Ústav technologie, mechanizace a řízení staveb CW01 - Teorie měření a regulace 8.1 ZS – 2010/2011 © 2010 - Ing. Václav Rada, CSc.

Další pokračování o principech měření ………… T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR Další pokračování o principech měření ………… A © VR - ZS 2009/2010

Měření fyzikálních veličin – průtok MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR Měření fyzikálních veličin – průtok Průtok je určen střední rychlostí proudu v potrubí o známém prů-měru (a tedy průřezu). Bere se střední „vlákno“ proudu. Základní veličinou při měření průtoku kapalin, plynů i par je objemové množství: V = m / ρ = m * V0 kde: m … hmotnost ρ … měrná hustota, která je funkcí teploty a tlaku (!). A © VR - ZS 2009/2010

Měření fyzikálních veličin – průtok MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR Měření fyzikálních veličin – průtok Další veličinou je průtočné množství: objemové Q = V / t = S * v kde: t … čas průtoku S … průřez potrubí v … okamžitá průtočná rychlost tíhové G = (V * ρ) / t = S * v * γ kde: γ … měrná tíha A © VR - ZS 2009/2010

Měření fyzikálních veličin – průtok MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR Měření fyzikálních veličin – průtok hmotové M = (V * ρ) / t = S * v * ρ kde: M … měrná tíha A © VR - ZS 2009/2010

Měření fyzikálních veličin – průtok MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR Měření fyzikálních veličin – průtok Okamžitý (dynamický) průtok je dán diferenciálním vztahem vyjadřujícím jeho časovou závislost: Q = dV / dt   Objem, který protekl za určitý čas –v intervalu < t1 , t2 > – je dán určitým integrálem s hranicemi = hodnotám intervalu: V =  t1t2 (Q * dt) Při laminárním proudění se částice pohybují po drahách, které se navzájem nekříží a je tudíž nejrychlejší. Naopak při turbulentním proudění se dráhy kříží a proud se zpo-maluje. A © VR - ZS 2009/2010

Měření fyzikálních veličin – průtok MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR Měření fyzikálních veličin – průtok Reynoldsovo číslo určuje druh proudění, udává se pro potrubí da-ného průměru a kapalinu či plyn o dané kinematické viskozitě ν. Tzv. „kritické“ Reynoldsovo číslo Re = 2300 udává bod zvratu mezi laminárním a turbulentním. Hodnotu Reynoldsova čísla lze vypočíst ze vztahu: Re = (D * c) / v kde: c ... je střední rychlost proudění D ... je průměr potrubí [m] ν … je kinematická viskozita daná vztahem ν =  / ρ kde  … je dynamická viskozita. A © VR - ZS 2009/2010

Měření fyzikálních veličin – průtok MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR Měření fyzikálních veličin – průtok Při určování druhu a typu proudění – a odpovídající použité měřicí metody – s cílem zajistit, že výsledek nebude zatížen (zbytečnou) chybou, je potřeba znát a určit: druh a vlastnosti měřeného média (plynu či kapaliny) jaký vliv bude nebo může mít médium na materiál snímače zda je měření nutno provádět jen v určitém časovém okamžiku, opakovaně nebo sledovat hodnotu průběž-ně (opět zda krátkodobě nebo dlouhodobě) ……. A © VR - ZS 2009/2010

Měření fyzikálních veličin – průtok MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR Měření fyzikálních veličin – průtok jaké potrubí má zpětný vliv na mechaniku a proudění média zda nejsou speciální požadavky na polohu měřicího místa (měřicího potrubí) jaké jsou požadavky na přesnost a opakovatelnost měření a získaného údaje zda nejsou nějaká omezení předem vylučující použití určitých měřicích principů a metod A © VR - ZS 2009/2010

Měření fyzikálních veličin – průtok MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR Měření fyzikálních veličin – průtok Snímače - rychlostní lopatkové – jedno nebo více vtokové – počet otáček je přímo úměr-ný střední rychlosti proudění média (obvykle kapaliny) – nehodí se pro media s vyšší viskozitou – nebývají moc přesné (nad 2 %) šroubové (turbinové) – jeden nebo dva rotory – u dvourotorového provedení jsou rotory pružně spojeny (protože jeden z nich je br-zděn) a jsou nezávisle uloženy – jsou vhodné pro potrubí až do průměru 1 m, tlaky až do 250 MPa a teploty média až 700 oC – jsou přesné (pod 1 %), ale cena je vysoká s rotující kuličkou – používají se hlavně v hydraulických systé-mech a jako „spotřeboměry“ – vhodné pro průtoky od 1 do 10 000 – přesnost ± 2% A © VR - ZS 2009/2010

Měření fyzikálních veličin – průtok MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR Měření fyzikálních veličin – průtok Snímače – s deformačním členem Provedení deformačního členu: membrána jednostranně vetknutý nosník (trámek) pevné šroubové kolo jiný deformační člen A © VR - ZS 2009/2010

Měření fyzikálních veličin – průtok MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR Měření fyzikálních veličin – průtok Snímače – průřezové Se změnou průřezu potrubí vložením dýzy, clony apod. Mnohé mají jen malý měřicí rozsah. Výstupem většinou bývá informace o tlakové diferenci (čili o roz-dílu dvou měřených tlaků). Uspořádání snímačů (čidel): se clonou s dvojitou clonou se segmentovou clonou ….. A © VR - ZS 2009/2010

Měření fyzikálních veličin – průtok MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR Měření fyzikálních veličin – průtok Průřezový snímač Snímače – průřezové  d  D p1 p2 v ∆p ∆p2 Jsou založeny na změně proudu média změnou průřezu v potrubí. Změna průřezu může být jedno-duchá nebo více-násobná. © VR - ZS 2009/2010

Měření fyzikálních veličin – průtok MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR Měření fyzikálních veličin – průtok Snímače – rychlostní s dýzou obecného tvaru Venturiho dýza Pitot – Venturiho snímač (nejlepší a nejznámější) laminární vícevrstvý válcový kolenový smyčkový s pomocnou cirkulací měřeného média gyroskopický A © VR - ZS 2009/2010

Měření fyzikálních veličin – průtok MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR Měření fyzikálních veličin – průtok Snímače – tepelné Nejznámější provedení: kalorimetrické anemometrické (vhodné zejména pro plyny a vyšší rych-losti proudění) se škrticím členem – rozdílem rychlostí na něm vzniká mě-řitelný tepelný spád A © VR - ZS 2009/2010

Měření fyzikálních veličin – průtok MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR Měření fyzikálních veličin – průtok Snímače – ultrazvukové Nejznámější provedení – zejména pro potrubí větších průměrů – neobsahují žádnou pohyblivou část, takže mají minimální nároky na údržbu: kontaktní bezkontaktní © VR - ZS 2009/2010

Měření fyzikálních veličin – průtok MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR Měření fyzikálních veličin – průtok Snímače – ultrazvukové Nejznámější provedení – zejména pro potrubí větších průměrů – neobsahují žádnou pohyblivou část, takže mají minimální nároky na údržbu: vysilač  vysilač 1 přijímač 1 přijímač 2 vysilač 2 přijímač v © VR - ZS 2009/2010

Měření fyzikálních veličin – průtok MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR Měření fyzikálních veličin – průtok Snímače – indukční Jednoduchý princip i realizace – vhodné pouze pro elektricky vodivé kapaliny (hl. tekuté kovy): A s elektrodami bez elektrod © VR - ZS 2009/2010

Měření fyzikálních veličin – průtok MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR Měření fyzikálních veličin – průtok Snímače – indukční Jednoduchý princip i realizace – vhodné pouze pro elektricky vodivé kapaliny (hl. tekuté kovy): S J Ф napětí UW - úměrné rychlosti proudění snímací elektrody proudící kapalina – rychl. w – σ ≥ 1 [μS/cm] potrubí fiktivní vlákna proudící kapaliny © VR - ZS 2009/2010

Měření fyzikálních veličin – průtok MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR Měření fyzikálních veličin – průtok Snímače – fluidikové Velmi jednoduché – jsou malé a mají vysokou přesnost. Založeny na sledování změny frekvence proudem média. Vzhledem k malým rozměrům jsou vhodné pro robotické systémy. Nejmladší a dnes velice propracované. Provedení: A využívající precese osového víru využívající vírové stezky za přepážkou oscilační © VR - ZS 2009/2010

84.... … a to by bylo k informacím o měření průtoku (skoro) vše T- MaR © VR - ZS 2010/2011

Témata T- MaR © VR - ZS 2009/2010