je to ispunjeno epoksidnom smjesom 5 i zaštićeno fluoroplastičnim omotačem 1. Višegodišnji rad u fabrici potvrdio je pouzdanost ovog uređaja.
Složeniji je dizajn sklopa pretvarača s tekućim zvučnim vodom koji se nalazi izvan cjevovoda. Takav pretvarač je dizajniran za cijevi promjera 150 mm i koristi se za mjerenje protoka fluida u rasponu od 20-200 m3 / h pri pritisku od 0,6 MPa; koristi se u mjeračima protoka za male cijevi.
Slika 5. Pretvornik sa prstenastim piezoelektričnim elementima za cijevi malog promjera.
Unutar izolacijske čahure nalazi se disk piezoelektrični element promjera 20 mm. Pritisnut je uz membranu od pleksiglasa. Nadalje, akustične vibracije se prenose kroz ulje kompresora i zid cjevovoda do mjerene tvari. Ulje se puni u šupljinu koju formiraju telo i platforma uglačana u zidu cevovoda.
Fazni ultrazvučni mjerači protoka nazivaju se ultrazvučnim mjeračima protoka koji se temelje na ovisnosti faznih pomaka ultrazvučnih vibracija koje nastaju pri prijemu piezoelemenata, o razlici u vremenu koje ove vibracije putuju na istu udaljenost duž toka tekućine ili plina u pokretu i protiv njega. Zaista, pod uslovom da su početne faze obe oscilacije, koje imaju period i frekvenciju, potpuno iste.
Predložene su i implementirane mnoge šeme jednokanalnih i dvokanalnih faznih mjerača protoka. U jednokanalnim mjeračima protoka, krugovi za prebacivanje piezoelektričnih elemenata sa zračenja na prijem su vrlo raznoliki, a posebno su to kola s istovremenim slanjem kratkih ultrazvučnih paketa i simultanim prebacivanjem piezoelektričnih elemenata sa zračenja na prijem. Slična shema se koristi u jednokanalnom mjeraču protoka dizajniranom za mjerenje brzine protoka suspenzije polietilena u benzinu u cijevi promjera 150 mm, Q = 180 m/h, frekvencija oscilacija od 1 MHz. Ugao snopa 22°. Zadata greška je ±2%. Piezoelektrični elementi se nalaze izvan cijevi (vidi sliku 3, j). Elektronsko kolo mjerača protoka uključuje sklopni uređaj; glavni oscilator; dva generatora amplitudno modulisanih oscilacija napajanih piezoelektričnim elementima; uređaj za podešavanje faze, koji se sastoji od graničnog pojačala, pojačivača snage, reverzibilnog motora, faznog pomerača i faznog razdjelnika; mjerni fazometar i sinhronizacijski fazometar, od kojih se svaki sastoji od katodnog sljedbenika, selektorskih pojačala, faznog detektora i kola za automatsku kontrolu pojačanja.
U mjeraču protoka dizajniranom za kontrolu nafte i naftnih derivata, piezoelektrični elementi se prebacuju sa zračenja na prijem pomoću multivibratora koji kontrolira modulatore glavnog oscilatora. Poseban generator stvara niskofrekventni sinusoidni napon, iz kojeg se formiraju pravokutni impulsi u uređaju za okidanje. Zadnja ivica ovih impulsa se koristi za uključivanje multivibratora.
U krugu mjerača protoka ultrazvučne vibracije frekvencije od 2,1 MHz za 500 µs šire se jedna prema drugoj uz fazni pomak od 180°, nakon čega multivibrator prebacuje piezoelektrične elemente iz emitivnog u prijemni način. U drugom stranom mjeraču protoka, prebacivanje se vrši posebnim generatorom koji stvara signale dva oblika. Jedan od signala uključuje generator koji pobuđuje oscilacije piezoelektričnih elemenata, drugi signal prebacuje piezoelektrične elemente na prijem. Primljene oscilacije nakon pojačanja se pretvaraju u impulse pravougaonog oblika. Nakon prolaska kroz detektor faznog pomaka, širina izlaznog impulsa je proporcionalna ovom pomaku. Na izlazu nakon ispravljanja imamo istosmjerni napon proporcionalan protoku. Frekvencija oscilovanja je 4,2 MHz, frekvencija prebacivanja piezoelektričnih elemenata je 4,35 kHz. Ugao nagiba piezoelektričnih elemenata je 300. Promjer cijevi je 100 mm.
Zbog složenosti većine shema za prebacivanje piezoelektričnih elemenata sa zračenja na prijem, stvoreni su fazni jednokanalni mjerači protoka koji ne zahtijevaju prebacivanje. U takvim mjeračima protoka, oba piezoelektrična elementa kontinuirano emituju ultrazvučne vibracije dvije različite, ali vrlo bliske frekvencije, na primjer, 6 MHz i 6,01 MHz.
Slika 6. Šema faznog ultrazvučnog merača protoka.
Jednostavnija elektronska kola imaju dvokanalne fazne mjerače protoka. Na sl. 6 prikazuje dijagram dizajniran za mjerenje protoka tečnosti u cijevima čiji je D jednak 100 i 200 mm, a projektovan za Qmax jednak 30; pedeset; 100; 200 i 300 m3/h. Frekvencija 1 MHz, maksimalna fazna razlika (2-2,1) rad. Greška mjerača protoka +2,5%. Generator G je pomoću odgovarajućih transformatora spojen na piezoelektrične elemente I1 i I2. Ultrazvučne vibracije koje emituju ove poslednje prolaze kroz tečne talasovode 1, membrane 3, hermetički postavljene u zidove cevovoda 4, prolaze kroz merenu tečnost 2, a zatim kroz membrane 5 i tečne talasovode 6 ulaze u prijemne piezoelemente P1 i P2. Potonji na izlazu su povezani na fazno-metričko kolo kao dio FV faznog regulatora; dva identična pojačala U1 i U2 upravljana automatskim upravljačkim jedinicama AGC1 i AGC2; fazni detektor PD i mjerni uređaj (potenciometar) RP. PV fazni regulator je dizajniran za podešavanje početne tačke detektora faze i korekciju nule. Smanjena greška merača protoka je ±2,5%.
Fazni mjerači protoka su nekada bili najčešći ultrazvučni mjerači protoka, ali se sada pretežno koriste drugi mjerači protoka, pomoću kojih se može postići veća preciznost mjerenja.
Frekvencijski ultrazvučni mjerači protoka.
Frekvencijski ultrazvučni mjerači protoka nazivaju se ultrazvučni mjerači protoka zasnovani na ovisnosti razlike u frekvencijama ponavljanja kratkih impulsa ili paketa ultrazvučnih vibracija o razlici u vremenu koje ove vibracije putuju na istu udaljenost duž protoka tekućine ili plina u pokretu i protiv toga.
U zavisnosti od toga da li se mjere frekvencijske razlike paketa ultrazvučnih vibracija ili kratkih impulsa koji prolaze kroz tekućinu ili plin, mjerači protoka se nazivaju frekvencijski burst ili frekvencijski puls. dijagram strujnog kola potonji sa dva akustična kanala prikazan je na Sl. 7. Generator G stvara visokofrekventne oscilacije (10 MHz), koje nakon prolaska kroz modulatore Ml i M2 odlaze do piezoelektričnih elemenata I1 i I2. Čim prve električne oscilacije koje stvaraju piezoelektrični elementi P1 i P2, prošavši kroz pojačala U1 i U2 i detektore D1 i D2, stignu do modulatora M1 i M2, potonji, koji rade u režimu okidača, blokiraju prolaz. oscilacija od generatora G do piezoelektričnih elemenata I1 i I2. Modulatori se ponovo otvaraju kada ih dostigne posljednja oscilacija. Instrument spojen na stepen miješanja Cm mjerit će razliku frekvencije.
Slika 7. Dvokanalni merač protoka sa brzinom frekvencije.
U frekventno-pulsnim mjeračima protoka, generator ne generiše kontinuirane oscilacije, već kratke impulse. Potonji dolaze do zračećih piezoelektričnih elemenata u intervalima jednakim vremenu prolaska ultrazvuka duž i protiv brzine protoka. Imaju frekvencije dvostruko veće od frekvencijskih mjerača protoka.
Beznačajna razlika u frekvenciji kod frekventnih mjerača protoka je značajan nedostatak koji otežava precizno mjerenje.
Stoga je predloženo nekoliko metoda za povećanje frekvencijske razlike, implementirane u frekventnim mjeračima protoka, izgrađenim u većini slučajeva prema jednokanalnoj shemi. Ove metode uključuju izdvajanje harmonika iz frekvencija i mjerenje frekvencije razlike, kao i množenje razlike k puta prije ulaska u mjerni uređaj. Metode množenja diferencijalne frekvencije mogu biti različite.
Slika 8. Šema jednokanalnog frekventnog mjerača protoka.
Na sl. Na slici 8 prikazan je dijagram na kojem se mjeri frekvencijska razlika dva kontrolirana generatora, čiji se periodi, korištenjem automatske kontrole frekvencije, postavljaju na puta manje od vremena širenja ultrazvučnih vibracija u smjeru brzine strujanja i protiv nje. Jednokanalni pretvarač protoka ima piezoelektrične elemente 1 i 2, na koje se naizmjence primaju impulsi: na prvi od generatora 4 s periodom ponavljanja T1, a na drugi od generatora 8 s periodom ponavljanja T2. Vrijeme prolaska akustičkih impulsa u cjevovodu duž toka t1 i protiv njega t2 je k puta duže od perioda T1 i T2, respektivno. Stoga će u toku istovremeno biti k impulsa. Prilikom slanja akustičnih impulsa duž toka, prekidač 5 istovremeno povezuje piezoelektrični element 1 na generator 4, a piezoelektrični element 2 na pojačivač prijemnih signala 6. Kada se impulsi šalju nazad, generator 8 se priključuje na piezoelektrični element 2, a pojačalo 6 piezoelektrični element 1. Sa izlaza pojačavača 6 impulsi stižu na ulaz vremenskog diskriminatora 10, koji istovremeno prima impulse od generatora 4 ili 8 preko prekidača 9, koji stvaraju referentni napon na diskriminatoru. Napon na izlazu diskriminatora je nula ako impulsi iz pojačivača 6 stignu istovremeno sa impulsima iz generatora. U suprotnom će se na izlazu diskriminatora pojaviti napon čiji polaritet zavisi od toga da li zaostaju ili zaostaju referentni impulsi iz pojačivača 6. Ovaj napon se preko prekidača 11 preko pojačivača dovodi do reverzibilnih motora 3 ili 7, koji mijenjaju frekvencija impulsa generatora 4 i 8 sve dok napon na izlazu diskriminatora ne postane nula. Frekvencijska razlika između impulsa generiranih od strane generatora 4 i 8 mjeri se frekventnim mjeračem 12. Mjerači protoka slični onome o kojem se raspravlja ponekad se nazivaju mjerači vremenske frekvencije.
Drugi način množenja razlike frekvencije je mjerenje frekvencijske razlike dva visokofrekventna generatora, od kojih je period oscilacije jednog proporcionalan vremenu prolaska akustičnih oscilacija u smjeru strujanja, a drugog proporcionalan vrijeme prolaska akustičkih oscilacija protiv strujanja. Nakon prolaska kroz razdjelnik, dva impulsa se šalju svakih 6 ms, razdvojena vremenom. Prvi impuls prolazi duž toka (ili protiv njega) i, nakon pojačanja, ulazi u kolo poređenja, gdje se drugi impuls također dovodi bez prolaska kroz akustički put. Ako ova dva impulsa ne stignu istovremeno, tada se uključuje uređaj koji reguliše frekvenciju jednog generatora sve dok oba impulsa ne stignu u kolo za poređenje u isto vrijeme. I to će biti kada će period ovih impulsa biti jednak. Greška mjerenja protoka ne prelazi ±1%.
U razmatranim jednokanalnim frekvencijsko-impulsnim mjeračima protoka dolazi do naizmjeničnog prebacivanja impulsa usmjerenih duž toka i protiv njega. Ovo zahtijeva precizno mjerenje i pohranjivanje autocirkulacijskih frekvencija impulsa uzvodno i nizvodno sa naknadnim mjerenjem razlike. Osim toga, neistovremeno sondiranje uzvodno i nizvodno može dati grešku zbog promjena u hidrodinamičkim svojstvima toka.
Ovi nedostaci su lišeni jednokanalnih mjerača protoka u kojima se ultrazvučni signali istovremeno autokruže duž protoka i protiv njega, koji su potpuno neinercijski.
Ovo isključuje velike greške svojstvene metodama pohranjivanja frekvencija autocirkulacije ultrazvučnih signala duž toka i protiv njega, nakon čega slijedi izdvajanje signala razlike u frekvencijama autocirkulacije, izdvajanje signala razlike frekvencije na osnovu podešavanja frekvencije generatora, o obrnutom brojanju impulsa, itd. Osim toga, mjerači protoka omogućavaju automatski nastavak rada u slučaju kvara kola zbog pojave akustične neprozirnosti tvari u cijevi (pojava gasne faze potpuni ili djelomični gubitak tekućine), mjerači protoka pokazuju smjer protoka i mjere protok u oba smjera protoka. Merač protoka je pokazao dobre performanse u dugotrajnom fabričkom radu, smanjena greška merača protoka ne prelazi ±0,5%. Mjerač protoka je dizajniran za dinamičko mjerenje potrošnje goriva u motorima aviona, kao i za mjerenje goriva u kamionima. Rezultati ispitivanja su pokazali da se mjerenja mjeračem protoka nisu promijenila naglim okretanjem protoka pod uglom od 90° na udaljenosti od jednog nominalnog prečnika ispred pretvarača u ravnini ose pretvarača i ose pretvarača. piezoelektrični elementi, odnosno dužine ravnih cijevnih dijelova uopće nisu potrebne. Prijelazno područje protoka u pretvaraču nalazilo se u početnom dijelu kalibracijske karakteristike mjerača protoka. Nije bilo oštrog savijanja ili prekida karakteristike u početnom presjeku; početni dio kalibracijske karakteristike je bio isti. Uređaj ima vrlo visoku konvergenciju mjerenja. Sve četiri cifre rezultata dva ili tri uzastopna merenja ponovljene su u različitim tačkama mernog opsega sa stalnim protokom.
Vremenski pulsni ultrazvučni mjerači protoka.
Nazivaju se vremenski pulsni ultrazvučni mjerači protoka, u kojima se mjeri razlika u vremenima kretanja kratkih impulsa u smjeru protoka i naspram njega duž dužine puta.
Vremenski impulsni mjerači protoka su u većini slučajeva jednokanalni i rade na vrlo kratkim impulsima u trajanju od 0,1-0,2 μs, koji se šalju jedan prema drugom naizmjenično ili istovremeno sa frekvencijom od, na primjer, 0,5 kHz.
Slika 9. Šema jednokanalnog vremensko-pulsnog mjerača protoka.
Na sl. 9 prikazuje pojednostavljeni dijagram jednog vremenskog impulsnog merača protoka. Generator G stvara impulse s amplitudom od 700 V, trajanjem od 0,2 μs i brzinom ponavljanja od 800 Hz, koji se zauzvrat napajaju piezoelektričnim elementima P1 i P2 pomoću vibratora V1 i V2, koji rade na frekvenciji od 400 Hz. . Potonji šalju brzo opadajuće ultrazvučne impulse u tekućinu, a vibratori B1 i B2 uključuju punjače ZU1 ili ZU2. Iz generatora G, impuls se istovremeno dovodi na piezoelektrični element P1 i impuls na okidač ZU2. postavljajući ga u aktivno stanje provodljivosti. Time se uključuje uređaj C2, koji generiše pilasti napon za vrijeme prolaska ultrazvuka kroz mjerenu supstancu. Maksimalna vrijednost ovog napona je proporcionalna vremenu. U trenutku dolaska ultrazvučnog impulsa na piezoelektrični element P2, uređaj C2 se isključuje. Na isti način, tokom prolaska ultrazvučnog impulsa uzvodno od P2 do P1, uređaj C1 generiše napon proporcionalan vremenu. Razliku napona mjeri DUT. Ovaj ciklus se ponavlja 400 puta u sekundi. Ukupna greška mjerenja protoka je ±0,5%.
U jednom domaćem vremenskom pulsnom mjeraču protoka, kako bi se poboljšale dinamičke karakteristike i eliminirala mogućnost greške zbog asimetrije, kratki impulsi se istovremeno primjenjuju na oba piezoelektrična elementa, koji pobuđuju ultrazvučne vibracije koje se kreću jedna prema drugoj. Nakon što dođu do suprotnih piezoelektričnih elemenata, u njima se formiraju električni impulsi, koji zajedno s impulsima iz generatora prolaze kroz pojačala i oblikovalce, nakon čega ulaze u uređaj koji stvara napon proporcionalan vremenu.
Ultrazvučni mjerači protoka sa korekcijom za brzinu zvuka i gustinu mjerene tvari.
Prethodno razmatrani ultrazvučni mjerači protoka koriste se za mjerenje volumetrijskog protoka. Za mjerenje masenog protoka potrebno je imati poseban dodatni piezoelektrični element pobuđen na rezonantnoj frekvenciji, koji šalje akustične vibracije u mjerenu tvar. Napon koji se uklanja iz njega proporcionalan je specifičnom akustičkom otporu tvari, ako je potonji mnogo manji od otpora generatora. Množenjem električnog signala koji generira ovaj piezoelektrični element sa signalom proporcionalnim zapreminskom protoku, dobijamo izlazni signal proporcionalan masenom protoku. Sličan uređaj, koji se koristi u mjeraču protoka sa akustičnim vibracijama okomitim na protok, prikazan je ispod na Sl. trinaest.
Da bi se uklonila greška zbog promjene brzine ultrazvuka c u mjerenoj tvari u faznim i vremenskim impulsnim mjeračima protoka, koriste se posebne sheme korekcije. U tu svrhu se na suprotnim krajevima promjera cjevovoda ugrađuje dodatni par piezoelektričnih elemenata. Vrijeme prolaska akustičnih oscilacija između njih obrnuto je proporcionalno brzini. Odgovarajući korektivni mjerni signal je proporcionalan brzini. Postavljen je na kvadrat i glavni signal mjerača protoka je podijeljen na njega. Očigledno je da će rezultirajući signal biti proporcionalan brzini i neće ovisiti o brzini ultrazvuka. Slika 10 prikazuje dijagram takvog jednokanalnog faznog mjerača protoka. Softverski uređaj PU obezbeđuje naizmenično napajanje električnih oscilacija frekvencije 1/3 MHz sa generatora G i na piezoelektrične elemente P1 i P2 preko prekidača K. Primljene vibracije od ovih piezoelemenata dolaze preko prekidača K, prijemnog uređaja. P i frekventni pretvarač CH2, koji smanjuje frekvenciju na 1/3 kHz, u IF metar faznog pomaka između njih i originalnih oscilacija koje dolaze od generatora G preko frekventnog pretvarača CH1. Uređaj And mjeri razliku faznog pomaka proporcionalnu vremenskoj razlici između prolaska ultrazvuka uzvodno i nizvodno i generiše signal proporcionalan brzini.
Slika 10. Šema faznog jednokanalnog mjerača protoka sa korekcijom brzine zvuka.
Piezoelektrični elementi PZ i P4 imaju vlastiti generator-pojačalo GU i proizvode signal proporcionalan vremenu prolaska ultrazvuka između njih i, stoga, proporcionalan brzini zvuka. Kod IC uređaja signal se dijeli s kvadratom signala, a signal proporcionalan brzini ulazi u IP mjerni uređaj. Njegova relativna greška je 1%.
Postoje šeme sa kompenzacijom za uticaj brzine ultrazvuka za vremenske pulsne merače protoka.
Očitavanja frekvencijskih mjerača protoka ne zavise od vrijednosti brzine zvuka i stoga ovdje nije potrebna korekcija brzine ultrazvuka. Ali ako mjerač protoka frekvencije mjeri maseni protok, tada je potreban piezoelektrični element koji radi na rezonantnoj frekvenciji. Uz njegovu pomoć formira se signal proporcionalan otporu tvari, iz kojeg se mora isključiti množitelj brzine. Da bi se to postiglo, u kolo se uvodi blok za dodavanje frekvencija ponavljanja impulsa ili paketa akustičkih oscilacija duž toka i protiv njega, imajući u vidu da je zbir frekvencija proporcionalan brzini. Dijagram takvog frekventnog mjernog protoka prikazan je na Sl. jedanaest.
Slika 11. Šema mjerača masenog protoka frekvencijskog paketa.
Ultrazvučni mjerači protoka sa vibracijama okomitim na kretanje.
Ovi ultrazvučni mjerači protoka se značajno razlikuju od onih koji su prethodno razmatrani po tome što ne postoje akustične vibracije usmjerene duž toka i protiv njega. Umjesto toga, ultrazvučni snop se usmjerava okomito na protok i mjeri se stepen odstupanja zraka od okomitog smjera, ovisno o brzini i tvari koja se mjeri. Samo jedan piezoelektrični element emituje akustične vibracije. Ove vibracije percipiraju jedan ili dva piezoelektrična elementa.
Slika 12. Šema mjerača protoka sa zračenjem okomitim na osu cijevi: a) - sa jednim prijemnim piezoelektričnim elementom, b) - sa dva prijemna piezoelementa;
(1- generator; 2 - emitujući piezoelektrični element; 3, 5 - prijemni piezoelementi; 4 - pojačalo)
Sa jednim prijemnim elementom (slika 12, a), količina akustične energije koja ulazi u njega će se smanjivati sa povećanjem brzine, a izlazni signal pojačala će pasti. U jednom radu je naznačeno da signal postaje jednak nuli pri brzini = 15 m/s (prečnik piezoelektričnih elemenata 20 mm, frekvencija 10 MHz). Sa dva prijemna piezoelektrična elementa 3 i 5 (slika 12, b), smještena simetrično u odnosu na emiter 2, izlazni signal diferencijalnog pojačala 4 raste sa povećanjem brzine. Pri brzini = 0, ovdje je izlazni signal jednak nuli zbog jednakosti akustične energije dovedene piezoelektričnim elementima 3 i 5 uključenim jedan prema drugom. Razmatrani mjerači protoka su jednostavnog dizajna. Bolja je shema s diferencijalnim uključivanjem piezoelektričnih elemenata. Poboljšava stabilnost očitavanja, što je narušeno u kolu s jednim prijemnim piezoelektričnim elementom. promjena koeficijenta apsorpcije pod utjecajem slučajnih uzroka. Međutim, tačnost mjerenja protoka ograničena je niskom osjetljivošću same metode.
Slika 13—Šematski merač protoka sa više refleksije.
U tom smislu predlažu se mjerači protoka s brojnim refleksijama akustičnih vibracija sa stijenki cijevi. Vibracije nisu usmjerene okomito na osu cijevi, već sa njom formiraju mali ugao (Sl. 13). Putanja ultrazvučnog snopa pri brzini = 0 prikazana je kao puna linija. U ovom slučaju, oba prijemna piezoelektrična elementa primaju istu količinu akustične energije, a na izlazu diferencijalnog pojačala UD nema signala. Putanja zraka kada se pojavi brzina v prikazana je isprekidanom linijom. Što je veća brzina, to više energije prima lijevi prijemni piezoelektrični element u odnosu na desni i to će veći signal biti na izlazu UD pojačala. Iz generatora G signali stižu do emitera 3 i prekidača K. Pomoćni piezoelektrični element, pobuđen na rezonantnoj frekvenciji, daje signal proporcionalan zvučnoj impedanciji tvari koja se mjeri. Ovaj signal kroz kolo i detektor DC korekcije ulazi u računski uređaj VU. Ovdje se množi glavnim signalom, koji je proporcionalan brzini, koji dolazi iz UD pojačivača preko detektora D. Rezultirajući signal, koji je proporcionalan brzini, odnosno protoku mase, mjeri MP uređaj . Osjetljivost takvog mjerača protoka je prilično visoka, ali njegova očitanja ovise o stanju (korozija i kontaminacija) reflektirajućih površina cijevi.
Ultrazvučni mjerači protoka za posebne namjene.
Ultrazvučna metoda nalazi primenu ne samo za merenje protoka tečnosti i gasova koji se kreću u cevovodima, već i za merenje brzina i protoka ovih supstanci u otvorenim kanalima i rekama, u rudarskim radovima i meteorološkim instalacijama. Osim toga, postoje razvoji prijenosnih mjerača protoka dizajniranih za ugradnju izvan cjevovoda.
Slika 14. Prijenosni ultrazvučni pretvarač protoka.
Mjerenje protoka zraka u rudnicima. Dva piezoelektrična elementa postavljena na istom zidu rudnika rade direktno akustičko zračenje niske frekvencije (16-17 kHz) u suprotnim smjerovima. Prijemni piezoelektrični elementi nalaze se na drugom zidu na velikim (5-6 m) udaljenostima od emitera magnetostriktivnog tipa.
Mjerenje brzine zraka u meteorološkim instalacijama. Akustičke metode za mjerenje brzine zraka sve se više uvode u meteorološku praksu. Razvijaju se posebni dizajni pretvarača za upotrebu u meteorološkim instalacijama. U jednom od njih, piezokeramički radijalno polarizirani prsten stvara neusmjereno zračenje u ravni okomitoj na os simetrije.
Greške mjerača protoka zasnovane na pomaku akustičnih vibracija.
Netačno obračunavanje profila brzine. Ova greška proizilazi iz nejednakosti prosječne brzine protoka mjerene tvari prosječne brzine duž putanje akustičkih vibracija. Ovu nejednakost uzima u obzir faktor korekcije čiju je tačnu vrijednost teško odrediti. U području prijelaza iz laminarnog u turbulentni režim, promjena faktora korekcije je još značajnija. Stoga, ako se tokom kalibracije uređaja usvoji konstantna vrijednost faktora korekcije, koja odgovara prosječnoj ili drugoj vrijednosti protoka, tada se pri drugim brzinama protoka javlja dodatna greška mjerenja. Kod deformisanih tokova, pravu vrijednost faktora korekcije je posebno teško odrediti. U tom slučaju treba koristiti pretvarače protoka, u kojima se akustične vibracije usmjeravaju duž četiri tetive (vidi sliku 1), ili treba ugraditi mlaznicu ili konfuzer koji ispravlja dijagram brzina.
Promjena brzine ultrazvuka. Brzina ultrazvuka c u tečnostima i gasovima zavisi od gustine ovih potonjih, koja se menja sa temperaturom, pritiskom i sastavom ili sadržajem (koncentracijom) pojedinih komponenti. Za tečnosti, brzina praktično zavisi samo od temperature i sadržaja. Promjena brzine je bitna za fazne i vremensko-pulsne mjerače protoka. Za njih, greška u mjerenju brzine protoka od promjene c može lako doseći 2-4% ili više, jer kada se brzina promijeni za 1%, greška se povećava za 2%. Za mjerače protoka sa zračenjem okomitim na osu cijevi, greška je dva puta manja. Kod frekventnih mjerača protoka, promjena vrijednosti brzine ima vrlo mali utjecaj na rezultate mjerenja.
Moguće je eliminisati uticaj promene brzine na očitavanja faznih i vremensko-pulsnih merača protoka, kao i merača protoka sa zračenjem okomitim na osu cevi, bilo primenom odgovarajućih šema korekcije ili prelaskom na merenje masenog protoka.
U prvom slučaju uvodi se dodatni akustični kanal, okomito na os cijevi. Za fazne mjerače protoka, odgovarajući krug je dat na sl. 10. Prilikom mjerenja masenog protoka uvodi se dodatni piezoelektrični element za mjerenje akustičkog otpora medija, koji je proporcionalan otporu tvari (vidi slike 11 i 13).
Kod pretvarača sa refrakcijom djelomična kompenzacija utjecaja c je moguća odabirom materijala eudukta i ugla a njegove lokacije. Kompenzacija nastaje zbog temperaturnog efekta mjerenja indeksa loma na vremensku razliku u fazi i vremenskom impulsu. merača protoka je suprotan direktnom uticaju na vreme promene brzine. Ali sa značajnim promjenama temperature, ova metoda je neučinkovita zbog nestabilnosti temperaturnih koeficijenata. Ova metoda ima nešto veće mogućnosti kod postavljanja piezoelektričnih elemenata izvan cijevi i korištenja tekućih zvučnih vodova.
Asimetrija elektronsko-akustičkih kanala. Kod dvosmjernih mjerača protoka neizbježna je određena asimetrija akustičnih kanala, što može uzrokovati značajnu grešku u mjerenju razlike u vremenima kretanja u smjeru protoka i protiv njega. Vremenska greška je zbir vremenske greške uzrokovane razlikom u geometrijskim dimenzijama kanala, zbog razlike u gustoći mjerene tvari u njima.
Greške geometrijske asimetrije mogu se kompenzovati pri nultom protoku. Ali ako brzine pri kojima je ova kompenzacija odstupaju, greška će se ponovo pojaviti, iako u znatno manjoj mjeri. Da bi se smanjila greška, moguće je da su oba akustična kanala locirana bliži prijatelj prijatelju. U tom pogledu, kola sa kanalima raspoređenim paralelno (vidi sliku 3, k) su bolja od kola sa akustičnim kanalima koji se ukrštaju (vidi sliku 3, l). Najveća greška se može pojaviti u kolu sa tri piezoelektrična elementa (vidi sliku 3, b). Sa malim promjerima cijevi i niskofrekventnim, a samim tim i slabo usmjerenim zračenjem, kada je teško koristiti pretvarač ugaoni tip, potrebno je primijeniti posebne mjere kako bi se održala jednakost temperatura u oba kanala. Dakle, pri mjerenju malog protoka katrana ugljena koji sadrži čvrste čestice i vlagu, frekvencija akustičnih oscilacija je uzeta jednakom 0,1 MHz, a pretvarač protoka je napravljen prema krugu prikazanom na sl. 194, g. Za izjednačavanje temperature u kanalima udaljenim jedan od drugog, oni se buše u masivnom metalnom bloku prekrivenom toplotnom izolacijom.
Dopler ultrazvučni mjerači protoka.
Doplerovi mjerači protoka su zasnovani na mjerenju doplerove frekvencijske razlike ovisno o protoku koja se javlja kada se akustične vibracije reflektiraju nehomogenostima protoka. Razlika u frekvenciji ovisi o brzini čestice koja reflektira akustične vibracije i brzini širenja tih vibracija.
Kod simetričnog rasporeda emitujućih i prijemnih piezoelektričnih elemenata (slika 15) u odnosu na brzinu ili, što je isto, osu cijevi, uglovi nagiba su međusobno jednaki.
Slika 15. Šema Doplerovog pretvarača protoka (1,2 - emitujući i prijemni piezoelektrični element)
Dakle, izmjerena frekvencijska razlika može poslužiti za mjerenje brzine reflektorske čestice, odnosno za mjerenje lokalne brzine strujanja. Ovo dovodi dopler ultrazvučne mjerače protoka bliže drugim mjeračima protoka zasnovanim na lokalnim brzinama. Za njihovu primjenu potrebno je poznavati odnos između brzine i čestica reflektora i prosječne brzine strujanja. U jednom radu razmatra se mogućnost primjene Doplerove metode za mjerenje brzina u više tačaka u dijametralnom presjeku toka, odnosno za dobivanje profila brzine. Da bi to učinio, emiter u tok šalje akustične impulse u trajanju od 0,1-1 μs i frekvencijom od 15-23 kHz. Prijemnik se otvara samo na trenutak nakon vremena kašnjenja nakon što je impuls poslan. Mjerenjem vremena kašnjenja može se dobiti informacija o brzini čestica koje se nalaze u različitim tačkama poprečnog presjeka strujanja.
Kod malih promjera cijevi (manje od 50-100 mm) postoje Doplerovi mjerači protoka, u kojima su dužine emitujućih i prijemnih piezoelektričnih elemenata jednake unutrašnjem promjeru cijevi. Oni ne odgovaraju na jednu, već na nekoliko lokalnih brzina čestica koje se nalaze u dijametralnoj ravnini dijela cijevi. Primjer takvog uređaja prikazan je na sl. 16. Piezoelektrični elementi barijum titanata, dužine 20 mm, širine 6-5 mm, frekvencije zračenja 5 MHz, Doplerov pomak frekvencije od oko 15 kHz. Izmjerena supstanca je 1% suspenzija bentonita čiji prečnik čestica ne prelazi 0,1 mm. Da bi se eliminisala nesigurnost očitavanja u prijelaznoj zoni, piezoelektrični elementi u srednjem dijelu su zaštićeni. Zbog toga se omjer brzina u laminarnoj zoni naglo povećao i praktički postao isti kao u turbulentnoj zoni, a nagib kalibracijske prave linije postao je isti u obje zone. Kako bi se spriječilo stvaranje vrtloga u relativno velikim džepovima gdje su ugrađeni piezo elementi, slobodan prostor punjeni su polistirenskom folijom, koja ima istu akustičku otpornost kao voda.
Sada se u većini slučajeva piezoelektrični elementi u Doplerovim mjeračima protoka postavljaju izvan cijevi. Ovo je posebno potrebno u slučaju mjerenja kontaminiranih i abrazivnih tvari, ali se u tom slučaju moraju uzeti u obzir dodatne greške, posebno zbog prelamanja zraka u zidu cijevi.
Slika 16. Šema Doplerovog merača protoka u radu malog prečnika (1,2 - emitujući i prijemni piezoelektrični elementi; 3 - oscilator frekvencije 5 MHz; 4 - ispravljački filter; 5 - pojačavač; 6 - Doplerov merač pomaka frekvencije )
U poređenju sa drugim ultrazvučnim mjeračima protoka, Doplerovi imaju najnižu tačnost zbog činjenice da izlazni signal predstavlja cijeli spektar frekvencija koji je rezultat pomaka početne frekvencije ne za jednu česticu - reflektor, već za veći broj čestica koje imaju različite brzine. Stoga, relativna greška mjerenja protoka obično nije manja od 2-3%.
Dopler ultrazvučni mjerači protoka postaju sve rasprostranjeniji. Uglavnom se koriste za mjerenje brzine protoka različitih suspenzija, uključujući muljke, suspenzije i emulzije koje sadrže čestice koje se razlikuju po gustoći od okolne tvari. Ali čak i prirodne nehomogenosti (uključujući mjehuriće plina) prisutne u različitim tekućinama dovoljne su za ispoljavanje Doplerovog efekta. U njihovom nedostatku, preporučuje se uduvavanje zraka ili plina u protok kroz cijev s otvorima od 0,25-0,5 mm na udaljenosti ispred pretvarača protoka. Brzina protoka uduvanog gasa je 0,005 0,1% od protoka merene supstance.
Akustični dugotalasni mjerači protoka (niske frekvencije).
Za razliku od svih prethodno razmatranih ultrazvučnih mjerača protoka, dugotalasni akustični mjerači protoka rade na niskoj (zvučnoj) frekvenciji. Šema pretvarača protoka prototipa takvog mjerača protoka prikazana je na sl. 17.
Slika 17. Niskofrekventni akustični mjerač protoka.
Izvor akustičnih vibracija je zvučnik 1 koji je instaliran ulazni dio mesingana cijev prečnika 50 mm. Ovaj dio je spojen sa cijevi 3 uz pomoć spojnice 2, koja sprječava prijenos vibracija i drugih smetnji, na cijev 3, na kojoj su postavljena dva mikrofona 4 na udaljenosti od 305 mm jedan od drugog. Njihovo pričvršćivanje opremljena je zaptivkama 5 od porozne gume. Prijemne dijafragme mikrofona su u ravni sa unutrašnjim zidovima cijevi. Akustične vibracije koje generiše izvor 1 imaju talasnu dužinu koja je nekoliko puta veća od prečnika cevovoda, što je povoljno za eliminisanje visokofrekventnih smetnji. Ovaj val se reflektira s oba kraja cijevi, zbog čega se dva vala kreću jedan prema drugom u potonjem. Ova dva talasa formiraju stajaći talas u cevovodu. Amplituda potonjeg u čvorovima nije jednaka nuli, jer amplitude talasa koji se kreću jedan prema drugom nisu jednake jedna drugoj. Dakle, ako je izvor zvuka 1 instaliran prije mikrofona, tada se val koji se kreće nizvodno formira sabiranjem talasa formiranog od izvora 1 i vala koji se reflektuje od prednjeg kraja cijevi, dok se povratni val odbija samo od izlazni kraj i lokalni otpori između njega i mikrofona. Mikrofone treba izbjegavati u blizini čvorova stojećeg talasa. Pri protoku = 0, faze sinusoidnih signala oba mikrofona su iste. Sa pojavom brzine dolazi do pomaka faze, koji se povećava sa povećanjem brzine. Udaljenost L između mikrofona je odabrana tako da bude jednaka talasnoj dužini ili njenoj polovini.
Nalazi.
Od četiri tipa razmatranih akustičnih mjerača protoka najveća primena primljeni uređaji sa ultrazvučnim vibracijama usmjerenim duž toka i protiv njega. Drift ultrazvučni mjerači protoka se rijetko koriste. Oni su mnogo manje osetljivi od prvih. Dopler instrumenti se prvenstveno koriste za mjerenje lokalnih brzina protoka. Dugovalni akustični mjerači protoka pojavili su se nedavno i još uvijek nema dovoljno iskustva u njihovoj primjeni.
Od tri metode za mjerenje razlike u vremenu prolaska ultrazvučnih vibracija duž strujanja i naspram njega, najviše se koristi frekvencijsko-pulsna metoda sa jednokanalnim pretvaračem protoka. Može da obezbedi najveću tačnost merenja, a data greška merenja se može smanjiti na (0,5-1)%. Stvoreni su uređaji sa još manjim greškama, do ±(0,1 0,2)%, što omogućava da se takvi uređaji koriste kao uzorni. Mjerni krugovi dvokanalnih mjerača protoka su jednostavniji, ali je njihova preciznost niža. Fazni mjerači protoka imaju prednost u odnosu na frekventne mjerače kada je potrebno mjeriti male brzine do 0,02%, kao i kod mjerenja zagađenih medija.
Kod deformisanog polja brzine, zbog nedovoljne dužine pravog dijela cjevovoda, može doći do velike dodatne greške. Da biste uklonili grešku, potrebno je koristiti mlaznicu ili konfuzer koji poravnava profil, ili pretvarač protoka u kojem su akustične vibracije usmjerene ne u dijametralnoj ravnini, već duž nekoliko tetiva.
Glavno područje primjene ultrazvučnih mjerača protoka je mjerenje protoka različitih tekućina. Posebno su pogodni za mjerenje protoka neprovodnih i agresivnih tekućina, kao i naftnih derivata.
Referentni podaci:
Fazni ultrazvučni mjerači protoka
| № | Parametar | Značenje | Bilješka | |
| min | max | |||
| 1 | Klasa tačnosti | 0,02 | 2,5 | |
| 2 | 6 t/h | 300 t/h | ||
| 3 | Osetljivost, l/min | |||
| 4 | Izmjereni protok, l/min | 180 | ||
| 5 | 150 | |||
| 6 | Srednji pritisak | |||
| 7 | Srednja temperatura | |||
| 8 | Temperatura okoline | 100 | ||
| 9 | ||||
| 10 | Verzija otporna na eksploziju | |||
| 11 | ||||
| 12 | ||||
| 13 | Mjere viskoziteta. životna sredina, cSt | |||
| 14 | ||||
| 15 | MTBF, sat | |||
| 16 | Vek trajanja, godine | |||
| 17 | Dozvoljenost vodenog udara | |||
| 18 | Cijena, $/mm DN | |||
Frekventni ultrazvučni mjerači protoka
| № | Parametar | Značenje | Bilješka | |
| min | max | |||
| 1 | Klasa tačnosti | 0,1 | 2 | |
| 2 | Mjerni opseg protoka Qmax/Qmin | |||
| 3 | Osetljivost, l/min | |||
| 4 | Izmjereni protok, l/min | |||
| 5 | Nazivni prečnik (DN), mm | 100 | ||
| 6 | Srednji pritisak | |||
| 7 | Srednja temperatura | |||
| 8 | Temperatura okoline | |||
| 9 | Moguće rev. agresivne sredine | |||
| 10 | Verzija otporna na eksploziju | |||
| 11 | Dužina pravog dijela do mjerača protoka, d | |||
| 12 | Dužina pravog dijela nakon mjerača protoka, d | |||
| 13 | Mjere viskoziteta. životna sredina, cSt | |||
| 14 | Zahtjevi za finoću filtracionog medija mjere, mikroni | |||
| 15 | MTBF, sat | |||
| 16 | Vek trajanja, godine | |||
| 17 | Dozvoljenost vodenog udara | |||
| 18 | Cijena, $/mm DN | |||
Vremenski pulsni ultrazvučni mjerači protoka
| № | Parametar | Značenje | Bilješka | |
| min | max | |||
| 1 | Klasa tačnosti | 0,2 | ||
| 2 | Mjerni opseg protoka Qmax/Qmin | |||
| 3 | Osetljivost, l/min | |||
| 4 | Izmjereni protok, l/min | |||
| 5 | Nazivni prečnik (DN), mm | |||
| 6 | Srednji pritisak | |||
| 7 | Srednja temperatura | |||
| 8 | Temperatura okoline | |||
| 9 | Moguće rev. agresivne sredine | |||
| 10 | Verzija otporna na eksploziju | |||
| 11 | Dužina pravog dijela do mjerača protoka, d | |||
| 12 | Dužina pravog dijela nakon mjerača protoka, d | |||
| 13 | Mjere viskoziteta. životna sredina, cSt | |||
| 14 | Zahtjevi za finoću filtracionog medija mjere, mikroni | |||
| 15 | MTBF, sat | |||
| 16 | Vek trajanja, godine | |||
| 17 | Dozvoljenost vodenog udara | |||
| 18 | Cijena, $/mm DN | |||
Ultrazvučni mjerači protoka sa korekcijom za brzinu zvuka i gustinu mjerene tvari
| № | Parametar | Značenje | Bilješka | |
| min | max | |||
| 1 | Klasa tačnosti | 0,2 | 1 | |
| 2 | Mjerni opseg protoka Qmax/Qmin | |||
| 3 | Osetljivost, l/min | |||
| 4 | Izmjereni protok, l/min | 1200 | ||
| 5 | Nazivni prečnik (DN), mm | |||
| 6 | Srednji pritisak | |||
| 7 | Srednja temperatura | 10 | ||
| 8 | Temperatura okoline | |||
| 9 | Moguće rev. agresivne sredine | |||
| 10 | Verzija otporna na eksploziju | |||
| 11 | Dužina pravog dijela do mjerača protoka, d | |||
| 12 | Dužina pravog dijela nakon mjerača protoka, d | |||
| 13 | Mjere viskoziteta. životna sredina, cSt | |||
| 14 | Zahtjevi za finoću filtracionog medija mjere, mikroni | |||
| 15 | MTBF, sat | |||
| 16 | Vek trajanja, godine | |||
| 17 | Dozvoljenost vodenog udara | |||
| 18 | Cijena, $/mm DN | |||
Dopler ultrazvučni mjerači protoka
| № | Parametar | Značenje | Bilješka | |
| min | max | |||
| 1 | Klasa tačnosti | 2 | 3 | |
| 2 | Mjerni opseg protoka Qmax/Qmin | |||
| 3 | Osetljivost, l/min | |||
| 4 | Izmjereni protok, l/min | |||
| 5 | Nazivni prečnik (DN), mm | 10 | ||
| 6 | Srednji pritisak | |||
| 7 | Srednja temperatura | |||
| 8 | Temperatura okoline | |||
| 9 | Moguće rev. agresivne sredine | |||
| 10 | Verzija otporna na eksploziju | |||
| 11 | Dužina pravog dijela do mjerača protoka, d | |||
| 12 | Dužina pravog dijela nakon mjerača protoka, d | |||
| 13 | Mjere viskoziteta. životna sredina, cSt | |||
| 14 | Zahtjevi za finoću filtracionog medija mjere, mikroni | |||
| 15 | MTBF, sat | |||
| 16 | Vek trajanja, godine | |||
| 17 | Dozvoljenost vodenog udara | |||
| 18 | Cijena, $/mm DN | |||
rabljene knjige:
Kremlevsky P.P. Mjerači protoka i brojači količine supstanci: Referentna knjiga: knj. 2 / Pod generalom ed. E. A. Šornikova. - 5. izd., revidirano. i dodatne - Sankt Peterburg: Politehnika, 2004. - 412 str.
Više od 15 godina NPF "RASKO" se svrsishodno bavi pitanjima komercijalnog obračuna vode, toplote, gasa i pare. Ovom problemu posvećen je niz članaka naših stručnjaka u raznim publikacijama. U nastavku nudimo na raspravu članak Ivanushkin I.Yu, inženjera-metrologa Kolomna CSM, koji se dotiče zanimljivog, po našem mišljenju, pitanja uvođenja novih komercijalnih uređaja za mjerenje plina.
Mjerni uređaji - mogu li se svi koristiti?
Ivanushkin I.Yu. inženjer metrologije 1. kategorije Filijale Kolomna FGU "Mendelejevski CSM"
S obzirom na značaj koji energetsko računovodstvo sada dobija, posebno u vezi sa predstojećim usvajanjem novo izdanje zakona o uštedi energije, želio bih ponovo govoriti o uređajima koji se koriste za ovo kolo, posebno o takvoj klasi mjernih instrumenata kao što su mlazni mjerači protoka - brojači.
Dobro je poznato da glavni zahtjevi za komercijalne mjerne uređaje uključuju visoku tačnost mjerenja u širokom rasponu promjena fizičke veličine, pouzdanost, stabilnost očitavanja tokom intervala kalibracije, jednostavnost održavanja. Ovo posljednje uključuje i radove koji se odnose na verifikaciju instrumenata, odnosno periodično potvrđivanje njihovih metroloških karakteristika.
Upravo na ove pokazatelje brojne organizacije koje proizvode i prodaju mjerne uređaje usmjeravaju pažnju potrošača. Obećava visoku tačnost, širok raspon mjerenja, duge intervale kalibracije (CLI), a ponekad i mogućnost verifikacije bez demontaže, mogućnost pravih dijelova mjernih cjevovoda (IT), ili neobično male vrijednosti, itd. itd., slijevaju se na glave potrošača kao iz roga izobilja. Ali da li je zaista uvek ovako?
Radit će se, kao što je već spomenuto, o mlaznim mjeračima protoka. Prvo, zato što su se uređaji ovog tipa pojavili na tržištu relativno nedavno i o njima se malo zna, a drugo, zato što pojedini proizvođači ovih brojila navode potrošače, a posebno vlasnike mjernih sistema na bazi uređaja za sužavanje, već spomenutim odbijanjem dugih ravnih dionica. i odsustvo potrebe za verifikacijom ovih veoma sužavajućih uređaja (CS).
Zapravo, sam mlazni oscilator (SAG), koji je "srce" ovih brojila, odavno je poznat i koristi se u sistemima pneumatske automatizacije kao jedna od karika. Relativno nedavno korišten je za mjerenje protoka, a na domaćem tržištu postoji nekoliko modela takvih uređaja različitih proizvođača.
RM-5-PG: „Precizno merenje zapreminskog protoka u skladu sa GOST 8.586-2005 u širokom dinamičkom opsegu, bez obzira na gustinu medijuma koji se meri... Opseg merenih brzina protoka je 1:20 ...... Greška ±1,5 %".
(Da vas podsjetim: GOST 8.586-2005 “Mjerenje protoka i količine tečnosti i gasova pomoću standardnih restriktivnih uređaja”).
IRGA-RS: „Mjerač protoka jet baziran je na principu mjerenja brzine protoka i količine medija korištenjem metode promjenjivog pada pritiska. Određivanje veličine pada pritiska i pretvaranje za krugove za merenje protoka vrši se pomoću mlaznog autooscilatora (SAG), koji je deo mlaznog merača protoka. Koristi se zajedno sa uređajem za sužavanje i zapravo zamjenjuje diferencijalni manometar u mjernim stanicama na bazi uređaja za sužavanje (CS).
SAG je bistabilni mlazni element prekriven povratne informacije obezbeđujući način samooscilovanja. Fluktuacije mlaza u SAG stvaraju pulsacije pritiska, koje se uz pomoć piezo senzora pretvaraju u električni signal. Frekvencija ovog signala je proporcionalna zapreminskom protoku (kvadratni korijen razlike tlaka između ulaza i izlaza SAG-a, odnosno između plus i minus komore restriktora, koji je dio mlaznog mjerača protoka).
Kao rezultat zamjene upravljačkog sistema sa diferencijalnim manometrom sa "Irga-RS", poboljšane su tehničke i metrološke karakteristike mjerne jedinice: raspon mjerenja se povećava i postaje ne manji od 1:30, a greška mjerenja u opsegu od 0,03 Q max do Q max će biti ≤ ± 0,5%, ne uzimajući u obzir sistematsku grešku sistema upravljanja. Cijena takve rekonstrukcije uporediva je sa cijenom starog mjernog uređaja.”
Turbo Flow GFG-F: "Prednosti:
- relativna greška ± 1%,
- minimalno ravnim sekcijama,
- dinamički raspon 1:100, proširiv do 1:180,
- kompatibilnost priključnih dimenzija sa uobičajenim tipovima prirubničkih brojila.
Princip rada mjernog kompleksa Turbo protok GFG-F:
protok plina, prolazeći kroz cjevovod, ulazi u radnu komoru mjerača protoka, u kojoj je ugrađena dijafragma. Ispred dijafragme se formira područje povećanog pritiska, zbog čega dio protoka ulazi u mlazni autogenerator (SAG, gdje se formiraju fluktuacije protoka plina, proporcionalne brzini protoka).
Turbo protok GFG-ΔP: „Merači protoka gasa Turbo protok GFG-ΔP dizajniran za nadogradnju mjernih jedinica na bazi uređaja za sužavanje (DR) opremljenih pretvaračima diferencijalnog tlaka. Za modernizaciju, umjesto diferencijalnog manometra, na standardni blok ventila ugrađeni su primarni pretvarač protoka (PR) i jedinica za elektroničku obradu informacija. Frekvencija snimljena na elementima mlaznog generatora funkcionalno zavisi od protoka gasa kroz sistem upravljanja. Konvertovani frekvencijski signal je linearno proporcionalan protoku gasa koji je prošao kroz CS.
Zamjena postojećih uređaja nastaje ugradnjom GFG-ΔP brojača protoka na već postavljene cijevi, bez dodatnih troškova za ugradnju cijevi. Kao rezultat, poboljšane su metrološke karakteristike mjerne jedinice. Dinamički raspon je proširen na 1:100, a greška mjerenja je smanjena na ±1% u cijelom rasponu mjerenja.”
RS-SPA-M: “Prednosti mlaznih mjerača protoka:
- ujedinjenje merni instrumenti za različita okruženja;
- nedostatak pokretnih dijelova, što dovodi do visoke pouzdanosti, stabilnosti karakteristika tokom vremena, visoke proizvodnosti proizvoda;
- nezavisnost kalibracionog koeficijenta od gustine merene sredine;
- sposobnost mjerenja niskih brzina protoka, agresivnih, neprovodnih i kriogenih medija;
- nisu potrebni ravni dijelovi prije i poslije mjesta ugradnje;
- Mogućnost testiranja na licu mjesta.
Funkcionalnost uređaja:
Dovođenje protoka (volumena) u normalne uslove (kada su senzori temperature i pritiska povezani na uređaj).
Mjerenje gustine mjerenog medija.
Mjerenje masenog protoka (volumena).
Ispitivanje bez demontaže sa cjevovoda.
specifikacije:
Mjereni mediji: tečnosti, gasovi, para
Nazivni prečnik, mm: 5÷4000
Dinamički mjerni opseg, Q max / Q min: 50:1
Maksimalna dozvoljena osnovna greška, %: 0,15”.
Posljednji od njih privlači posebnu pažnju, budući da je u našem regionu otprilike 25 do 30% mjernih stanica prirodnog gasa opremljeno ovim brojilima i postoji tendencija njihovog povećanja.
„Nedostaci: samogenerirajući mlazni mjerač protoka ima sve nedostatke koje ima vrtložni mjerač protoka ...
(* Napomena: Iznad u članku autor navodi nedostatke vrtložnih mjerača protoka: povećana osjetljivost na izobličenja dijagrama brzine protoka (što podrazumijeva povećane zahtjeve za stabilnost protoka, odnosno za dužine ravnih dionica) i relativno velike nepovratne gubitke napona. povezana sa intenzivnim formiranjem vrtloga kada je tok loše aerodinamične topline. Najozbiljniji nedostatak je nedovoljna stabilnost faktora konverzije u traženom opsegu, koji praktično ne dozvoljava preporučivanje uređaja ovog tipa za komercijalni obračun gasa bez preliminarne kalibracije proizvoda direktno u radnim uslovima ili vrlo blizu njima.)
Međutim, nažalost, ima i dodatnih. Prvo, mlazni element (osnova ovog uređaja) je izuzetno velik u odnosu na vrijednost izmjerenog protoka. Stoga se, s jedne strane, može koristiti samo kao parcijalni mjerač protoka, kroz koji prolazi samo mali dio protoka plina koji prolazi kroz mjerni dio (a to neminovno smanjuje pouzdanost mjerenja), a s druge strane , mnogo je skloniji začepljenju od vorteks mjerača protoka. I drugo, nestabilnost faktora konverzije ovog uređaja je čak veća od one kod vrtložnog mjerača protoka.”
U istom članku autor prikazuje rezultate ispitivanja merača protoka RS-SPA, koje je sprovela kompanija GAZTURBavtomatika zajedno sa kompanijom Gazpriboravtomatika, a na osnovu kojih je utvrđeno da je promena koeficijenta konverzije za različite modifikacije uređaj je u rasponu od 14,5% do 18,5% pri promjeni protoka kroz uređaj u opsegu promjene brzine protoka ne više od 1:5 (!).
Drugo, zbunjujuće je da je, na primjer, za brojila tipa RS-SPA razvijena njihova vlastita mjerna procedura (MVI) MI 3021-2006, koja je u velikoj mjeri u suprotnosti sa GOST 8.586-2005, posebno u pogledu zahtjeva za ugradnja mjernih instrumenata (SI) i mjernog prostora. Vrijedi se detaljnije zadržati na tome, jer su se slična pitanja pojavila prilikom komunikacije s proizvođačima drugih modela, kao što je Turbo Flow GFG. Glavna stvar koja je služila kao kamen spoticanja su zahtjevi za SS i za ravne dionice. Podsjećam da se i ova i druga brojila proizvode u dvije verzije: jedan služi za zamjenu diferencijalnih mjerača tlaka i povezan je na postojeće upravljačke sisteme, drugi (obično za IT malog prečnika) se izrađuju u monoblok izvedbi sa vlastitim upravljačkim sistemom. . Na primjer, u RS-SPA mjeračima „pretvarač primarnog protoka (PPR) RS uključuje SAG sa uređajem za konverziju signala, napravljen u jednoj jedinici i instaliran na mjernom cjevovodu sa lokalnim suženjem protoka. Ovdje, čini mi se, treba razdvojiti dva pitanja: zašto nam je potrebna dijafragma (lokalno suženje toka) i zašto su nam potrebni ravni dijelovi određene dužine?
Šta god proizvođači rekli, na ovaj ili onaj način, ovi uređaji koriste upravo pad tlaka koji se stvara uz pomoć proračuna protoka. SU U jednom od patenata za RS-SPA metar (br. 2175436), autor, nakon objašnjenja rada SAG-a, piše sledeće: „... Kao rezultat, uspostavljaju se stabilne oscilacije mlaza sa frekvencija proporcionalna zapreminskom protoku i kvadratnom korijenu omjera pada tlaka na mlaznom autogeneratoru i mjerene gustine medija
f= kQ = k √(∆ρ/ρ), gdje je
f je frekvencija oscilovanja.
Q - zapreminski protok;
∆ρ i ρ - pad pritiska i gustina merenog medija;
k - koeficijent proporcionalnosti.
Pad pritiska na SAG-u, ili drugim rečima, razlika potencijala je izvor samooscilacija, a njihova frekvencija zavisi od veličine ove razlike. Odnosno, izračunavanje brzine protoka je tačnije, preciznije je mjerenje frekvencije oscilacije, odnosno što preciznije pad tlaka preko SAG odgovara brzini protoka kroz dati dio IT-a. Da li parametri kontrolnog sistema utiču na tačnost reprodukcije diferencijalnog pritiska? Bez sumnje. O tome su već napisani deseci tomova sa stotinama članaka i GOST 8.586-2005, koji su u određenoj mjeri rezimirali rezultate brojnih studija o ovom pitanju. Zašto proizvođači kažu da kada se ova brojila postave više ne brinu o stanju kontrolnog sistema, potpuno je neshvatljivo. Kao što znate, kvaliteta prednje ivice, hrapavost i drugi parametri otvora blende utječu na točnost diferencijalne reprodukcije.
Dat ću vam primjer. Budući da je jedan od glavnih ciljeva koji potrošači gasa sada slijede (i podržani od strane menadžera prodaje) da sebi olakšaju život i oslobode se potrebe za produžavanjem ravnih dionica (!), godišnje demontaže i provjere dijafragmi (!), sve provjere mjernog kompleksa na provjeru brojila „na licu mjesta“ (!), pa čak i jednom u dvije godine (!), onda se vrlo brzo mogu pojaviti odstupanja u bilansu, čiji će razlozi biti implicitni. U referenci se navodi da je ukupan prosječni vijek trajanja, na primjer, PC-SPA mjerača 8 pet. Ovako će se očitanja brojila mijenjati tokom ovog vremenskog intervala, ako se proračun ne vrši prema metodi, već prema GOST 8.586, to jest, bez zanemarivanja prisutnosti uređaja za sužavanje u brojilu. Kao podaci prikazane su vrijednosti specifične jedinice za mjerenje prirodnog gasa jednog od nekoliko postrojenja za hidrauličko frakturiranje jednog mašinograditeljskog preduzeća i parametri RS-SPA mjerača verzije RS-PZ ugrađenog na hidraulično lomljenje, uključujući i uzeti su parametri dijafragme. Prosječni godišnji pritisak plina je 3,5 kgf/cm2, prosječna godišnja temperatura je 5 °C, maksimalni pad pritiska (približno održavan tokom cijele godine) je 25.000 Pa. Pretpostavlja se da je prosječna godišnja promjena unutrašnjeg prečnika dijafragme +0,01%. vrijednost je sasvim realna, čak i potcijenjena, s obzirom na kvalitet plina. Rezultati proračuna:
prilikom ugradnje mjerača, maksimalni protok Qc će biti 4148,89 m 3 / h;
nakon dvije godine (prvi interval kalibracije brojila), ova vrijednost će već biti jednaka 4182,56 m 3 / h;
nakon četiri godine 4198,56 m 3 / h:
nakon šest godina 4207,21 m 3 / h:
nakon osam godina (zagarantovani vijek trajanja mjerača) -4212,38 m 3 / h.
Tako će nakon osam godina rada, ceteris paribus, mjerač pokazivati protok od 63,58 m3/h (!) veći od stvarnog, a da bude potpuno operativan i verifikovan, odnosno da zadrži svoje metrološke karakteristike.
Napominjem da su proračuni uzeli u obzir samo promjenu unutrašnjeg prečnika dijafragme i promjenu faktora korekcije za zatupljivanje prednje ivice (formule 5.13 i 5.14 GOST 8.586.2-2005), druge karakteristike, uključujući karakteristike mjerni cjevovod, smatrani su nepromijenjeni.
Štaviše, karakteristike mjernog kompleksa su izračunate uz minimalni pad tlaka koji je uzet u obzir (u trenutku ugradnje mjerača iznosio je 1000 Pa, dok je relativna proširena nesigurnost mjerenja protoka iznosila 3,93%). Kao rezultat proračuna, dobijene su sljedeće vrijednosti relativne proširene nesigurnosti (pod istim uvjetima za promjenu unutrašnjeg prečnika dijafragme i koeficijenta zatupljenosti prednje ivice):
nakon dvije godine 4,06%;
nakon četiri 4,16%;
nakon šest 4,22%;
preko osam 4,25%.
Odnosno, nakon dvije godine rada, pri sljedećoj verifikaciji, mjerni kompleks više ne bi odgovarao utvrđenim standardima greške. Istovremeno, prilično je teško govoriti o komercijalnom računovodstvu, jer je njegova pouzdanost više nego sumnjiva. Želim dodati da potpuni rezultati proračuna, koji ovdje nisu dati kako ne bi preopteretili članak, pokazuju da će promjena navedenog raspona karakteristika CS-a dovesti do promjene indikatora kao što je koeficijent hidrauličkog otpora , koeficijent gubitka pritiska itd., što će dovesti do promjene karakteristika ne samo opreme za hidrauličko lomljenje, već i opreme koja troši plin.
Napominjem da je u proračunima pretpostavljeno da je mjerni kompleks napravljen uzimajući u obzir zahtjeve GOST 8.586-2005, odnosno sa ravnim IT dijelovima potrebne dužine, čiju opcionalnost navode proizvođači RS -SPA brojila i neki drugi.
Zašto je takođe nejasno. Ponavljam, tačnost izračunavanja brzine protoka pomoću mlaznih mjerača ovisi o padu tlaka na SAG-u, tačnije o tome koliko blisko pad tlaka na GC-u odgovara brzini protoka. A to, kao što znate, ne zavisi samo od karakteristika kontrolnog sistema. ali i na opseg parametara u kojem se nalazi sam protok u mjernom dijelu. Da bi se formirao stabilan tok na mjestu postavljanja dijafragme, karakteriziran stabilnim turbulentnim režimom sa brojem Re u linearnom području, potrebni su ravni dijelovi određene dužine, isključujući prisutnost lokalnih poremećaja strujanja. O tome je također mnogo napisano, uključujući i GOST 8.586-2005, koji, na osnovu rezultata dugogodišnjeg istraživanja, regulira zahtjeve za ravne dionice, ovisno o prisutnosti određenih lokalnih otpora (MS).
I još jedan aspekt ne može a da ne izazove zbunjenost. Govorimo o dinamičkom rasponu i grešci brojača. Da vas podsjetim na nedostatke dijafragme koji su već postali "udžbenički":
- uski dinamički opseg mjerenja protoka (prosjek od 1:3 do 1:5);
- nelinearni izlazni signal koji zahtijeva linearizaciju;
- normalizacija greške sa smanjenjem na gornju granicu mjerenja, a posljedično, hiperbolično povećanje greške svedene na mjernu tačku sa smanjenjem protoka;
- značajan pad pritiska preko ograničavajućeg uređaja (DR), neizbežan zbog principa rada;
- nekontrolisana promjena greške zbog otupljivanja rubova tokom rada;
- nemogućnost vađenja kontrolnog sistema bez zatvaranja cjevovoda:
- značajna dužina potrebnih ravnih dionica bez lokalnog otpora;
- blokada impulsne linije u "prljavim" tokovima, nakupljanje kondenzata, što dovodi do pogrešnih očitavanja;
- složenost izračunavanja SD, uključujući proračun nesigurnosti mjerenja protoka.
Slažem se da je zahvaljujući elektronici ugrađenoj u mjerač moguće donekle proširiti opseg mjerenja, linearizirati karakteristike mjerača protoka i smanjiti ukupnu grešku kompleksa. Ali, ponavljam, malo je vjerovatno da će na bilo koji način biti moguće uzeti u obzir promjenu svojstava dijafragme barem za interval kalibracije (da ne spominjemo duži period vrijeme), stupanj začepljenja spojnih vodova (promjena vrijednosti diferencijalnog tlaka) i, osim toga, izobličenje protoka zbog lokalnih otpora.
I sve bi bilo u redu da nije bilo činjenice da se ova brojila u pravilu koriste u čvorovima komercijalnog obračuna plinova i tekućina, odnosno na ovaj ili onaj način povezana su s državnim računovodstvom i energijom- operacije štednje. Brojne publikacije na ovu temu ukazuju na neprimjenjivost ovih uređaja za ova kola, a u izvještaju radne grupe o pripremi materijala i nacrtu odluke zajedničkog tehnički savet Odeljenja za privredu goriva i energije i Prefektura Moskve, komisija koja je analizirala toplomere i vodomera donosi generalno kategoričan zaključak: „Mer toplotne energije RS-SPA-M-MAS ne ispunjava većinu glavnih i dodatnih kriterijuma i ne može se preporučiti za upotrebu." Napominjem da je među postavljenim kriterijima radna grupa, bili su, na primjer, "visoka pouzdanost i tačnost mjerenja u dužem vremenskom periodu, minimalni hidraulički otpor pri nominalnom protoku, elektromagnetna kompatibilnost" itd.
Ovo su glavni aspekti koje bih želeo da primetim kada govorimo o mlaznim merilima protoka. Ponovo napominjem da se u članku ne dovodi u pitanje primjenjivost metode za mjerenje protoka općenito. Riječ je o komercijalnom obračunu energetskih resursa, sa svojim zahtjevima i svojim specifičnostima. Stoga bih poželio proizvođačima ovakvih uređaja da budu precizniji i savjesniji u određivanju karakteristika i preporukama o primjeni svojih proizvoda za određene namjene. Razumijem i čuo sam više puta da tržište diktira svoja pravila i tako dalje. itd. Ali na kraju, ne smijemo zaboraviti da svi koristimo obične dionice. A planeta proizvodi naftu, plin, vodu, zrak, bez obzira na političke formacije i oblike vlasništva. Pa ko koga želi prevariti?
dr.sc. AA. Minakov, član upravnog odbora NP „Metrologija uštede energije“,
generalni direktor CJSC PromService, Dimitrovgrad;
A.V. Chiginev, Tehnicki direktor, OJSC "TEVIS", Togliatti
Mjerači protoka su danas stalno povezani sa komercijalnim mjerenjem toplotne energije, hladne i tople vode. Naravno, sve glavne karakteristike ovih uređaja, prije svega, treba razmotriti sa stanovišta rješavanja problema komercijalnog računovodstva. Računovodstvo energetskih resursa naziva se komercijalnim samo zato što je osnova za međusobna obračuna između dobavljača i potrošača, tržište opskrbe toplinom i vodom je nemoguće bez računovodstva.
Prilikom odabira mjernih uređaja potrošač uzima u obzir tehničke (pouzdanost, trajnost, upotrebljivost itd.), metrološke (preciznost, dinamički raspon, interval kalibracije), ekonomske (cijena uređaja, trošak posjedovanja) karakteristike. Sve ove karakteristike su međusobno povezane, jer, na primjer, postizanje visokih tehničkih i metroloških karakteristika obično povećava cijenu uređaja i troškove njegovog održavanja, uključujući i verifikaciju.
Razmotrimo detaljnije glavne metrološke karakteristike:
■ tačnost (greška);
■ dinamički opseg;
■ interval kalibracije.
Ove karakteristike su takođe međusobno povezane. Mnogo je lakše postići visoku tačnost mjerenja u uskom dinamičkom rasponu i održavati je kratko nego održavati u širokom rasponu i dugo vremena. Potrošač, naravno, želi da ima i visoku tačnost i širok raspon mjerenja, a interval kalibracije bi bio što veći, a sve bi to bilo vrlo jeftino. Želja Potrošača je razumljiva, a proizvođači uređaja, na osnovu želje da udovolje Potrošaču, a samim tim i da prodaju više svojih proizvoda, kreću u trku za indikatorima. Rade na dizajnu, poboljšavaju kvalitetu proizvoda, poboljšavaju metrološke karakteristike. Ovo je prirodan proces koji bi objektivno trebao raditi u korist potrošača, ako proizvođači instrumenata u njega nisu unijeli subjektivni faktor – želju za primanjem konkurentsku prednost deklarisanjem najviših metroloških karakteristika.
Štoviše, obično govorimo o svim karakteristikama u isto vrijeme, pa čak iu kombinaciji sa cijenom.
U ovoj trci često idu dalje od razuma, zaboravljajući da poboljšanje jedne karakteristike može dovesti do pogoršanja druge; o fizičkim procesima koji se odvijaju u realnim uslovima; konačno, da svaka metoda mjerenja ima svoja, prirodna ograničenja, koja se ne mogu prevazići čak ni uz pomoć savršen kvalitet proizvodi . Naravno, s povećanjem mjeriteljskih karakteristika, povećavaju se i troškovi mjernih uređaja.
Potrošači uređaja, općenito, "zavedeni" su prijedlogom proizvođača uređaja, ne razmišljajući baš: "A koje vrijednosti metroloških karakteristika im trebaju? Koja je od karakteristika važnija za komercijalno računovodstvo? Ima li ovdje nekog trika?" Pokušajmo analizirati potrebne vrijednosti svih navedenih karakteristika.
Opseg mjerača protoka u mjerenju topline i tople vode - koliko je zaista potrebno?
Postoji mišljenje - što više to bolje!
Postoje masovno proizvedeni elektromagnetni mjerači protoka (skoro svi proizvođači) s rasponom od 1:1000.
Postoje informacije o rasponima do 1:5000.
I u kojim rasponima zapravo rade pretvarači protoka?
AD "TEVIS" je prikupio podatke za više od 20 godina rada uređaja za više od 1000 objekata. Rezultati obrade akumuliranih podataka pokazuju da dinamički opseg pri mjerenju protoka u sistemima cirkulacijskog grijanja i tople vode nikada nije prelazio 1:13!!! Projektom novih koji još nisu odobreni propisuje se usklađenost sa dinamičkim rasponom mjerača protoka najmanje 1:50, tj. oko 4 puta širi nego što je stvarno potrebno. Sličan zahtjev je uključen u projekat „iz NP „Rusko snabdevanje toplotom“.
Interverifikacijski interval (MPI)
Čini se da je tu sve jasno. Što se deklarisane metrološke karakteristike (tačnost, opseg) duže održavaju, to bolje.
MPI od većine proizvođača mjerača protoka vode najmanje 4 godine za sve tipove senzora protoka.
Pitanje: Da li su svi tipovi senzora protoka sposobni da održe deklarisane metrološke karakteristike tokom ovog perioda?
Odavno je poznato da tahometrijski senzori protoka brzo smanjuju tačnost i dinamički opseg tokom upotrebe.
Ove karakteristike također u velikoj mjeri zavise od uslova i trajanja rada elektromagnetnih mjerača protoka.
Mi u CJSC PromService smo naišli na elektromagnetne senzore protoka vode, čija se sistematska greška povećala za više od 30% tokom 3 godine (za koliko su smanjili stvarni protok). A samo vrtložni i ultrazvučni mjerači protoka potvrdili su svoje metrološke karakteristike u deklariranom MPI.
Zbog toga se senzori vrtložnog protoka VEPS-M sa individualnom kalibracijom koriste kao uzorno sredstvo za verifikaciju metodom poređenja u PromService CJSC.
Rosstandart bi trebao biti pažljiviji i zahtjevniji pri odobravanju tipa za mjerače protoka sa MPI više od 1 godine i zahtijevati stvarnu potvrdu očuvanja metroloških karakteristika na duže vrijeme.
tačnost (greška)
Jedina karakteristika, čija je vrijednost direktno povezana s preciznošću plaćanja za toplinu (vodu). S obzirom da je glavni dio greške u određivanju količine topline određen greškom u mjerenju protoka, povećanje tačnosti mjerača protoka je glavni način povećanja tačnosti plaćanja za opskrbu toplinom i vodom.
Uz ogromne količine isporučenih energenata, greška u mjerenju potrošnje vode nije samo ±2% (danas dozvoljeno), već i ±1% dovodi do veoma značajnih grešaka u plaćanju energenata.
Stvarno povećanje točnosti mjerenja protoka rashladnog sredstva i vode (na primjer, do ± 0,5%) moguće je samo uz malu vrijednost dinamičkog raspona i smanjenje intervala kalibracije.
nalazi
1. Povećanje dinamičkog opsega pri mjerenju protoka rashladne tekućine više od 1:25 je neprikladno zbog nepostojanja takvog raspona protoka u stvarnim mrežama za opskrbu toplinom i toplom vodom.
2. Interval kalibracije duži od 1 godine zahtijeva dugoročnu eksperimentalnu potvrdu, bez koje se ne može smatrati opravdanim.
3. Da bi se poboljšala tačnost proračuna energetskih resursa, potrebno je poboljšati tačnost mjerenja protoka vode.
Književnost
1. Minakov A.A. Snabdijevanje toplotom je tržište?! / Zbornik materijala VIII međunarodnog naučno-praktičnog skupa „Ušteda energije i resursa. Dijagnostika-2006”, Dimitrovgrad, 2006, str. 13-14.
2. Minakov A.A. Prirodna ograničenja metroloških karakteristika pretvarača protoka vode nametnuta mjernom metodom. / Zbornik materijala VIII međunarodnog naučno-praktičnog skupa „Ušteda energije i resursa. Dijagnostika-2006”. Dimitrovgrad. 2006, str. 100-105.
3. Chiginev A.V. Opseg mjerača protoka u mjeraču topline - koliko je stvarno potrebno? / Izvještaj sa IV međunarodnog kongresa „Energetska efikasnost. XXI vek, Sankt Peterburg, 2012, str. 56-65.
4. Gainutdinov Z.Kh. Instalacija kap po kap CJSC "PromService". / Zbornik materijala IX međunarodnog naučno-praktičnog skupa „Ušteda energije i resursa. Dijagnostika-2007". str. 67-73.
Značajke odabira veličine mjerača protoka
U većini slučajeva, brzina protoka koju treba mjeriti varira u prilično širokom rasponu od Q min (minimalni protok) do Q max (maksimalni protok). Omjer maksimalne vrijednosti i vrijednosti minimalni protok naziva se dinamički opseg mjerenja. Mora se imati na umu da su minimalni i maksimalni protok, u ovom slučaju, one vrijednosti u čijem mjerenju mjerač protoka daje deklariranu točnost.
Izbor veličine mjerača protoka je najteži zadatak. Nazivni prečnik njegovog mernog dela (DN) i prečnik cevovoda određuju brzinu protoka merenog medija čija brzina mora biti u određenim granicama.
Dakle, pri mjerenju potrošnje abrazivnih tekućina, pulpe, rudnog mulja itd. elektromagnetnih mjerača protoka, potrebno je osigurati da brzina kretanja medija nije veća od 2 m/s. Prilikom mjerenja protoka medija sklonih stvaranju naslaga (otpadne vode), naprotiv, preporučuje se povećanje brzine kretanja medija kako bi se naslage mulja efikasnije ispirale. Za mjerenje protoka čistih neabrazivnih tekućina s elektromagnetnim mjeračima protoka, preporučuje se osigurati brzinu protoka od 2,5 ... 3 m / s.
Prilikom mjerenja protoka tekućine, brzina protoka ne smije prelaziti 10 m/s. Prilikom mjerenja protoka plinova i pare, brzina strujanja, u većini slučajeva, ne bi trebala prelaziti 80 m/s.
Približne vrijednosti protoka tekućine u zavisnosti od promjera cjevovoda i mjernog dijela mjerača protoka pri različitim brzinama medija prikazane su u tabeli 1.
Tabela 1.
| DU | Potrošnja m 3 / h | |||
| [mm] | [inč] | Potrošnja pri v=0,3 m/s |
Tvornička postavka na v~2,5 m/s |
Potrošnja na V=10 m/s |
| 2 | 1/12" | 0,0034 | 0,0283 | 0,1131 |
| 4 | 5/32" | 0,0136 | 0,1131 | 0,4524 |
| 8 | 5/16" | 0,0543 | 0,4524 | 1,810 |
| 15 | 1/2" | 0,1909 | 1,590 | 6,362 |
| 25 | 1" | 0,5301 | 4,418 | 17,67 |
| 32 | 1 1/4" | 0,8686 | 7,238 | 28,95 |
| 40 | 250 | 10" | 53,01 | 441,8 |
| 50 | 2" | 2,121 | 17,67 | 70,69 |
| 66 | 2 1/2" | 3,584 | 29,87 | 119,5 |
| 80 | 3" | 5,429 | 45,24 | 181,0 |
| 100 | 4" | 8,482 | 70,69 | 282,7 |
| 125 | 5" | 13,25 | 110,5 | 441,8 |
| 150 | 6" | 19,09 | 159,0 | 636,2 |
| 200 | 8" | 33,93 | 282,7 | 1131 |
| 1767 | 1 1/2" | 1,357 | 11,31 | 45,24 |
Na opseg mjerenja protoka također utiču temperatura i pritisak medija koji se mjeri. Tabela 2 prikazuje, kao primjer, opsege mjerenja protoka zraka na 20°C i različitih nadpritisaka vrtložnog mjerača protoka.
Tabela 2.
| Prečnik cevi | Pritisak (bar); Gustina (kg/m 3) | ||||||||
| 0 bara 1.205 kg / m 3 |
3,4 bara 5.248 kg/m3 |
6,9 bara 9.409 kg/m3 |
11 bar 14,28 kg / m 3 |
13,8 bara 17,61 kg / m 3 |
20,7 bara 25,82 kg / m 3 |
27,6 bara 34,02 kg / m 3 |
34,5 bara 4 2,22 kg / m 3 |
69 bara 83,24 kg / m 3 |
|
| 50 mm | 0,4829…9,748 | 1,288…4245 | 1,902…76,11 | 2,512…115,5 | 2,889…142,5 | 3,927…208,8 | 4,482…275,2 | 5,177…341,6 | 8,141…673,4 |
| 75 mm | 1,064…21,48 | 2,838…93,52 | 4,190…167,7 | 5,535…254,6 | 6,365…313,9 | 8,215…460,1 | 9,895…606,3 | 11,41…752,5 | 17,94…1484 |
| 100 mm | 1,832…36,98 | 4,888..161,0 | 7,215…288,7 | 99,531…438,3 | 10,96…540,5 | 14,15…792,3 | 17,00…1044 | 19,64…1296 | 30,89…2555 |
| 150 mm | 4,157…83,93 | 11,09…365,5 | 16,37…655,3 | 21,63…994,8 | 24,88…1227 | 32,10…1798 | 38,59…2369 | 44,57…2941 | 70,09…5798 |
| 200 mm | 7,199…145,3 | 19,21…632,8 | 28,35…1135 | 37,46…1723 | 43,07…2124 | 55,59…3113 | 66,82…4103 | 77,18…5092 | 121,4…10039 |
| 250 mm | 11,35…229,1 | 30,27…997,5 | 44,69…1789 | 57,04…2715 | 67,90…3348 | 87,62…4908 | 105,3…6367 | 121,7…8027 | 191,3…15824 |
| 300 mm | 16,11…325,2 | 42,97…1416 | 63,44…2539 | 83,81…3854 | 96,38…4752 | 124,4…6966 | 149,5…9180 | 172,7…11393 | 271,6…22462 |
| 350 mm | 19,47…393,0 | 51,95….1712 | 76,68…3069 | 101,3…4659 | 116,5…5745 | 150,3…8420 | 180,7…11096 | 208,7…13772 | 328,3…27151 |
| 400 mm | 25,43…513,4 | 67,85…2235 | 100,2…4008 | 132,3…6085 | 152,2…7503 | 196,4…10998 | 236,0…14493 | 272,6…17988 | 428,7…35462 |
| 450 mm | 32,19…649,8 | 85,88…2830 | 126,8…5073 | 167,5…7702 | 192,6…9497 | 248,5…13921 | 298,8…18345 | 345,1…22768 | 542,7…44887 |
| 500 mm | 40,00…807,4 | 106,7…3516 | 157,5…6304 | 208,1…9571 | 239,3…11801 | 308,8…17298 | 371,3…22795 | 428,8…28292 | 674,3…55776 |
| 550 mm | 51,04…1030 | 136,2…4486 | 201,0…8044 | 265,5…12212 | 305,4…15058 | 394,1…22072 | 476,7…29086 | 547,1…36100 | 860,5…71170 |
| 600 mm | 57,85…1168 | 154,3…5085 | 227,8…9118 | 301,0…13842 | 346,1…17068 | 446,7…25019 | 537,032969 | 620,2…40919 | 975,3…80671 |
Preciznije određivanje minimalnog i maksimalnog protoka za datu veličinu mjerača protoka vrši se pomoću posebnog softvera koji je razvio proizvođač. Proračun uzima u obzir utjecaj minimalne i maksimalne vrijednosti temperature i pritiska medija, njegove gustine, viskoziteta i drugih karakteristika koje utiču na brzinu protoka i zapreminski protok.
Utjecaj hidrauličkog otpora
Također je potrebno uzeti u obzir činjenicu da mjerač protoka može pružiti određeni otpor kretanju mjerenog medija i uvesti dodatni hidraulički otpor. Vrtložni mjerač protoka ima najveći hidraulički otpor zbog prisustva prilično velike zapremine tijela osipanja u mjernom dijelu uređaja. Coriolisov mjerač protoka također pati od hidrauličkog otpora što rezultira gubitkom tlaka zbog prisustva krivina i cijevi u dizajnu.
Elektromagnetni i ultrazvučni mjerači protoka imaju najmanji hidraulički otpor, jer nemaju krivine i dijelove koji vire u mjerni dio. Puni su. Određeni gubitak tlaka može biti uzrokovan materijalom obloge kućišta mjerača (npr. gumena obloga) ili nepravilnom ugradnjom (zaptivke koje strše u tijelo mjerača).
U tabeli 3 prikazane su vrijednosti dinamičkog raspona mjerenja protoka i maksimalne vrijednosti brzine protoka za mjerače protoka različitih principa rada.
Tabela 3
| Metoda | Dynamic Range | Maksimalni protok |
| Elektromagnetski | 100:1 | 10 m/s (tečnost) |
| Vortex | 25:1 | 10 m/s (tečnost), 80 m/s (para, gas) |
| Ultrazvučni (urezni senzori) | 100:1 | 10 m/s (tečnost) |
| Ultrazvučni (kontaktni senzori) | 100:1 | 12 m/s (tečnost), 40 m/s (para, gas) |
| Coriolis | 100:1 | 10 m/s (tečnost), 300 m/s (para, gas) |
Metrološke karakteristike i njihov uticaj na izbor
Trenutno postoje elektromagnetni mjerači protoka s deklariranim dinamičkim rasponom od 500:1, pa čak i 1000:1. Ovi veliki dinamički rasponi mjerenja postižu se primjenom kalibracije u više tačaka kada se mjerač pusti iz proizvodnje. Nažalost, u procesu daljeg rada dolazi do pogoršanja metroloških karakteristika i značajnog sužavanja realnog dinamičkog raspona.
Metrološke karakteristike mjerači protoka dolaze do izražaja ako se koriste za komercijalno obračunavanje energetskih resursa. Mora se imati na umu da svi uređaji koji se planiraju koristiti u svrhe komercijalnog računovodstva moraju biti uključeni u Državni registar mjernih instrumenata nakon prolaska odgovarajućih ispitivanja, čiji rezultati potvrđuju metrološke karakteristike koje je objavio proizvođač. Trenutni opis vrste mjernog instrumenta treba da vodi evaluaciju grešaka. Budući da se, na primjer, u nekim slučajevima niska greška mjerenja koju je deklarirao proizvođač može osigurati ne u cijelom rasponu, već samo u nekom njegovom užem dijelu. I, nažalost, proizvođači ne odražavaju uvijek ovu činjenicu u svojim tehnička dokumentacija i promotivni materijali.
Kako bi se smanjili troškovi naknadnog metrološkog održavanja (verifikacije) mjerača protoka, pod jednakim uvjetima, preporučuje se odabir uređaja s maksimalnim intervalom kalibracije. Na ovog trenutka većina mjerača protoka ima interval rekalibracije od jednom 4 godine ili više. Prilikom odabira marke uređaja ne treba juriti za maksimalnom vrijednošću intervala kalibracije u slučaju kada je dugoročna preciznost mjerenja odlučujuća karakteristika, posebno ako je ova ponuda malo poznatog proizvođača. Za mjerače protoka nominalnog prečnika većeg od 250 mm (DN 250), dostupnost postupka verifikacije bez demontaže mernog dela, tzv. simulacije, verifikacije bez izlivanja, često postaje odlučujući faktor u korist izbora određeni proizvođač i tip. Ispitivanje mjerača protoka nominalnog prečnika većeg od 250 mm metodom izlivanja trenutno je težak zadatak zbog nedostatka certificiranih instalacija za izlivanje u Rusiji za provjeru mjerača protoka veliki prečnik. Ali treba imati na umu da metoda verifikacije bez izlivanja dodaje dodatnu grešku od 1 ... 1,5% osnovnoj grešci mjerenja, što možda nije uvijek prihvatljivo.
U tabeli 4 prikazane su metrološke karakteristike mjerača protoka sa različitim metodama mjerenja, možda s najboljom preciznošću do sada. Ako rješenje koje vam je ponudio dobavljač ima još veće stope tačnosti, onda biste trebali pažljivije pristupiti pitanju provjere deklariranih mjeriteljskih karakteristika ove opreme.
Tabela 4
|
Na tačnost mjerenja zapremine i masenog protoka utječu ne samo način mjerenja, kvalitet materijala upotrijebljenih u izradi, primijenjena shematska rješenja i algoritmi softverskog proračuna, već i ispravna instalacija i konfiguracija, pravovremenost i kompletnost. Održavanje. Ova pitanja će biti predmet završnog, trećeg dijela vodiča za odabir mjerača protoka, jer prilikom odabira mjerača protoka treba uzeti u obzir i troškove instalacije i naknadnog održavanja, kao i moguće tehničke karakteristike aplikacije. |
Istorija mjerača protoka datira još od 1797. godine, kada je talijanski naučnik Giovanni Battista Venturi objavio rad iz oblasti hidraulike: studiju o protoku vode kroz kratke cilindrične i divergentne mlaznice. Godine 1887. američki naučnik C. Herschel predložio je vodomjer nazvan po Venturiju. Poznata Venturijeva cijev za mjerenje brzine protoka zraka i vode i za stvaranje vakuuma u žiroskopima aviona. Godine 1962. inženjer Heinrich Kübler izumio je magnetni prekidač, koji je omogućio razvoj i proizvodnju instrumenata za mjerenje nivoa tečnih i rasutih materijala. Uslijedio je razvoj plivajućih magnetnih prekidača, telemetrijskih senzora nivoa i pokazivača nivoa premosnice.
Ultrazvučnu modifikaciju merača protoka izumeo je Jurij Aleksandrovič Koval, predavač na Katedri za osnove radiotehnike Harkovskog nacionalnog univerziteta za radio elektroniku. Patent za turbinski mjerač protoka izdat je 1970. zaposlenima Istraživačkog instituta za termoenergetsku instrumentaciju SSSR-a.
Westmedgroup proizvodi pokrivaju čitav asortiman uređaja za intenzivnu njegu, a posebno Flowmeter, priznati proizvođač mjerne opreme.
Mjerači protoka su tehnički uređaji dizajnirani za mjerenje masenog ili zapreminskog protoka.
Postoji mnogo različitih karakteristika prema kojima se mjerači protoka mogu klasificirati (na primjer, tačnost, opseg mjerenja, tip izlaznog signala, itd.). Međutim, najopštija klasifikacija je prema principima mjerenja, prema onim fizičkim pojavama, uz pomoć kojih se izmjerena vrijednost pretvara u izlazni signal primarnog pretvarača mjerača protoka (senzora).
- Promjenjivi mjerači protoka diferencijalnog pritiska (sa uređajima za sužavanje; sa hidrauličkim otporima; centrifugalni; sa uređajima za pritisak; mlazni), pretvaraju brzinu u pad pritiska.
- Mjerači protoka oko protoka (konstantni diferencijalni mjerači protoka - rotametri, plovak, klip, hidrodinamički), pretvaraju brzinu brzine u kretanje aerodinamičnog tijela.
- Tahometrijski mjerači protoka (turbina sa aksijalnom ili tangencijalnom turbinom; lopta) koji pretvaraju brzinu protoka u kutnu brzinu rotacije aerodinamičnog elementa (lopatice turbine ili kuglice).
- Elektromagnetni mjerači protoka koji pretvaraju brzinu provodljive tekućine koja se kreće u magnetskom polju u EMF.
- Ultrazvučni mjerači protoka zasnovani na efektu zahvatanja zvučnih vibracija pokretnim medijem.
- Inercijski mjerači protoka (turbosnaga; Coriolis; higroskopni) zasnovani na inercijskom efektu mase fluida koja se kreće linearnim ili ugaonim ubrzanjem.
- Termalni mjerači protoka (kalorimetrijski; vruća žica), zasnovani na efektu prijenosa topline pokretnim medijem iz zagrijanog tijela.
- Optički mjerači protoka zasnovani na efektu otpora svjetlosti pokretnim medijem (Physeau-Fresnel) ili raspršivanju svjetlosti pokretnim česticama (Doppler).
- Označeni mjerači protoka (sa termičkim, jonizacijskim, magnetnim, koncentracijskim, turbulentnim oznakama) zasnovani na mjerenju brzine ili stanja oznake kada ona prolazi između dva fiksna odsječka protoka.
Mjerači protoka su pribor za medicinske plinove. U oblasti medicine, mjerači protoka se ugrađuju na: konzolu za distribuciju plina, kriogeni gasifikator, pumpa za špric, na gasovodni sistem centralizovane bolničke opreme.
Značajan dio masovno proizvedenih mjerača protoka ima klasu tačnosti (smanjena greška) od 1-1,5%. Ako prihvatimo da se mjerenja pretežno vrše na sredini skale, relativna greška ovih mjerenja je 2-3%. Uzimajući u obzir uticaj različitih destabilizujućih faktora, stvarna greška će biti još veća.
Istovremeno, za efikasnu kontrolu tehnoloških procesa u naftnoj, gasnoj, hemijskoj industriji, energetskim i transportnim instalacijama, za računovodstvene poslove, već danas je potrebna za red veličine veća tačnost merenja protoka. Upravo ta okolnost zahtijeva stvaranje i implementaciju mjerača protoka s klasom ne lošijom od 0,1-0,3%.
Karakteristična karakteristika prakse mjerenja protoka je izuzetno širok spektar mjerenih supstanci sa različitim fizičkim i hemijskim svojstvima – gustinom, viskoznošću, temperaturom, faznim sastavom i strukturom. Stoga je u ovoj oblasti mjerenja problem stvaranja uređaja invarijantnih (neosjetljivih) na fizička i hemijska svojstva mjerenih medija, na neinformativne parametre ulaznog signala.
Potraga za novim principima za stabilizaciju funkcije konverzije, korištenje sistema za automatsku korekciju indikacija, uvođenje korekcija - glavni su pravci tehničke potrage za rješenjem ovog problema.
Strukturno, u općem slučaju, mjerači protoka se sastoje od primarnog pretvarača - mjernog dijela i sekundarnog pretvarača - elektronske jedinice. Prema dizajnu primarnih pretvarača, mogu se podijeliti na sljedeće vrste:
- punoprotočni, čiji je primarni pretvarač ugrađen direktno u poprečni presjek cjevovoda;
- potopni, čiji se primarni pretvarač ubacuje u cevovod kroz rupu. Ovi uređaji, ovisno o izvedbi, mogu se montirati / demontirati bez rasterećenja tlaka u cjevovodu;
- sa nadzemnim primarnim pretvaračima, montiranim direktno na vanjska površina cjevovod - samo ultrazvučni mjerači protoka.
- Glavni tip spajanja mjerača punog protoka sa cjevovodom je prirubnički. U ovom slučaju postoje dvije njegove varijante:
- tradicionalna prirubnička veza, kada protočni dio mjerača protoka ima ulazne i izlazne prirubnice, koje su pričvršćene vijcima ili klinovima za prirubnice cjevovoda;
- sendvič priključak, kada protočni dio mjerača protoka nema svoje prirubnice, već je pričvršćen između spojnih prirubnica cjevovoda pomoću dugih vijaka.
Obje vrste prirubničkog spoja su podjednako pouzdane, međutim, sendvič veza zahtijeva više pažnje pri izvođenju radovi zavarivanja i ugradnja mjerača protoka. S druge strane, cijena mjerača protoka sa sendvič priključkom je mnogo niža nego s prirubnicom zbog manje potrošnje metala.
Mjerači punog protoka su najprecizniji u određivanju prosječne brzine protoka, jer mjere na cijelom dijelu protoka. Shodno tome, oni imaju manju grešku mjerenja, do ± 0,2 ... 0,5% izmjerene vrijednosti. Tačnost mjerenja masenog protoka masenim Coriolisovim mjeračima protoka je praktično nezavisna od profila protoka, što omogućava postizanje greške u mjerenju masenog protoka reda veličine ±0,1…0,2% od izmjerene vrijednosti.
Potopljeni mjerači protoka mjere protok u jednoj tački. U njima je određen prosječni protok na osnovu postojećih teorijskih i eksperimentalnih ovisnosti raspodjele protoka po dionici cjevovoda. Različiti ometajući uticaji dovode do izobličenja profila protoka, što ne može a da ne utiče na rezultate merenja kod ovih uređaja. Trenutno je greška mjerenja potopljenih mjerača protoka oko ± 1 ... 2% skale i značajno ovisi o ispravnosti njihove instalacije.
Ultrazvučni mjerači protoka mjere brzinu protoka u jednoj ili više ravnina protočnog dijela, ovisno o broju primarnih pretvarača, što određuje njihovu grešku mjerenja protoka, koja iznosi ± 1 ... 3% od izmjerene vrijednosti. Greška ovih uređaja ovisi i o ispravnosti i lokaciji primarnih pretvarača.
Prema izgledu, mjerači protoka mogu biti:
- integralni dizajn - sekundarni pretvarač se montira direktno na primarni pretvarač;
- udaljena verzija - sekundarni pretvarač je montiran na određenoj udaljenosti od primarnog i povezan s njim kabelom.
U većini slučajeva je svrsishodnije koristiti mjerače protoka u integralnom dizajnu. Međutim, postoji niz faktora u prisustvu kojih se koriste mjerači protoka u udaljenoj verziji:
- visoka temperatura mjerenog medija;
- toplota okruženje na lokaciji mjerača protoka;
- visoke vibracije cjevovoda;
- mogućnost poplave mjesta ugradnje mjerača protoka (za takve slučajeve primarni pretvarači u pravilu imaju vodootporni dizajn IP68);
- otežan pristup mjestu ugradnje mjerača protoka.
U mnogim industrijama postoje eksplozivne zone u kojima zbog curenja i isparavanja zapaljivih materija nastaju ili mogu nastati eksplozivne gasne atmosfere. U takvim područjima potrebno je koristiti mjerače protoka otporne na eksploziju.
Najrasprostranjenije su dvije vrste zaštite od eksplozije mjerača protoka: svojstveno sigurno kolo - ovu metodu podrazumijeva da ako se u električnim krugovima uređaja pojavi iskra, njegova snaga neće biti dovoljna da zapali eksplozivnu smjesu;
vatrootporno kućište - ova metoda podrazumijeva da su električni krugovi uređaja smješteni u posebnu, vrlo izdržljivu školjku. To ne isključuje kontakt električnih krugova s eksplozivnom smjesom i mogućnost njenog paljenja, ali je zajamčeno da će školjka izdržati višak tlaka koji nastaje eksplozijom, odnosno bljesak neće ići dalje od plamenootpornog omotača.
Klasifikacija zadataka mjerenja protoka
Prema funkcionalnoj namjeni, problemi mjerenja protoka u industriji mogu se uslovno podijeliti na dva glavna dijela:
- računovodstveni zadaci:
- komercijalno;
- operativni (tehnološki);
- poslovi kontrole i upravljanja tehnološkim procesima:
- održavanje datog protoka;
- miješanje dva ili više medija u određenom omjeru;
- procesi doziranja/punjenja.
Prisutni računovodstveni zadaci visoki zahtjevi na grešku mjerenja protoka i stabilnost mjerača protoka, budući da su njegova očitavanja osnova za obračun transakcija između dobavljača i potrošača. Operativni računovodstveni zadaci obuhvataju aplikacije kao što su intershop, intrashop računovodstvo, itd. U zavisnosti od zahteva za ove zadatke, moguće je koristiti merače protoka jednostavnijeg dizajna sa većom greškom merenja nego u komercijalnom računovodstvu.
Zadaci kontrole i upravljanja tehnološkim procesima su veoma raznovrsni, pa izbor vrste merača protoka zavisi od stepena važnosti i zahteva za ovaj proces.
Prema uslovima merenja, zadaci određivanja protoka mogu se klasifikovati na sledeći način:
- mjerenje protoka u potpuno napunjenim (tlačnim) cjevovodima;
- mjerenje protoka u nepotpuno napunjenim (netlačnim) cjevovodima, otvorenim kanalima i tacnama.
Zadaci mjerenja protoka u potpuno napunjenim cjevovodima su standardni, a većina mjerača protoka je dizajnirana posebno za ovu aplikaciju. Zadaci druge grupe su specifični, jer zahtevaju, pre svega, određivanje nivoa tečnosti. Štaviše, u zavisnosti od tipa posude ili kanala, moguće je odrediti protok kroz izmereni nivo na osnovu teorijski dokazanih i eksperimentalno potvrđenih zavisnosti protoka tečnosti od nivoa. Međutim, postoje primjene gdje je pored mjerenja nivoa tečnosti u kanalu, žlijebu ili nepotpuno napunjenom cevovodu potrebno odrediti i protok.
Merenje protoka tečnosti
Za mjerenje protoka tečnosti u industrijskim uslovima preporučljivo je koristiti elektromagnetne, ultrazvučne, masovne Coriolisove protokomjere i rotametre. Osim toga, u nekim slučajevima, korištenje vrtložnih mjerača protoka i mjerača protoka promjenjivog pada tlaka može biti optimalno rješenje.
Prilikom odabira uređaja za mjerenje protoka električno vodljivih tekućina i muljnih tvari, prije svega se preporučuje razmotriti mogućnost korištenja elektromagnetnih mjerača protoka.
Zbog svojih dizajnerskih karakteristika, raznovrsnosti materijala za oblaganje i elektroda, ovi uređaji imaju široku primjenu i koriste se za mjerenje protoka sljedećih medija:
- opšti tehnički mediji (voda, itd.);
- visoko korozivni mediji (kiseline, alkalije, itd.);
- abrazivni i ljepljivi (ljepljivi) mediji;
- kaše, paste i suspenzije sa sadržajem vlakana ili čvrstih materija većim od 10% (tež.).
Visoka tačnost merenja (± 0,2 ... 0,5% od izmerene vrednosti), kratko vreme odziva (do 0,1 s u zavisnosti od modela), bez pokretnih delova, visoka pouzdanost i dug radni vek, minimalno održavanje - sve to čini potpuno protočni elektromagnetni mjerači protoka su optimalno rješenje za probleme mjerenja protoka i obračuna količine elektroprovodljivih medija u cjevovodima malog i srednjeg prečnika.
Potopni elektromagnetni mjerači protoka imaju široku primjenu u operativnim zadacima upravljanja i tehnološkim procesima gdje nije potrebna visoka preciznost mjerenja, kao i pri mjerenju protoka u cjevovodima velikih prečnika (>CN400) i brzine protoka u otvorenim kanalima i tacnama.
Ultrazvučni mjerači protoka se uglavnom koriste za mjerenje protoka neprovodnih medija (ulja i rafiniranih proizvoda, alkohola, rastvarača, itd.). Mjerila protoka punog protoka koriste se i u komercijalnim mjernim jedinicama i u kontroli procesa. Greška mjerenja ovih uređaja, ovisno o verziji, iznosi oko ± 0,5% od izmjerene vrijednosti. U zavisnosti od principa merenja, medijum mora biti čist (vremenski impulsni protokomeri) ili sadržavati neotopljene čestice i/ili neotopljeni vazduh (doplerovi protokomeri). Kao primjer medija za drugi slučaj, može se navesti mulj, suspenzije, tekućine za bušenje itd.
Mjerači protoka sa senzorima za pričvršćivanje lako se instaliraju i po pravilu se koriste za operativno računovodstvo iu nekritičnim tehnološkim procesima (greška reda ± 1 ... 3% skale) ili u aplikacijama gdje nije moguća ugradnja mjerača punog protoka.
Coriolisovi mjerači masenog protoka, na osnovu svog principa mjerenja, mogu mjeriti protok gotovo svih medija. Ovi uređaji se odlikuju visokom preciznošću mjerenja (± 0,1…0,5% izmjerene vrijednosti pri mjerenju masenog protoka) i visokom cijenom. Stoga se Coriolisovi mjerači protoka prvenstveno preporučuju za upotrebu u jedinicama za nadzor, procesima doziranja/punjenja ili kritičnim tehnološkim procesima gdje je potrebno mjeriti maseni protok medija ili kontrolisati nekoliko parametara odjednom (maseni protok, gustina i temperatura).
Mjerači masenog protoka obično koriste nehrđajući čelik ili legure Hastelloy kao mjerne cijevi, tako da ovi uređaji nisu prikladni za mjerenje visoko korozivnih medija. Takođe, na tačnost mjerenja protoka mjeračima masenog protoka snažno utiče prisustvo neotopljenog gasa u mjerenom mediju.
Rotametri se koriste za mjerenje niskih brzina protoka. Klasa tačnosti ovih uređaja, ovisno o verziji, varira između 1,6 ... 2,5.
Nerđajući čelik i PTFE se koriste kao materijali za merne cevi, što omogućava korišćenje rotametara za merenje protoka korozivnih medija.
Metalni rotametri vam takođe omogućavaju merenje protoka medija visoke temperature. Treba napomenuti da je nemoguće izmjeriti protok ljepila, abrazivnih medija i medija s mehaničkim nečistoćama pomoću rotametara. Osim toga, postoji ograničenje za ugradnju ovog tipa mjerača protoka: dozvoljeno ih je instalirati samo na okomite cjevovode sa smjerom protoka mjerenog medija odozdo prema gore. Moderni rotametri, pored indikatora, mogu biti opremljeni mikroprocesorskim elektronskim modulom sa izlaznim signalom od 4 ... 20 mA, totalizatorom i graničnim prekidačima za rad u režimu protočnog releja.
Iako su vrtložni mjerači razvijeni posebno za mjerenje protoka plina/pare, mogu se koristiti i za mjerenje protoka tekućih medija. Međutim, zbog njihovih konstruktivnih karakteristika, najpreporučljivije primjene ovih uređaja u poslovima operativnog računovodstva i upravljanja tehnološkim procesima su: mjerenje protoka visokotemperaturnih tečnosti sa temperaturama do +450 °C; mjerenje protoka kriogenih tečnosti sa temperaturama do -200 °C; pri visokom, do 25 MPa, procesnom pritisku u cjevovodu; mjerenje protoka u cjevovodima velikog promjera (potopni vrtložni mjerači protoka). U tom slučaju tečnost mora biti čista, jednofazna, viskoziteta ne više od 7 cP.
Merenje protoka gasa i pare
Za razliku od tečnosti, koje se uslovno mogu smatrati praktično nestišljivim medijima, zapremina gasovitih medija značajno zavisi od temperature i pritiska. Stoga, kada se uzme u obzir količina gasova, oni rade sa zapreminom i protokom, svedenim ili na normalne uslove (T = 0 °C, P = 101,325 kPa aps.), ili na standardnim uslovima(T = +20 °C, P = 101,325 kPa aps.).
Dakle, za mjerenje količine plina i pare, uz mjerač zapreminskog protoka, senzore pritiska i temperature, bilo mjerač gustine ili mjerač masenog protoka, kao i računski uređaj (korektor ili drugi sekundarni uređaj sa odgovarajućim matematičke funkcije). Kontrola protoka gasa u procesnim aplikacijama često je ograničena samo na merenje zapreminskog protoka, ali za preciznu kontrolu takođe je potrebno odrediti brzinu protoka u normalnim uslovima, posebno u slučaju velikih fluktuacija u gustini gasa.
Najčešće korišćena metoda za merenje protoka gasa i pare je metoda promenljivog pada pritiska (RPD), a uređaji za sužavanje tradicionalno se koriste kao primarni pretvarači protoka, prvenstveno standardni otvor. Glavne prednosti PPD mjerača protoka su provjera bez izlivanja, niska cijena, širok spektar primjena i veliko iskustvo u radu. Međutim, ova metoda ima i vrlo ozbiljne nedostatke: kvadratnu ovisnost pada tlaka od brzine protoka, velike gubitke tlaka na ograničavajućim uređajima i stroge zahtjeve za ravne dijelove cjevovoda. Kao rezultat toga, trenutno, kako u Rusiji tako i širom svijeta, postoji jasan trend zamjene sistema za mjerenje protoka sa otvorima sa mjeračima protoka sa drugim principima mjerenja. Za cjevovode malih i srednjih promjera sada postoji širok izbor razne metode i instrumente za mjerenje protoka, ali za cjevovode promjera od 300 ... 400 mm i više, praktički ne postoji alternativa metodi zadržavanja pritiska. Da bi se riješili nedostataka tradicionalnih PPD mjerača protoka sa otvorom, uz zadržavanje prednosti same metode, omogućava se korištenje usrednjenih tlačnih cijevi serije Torbar kao primarnih pretvarača protoka i digitalnih senzora razlike tlaka serije EJA/EJX kao sredstvo za merenje diferencijalnog pritiska (manometri diferencijalnog pritiska). Istovremeno, gubici tlaka se smanjuju za desetine i stotine puta, ravni dijelovi se smanjuju u prosjeku 1,5 ... 2 puta, dinamički raspon protoka može doseći 1:10.
U poslednje vreme više široka primena za mjerenje protoka plina i pare, nalaze se vrtložni mjerači protoka. U poređenju sa mjeračima protoka s promjenjivim pritiskom, oni nude širi pad, manji pad tlaka i direktan
parcele. Ovi uređaji su najefikasniji u mjerenju, prvenstveno komercijalnom, iu kritičnim zadacima kontrole protoka. Upotreba merača protoka sa ugrađenim temperaturnim senzorom ili standardnog merača protoka u kombinaciji sa senzorima temperature i pritiska omogućava određivanje masenog protoka medija, što je posebno važno pri merenju protoka pare.
Međutim, ovi uređaji se, zbog posebnosti principa mjerenja, ne koriste za:
mjerenje protoka višefaznih, ljepljivih medija i medija sa čvrstim inkluzijama; mjerenje protoka medija sa malim brzinama protoka.
Pri malim i srednjim brzinama protoka, rotametri se široko koriste za mjerenje protoka plinova. Ovi uređaji su dizajnirani za rad i sa visokotemperaturnim i sa korozivnim medijima i imaju široku primjenu različite verzije. Međutim, kao što je gore spomenuto, rotametri se montiraju samo na vertikalne cjevovode sa smjerom protoka odozdo prema gore i ne koriste se za mjerenje brzine protoka ljepljivih medija i medija koji sadrže čvrste tvari, uključujući abrazivne.