ZALETY PRZEPŁYWOMIERZY ULTRADŹWIĘKOWYCH
W grupie przepływomierzy ultradźwiękowych wyróżnić można dwa typy urządzeń: Dopplera oraz przepływomierze, w których mierzy się czas przejścia impulsu ultradźwiękowego między nadajnikiem i odbiornikiem (w tzw. konfiguracji transittime). Elementy te umieszczone są na rurociągu i na przemian wysyłają i odbierają impulsy (rys. 7).
Różnica czasu transmisji impulsów w obu trybach jest proporcjonalna do natężenia przepływu płynu. W przepływomierzach Dopplera (rys. 8) także jest wysyłany impuls ultradźwiękowy, który po odbiciu od cząstek przepływającego medium wraca do odbiornika. Na tej podstawie wyznaczana jest częstotliwość odebranego sygnału, którą porównuje się z częstotliwością sygnału nadanego.
Ich różnica jest związana zależnością z natężeniem przepływającego medium. Przepływomierze ultradźwiękowe oprócz tego, że zapewniają wysoką dokładność pomiaru, mają też szereg innych zalet, które decydują o przewadze urządzeń tego typu nad wcześniej omawianymi miernikami przepływu. Przykładowo w odróżnieniu od przepływomierzy Coriolisa czujniki ultradźwiękowe zazwyczaj bardziej nadają się do zastosowania w rurociągach o dużych rozmiarach.
W czujnikach masowych Coriolisa powyżej pewnej średnicy instalacja staje się kłopotliwa, a tym samym pociąga za sobą większe koszty, natomiast w przypadku przepływomierzy ultradźwiękowych im większy rurociąg, tym lepsze warunki propagacji sygnału. Inną, bardzo ważną zaletą czujników ultradźwiękowych jest ich nieinwazyjny charakter.
Stąd unika się w tym wypadku takich problemów, jak wytrącenie czujnika z ustalonej pozycji oraz szybkie zużywanie się komponentów na skutek kontaktu z medium, co jest poważną wadą przepływomierzy wirowych i zwężkowych z kryzą. W przepływomierzach ultradźwiękowych nie ma też ruchomych części, które skracają czas użytkowania – np. turbinowych czujników przepływu.
|
ROTAMETRY
Odpowiednio dobrany przepływomierz decyduje nie tylko o dokładności pomiarów, ale też często o tym, czy ich wyniki będą w ogóle użyteczne. Istotne są kwestie takie, jak precyzja i ich powtarzalność oraz cena przyrządu, jednak wybierając przepływomierz, należy przede wszystkim dobrze poznać specyfikę procesu, w którym przepływ będzie monitorowany.
Uwzględnić należy też cały system, w ramach którego przepływomierz będzie działał. Na tej podstawie od razu można wyeliminować konkretne typy przepływomierzy, które mimo takich zalet, jak wysoka dokładność lub niska cena, w danej aplikacji się nie sprawdzą. Jako przykład podać można przepływomierze pływakowe, czyli tzw. rotametry.
Są to urządzenia, których głównym elementem jest pływak, a jego pozycja przy określonym natężeniu przepływu ustala się w momencie, gdy siła wyporu i grawitacji oddziałujące na pływak równoważą się (rys. 9). Jednym z powodów, dla których dawniej w procesach zautomatyzowanych ten typ przepływomierzy był praktycznie wykluczony, jest fakt, że większość z nich nie generowała mierzalnego sygnału wyjściowego i wynik pomiaru należało odczytywać „ręcznie” ze skali naniesionej na przyrządzie.
Obecnie jednak, oprócz przepływomierzy w wersjach w pełni mechanicznych, standardem są rotametry wyposażone w moduły generujące sygnał elektryczny, które mogą bez problemu współpracować z pozostałymi elementami systemu automatyki. Za zastosowaniem przepływomierzy pływakowych w niektórych aplikacjach może przemawiać koszt, znacznie niższy w porównaniu do innych, bardziej skomplikowanych przyrządów.
Zaleta ta jest jednak istotnie równoważona przez niską dokładność pomiarów, która w zastosowaniach wymagających dużej precyzji może nawet przeważyć na niekorzyść przyrządów tego typu. Ponadto problemem są pomiary cieczy o dużej lepkości. W miarę użytkowania płyn taki oblepia pływak, tworząc na nim warstwę, która negatywnie wpływa na dokładność pomiarów, zawyżając prawidłowe wyniki nawet kilkukrotnie.
Dlatego w przypadku pomiaru przepływu cieczy lepkich lub takich, których lepkość może się zmienić np. na skutek wahań temperatury, ten typ mierników przepływu lepiej jest wykluczyć. Innym przykładem są pomiary przepływu pary, w których trudność wyboru przepływomierza wynika ze specyfiki mierzonego medium (patrz ramka). W tym wypadku również na podstawie wstępnej analizy warunków, w jakich realizowany jest pomiar, można z pewnych grup czujników od razu zrezygnować.
|
PODSUMOWANIE
Przedstawione przykłady oraz charakterystyki różnych przepływomierzy pokazują, że nie ma idealnego przepływomierza, który nadawałby się do każdej aplikacji. Ponadto oprócz ograniczeń samych przepływomierzy problemy z wyborem odpowiedniego przyrządu wynikają też np. z trudności z właściwą interpretacją danych katalogowych oraz z łatwych do przeoczenia kwestii w zakresie konstrukcji instalacji, w której pracować ma dany przepływomierz. Dlatego przed dokonaniem wyboru urządzenia zawsze warto przeanalizować różne możliwości, co pozwala uniknąć późniejszych problemów.
Monika Jaworowska,
Marek Krajewski