Επιλογή και οδηγός εφαρμογής βιομηχανικού μετρητή ροής μεταβλητής περιοχής
Μετρητής ροής/ροταμέτρο μεταβλητής περιοχής
1. Εισαγωγή στη μέτρηση ροής μεταβλητής επιφάνειας
Οι μετρητές ροής μεταβλητής περιοχής (VA flowmetres), κοινώς γνωστοί ως ροταμέτρα ή ροομετρητές πλωτήρα, είναι από τις πιο ευρέως χρησιμοποιούμενες συσκευές μέτρησης ροής σε βιομηχανικές εφαρμογές. Επίσης, αυτός ο τύπος ροόμετρου έχει πολύ μακρά ιστορία. Αυτοί οι ροομετρητές τοπικής ένδειξης (τώρα διατίθενται και με δυνατότητα
ροταμέτρου εξόδου 4-20mA ) παρέχουν αξιόπιστες και οικονομικά αποδοτικές λύσεις για τη μέτρηση των ρυθμών ροής υγρών, ατμού και αερίου σε πολυάριθμες βιομηχανίες μεταποίησης.
2. Πώς λειτουργεί ο μετρητής ροής VA (Rotameter);
Πώς λειτουργεί ο μετρητής ροής μεταβλητής περιοχής
Τα ροταμέτρα λειτουργούν με βάση την αρχή της μεταβλητής επιφάνειας, όπου ένας πλωτήρας ανεβαίνει μέσα σε έναν κωνικό σωλήνα ανάλογα με τον ρυθμό ροής. Η δακτυλιοειδής επιφάνεια μεταξύ του πλωτήρα και του τοιχώματος του σωλήνα αυξάνεται καθώς ο πλωτήρας κινείται προς τα πάνω, δημιουργώντας μια ισορροπία μεταξύ:
Δυνάμεις άνωσης Δυνάμεις οπισθέλκουσας ρευστών Βάρος πλεύσης Αυτός ο απλός αλλά αποτελεσματικός μηχανισμός καθιστά τα ροταμέτρα ιδανικά για τοπική ένδειξη ροής όπου επαρκεί μέτρια ακρίβεια (συνήθως 1-5% FS).
3. Πού χρησιμοποιούνται οι μετρητές ροής μεταβλητής επιφάνειας;
Ως οπτικός δείκτης ροής ή για εφαρμογές που απαιτούν μέτρια ακρίβεια μέτρησης, τα ροτόμετρα χρησιμεύουν ως τοπικά όργανα ένδειξης σε πάνω από 90% των περιπτώσεων χρήσης. Οι ροόμετρα με πλωτήρα χρησιμοποιούνται ευρέως σε όλες τις βιομηχανίες επεξεργασίας.
Βιομηχανίες Μεταποίησης
Πετρέλαιο & φυσικό αέριο: Παρακολούθηση ροών καθαρισμού, έγχυση χημικών
Χημική επεξεργασία: Μέτρηση ροής οξέος/αλκαλίων
Φαρμακευτικά: Έλεγχος τροφοδοσίας βιοαντιδραστήρα
Παραγωγή ενέργειας: Παρακολούθηση ροής νερού ψύξης
Συστήματα κοινής ωφέλειας
Μονάδες επεξεργασίας νερού: Έλεγχος δοσολογίας χημικών
Συστήματα HVAC: Μέτρηση ροής κρύου νερού
Συστήματα πεπιεσμένου αέρα: Ανίχνευση διαρροών
Ειδικές Εφαρμογές
Παρακολούθηση περιβάλλοντος: Δειγματοληψία αερίων καπνοδόχου (CEMS)
Εργαστηριακός εξοπλισμός: Ακριβής δοσολογία υγρών
Τρόφιμα & ποτά: Μέτρηση ροής υγειονομικών διεργασιών
Ροταμέτρα που χρησιμοποιούνται στη μέτρηση ροής υγειονομικών διεργασιών
Βασικό σημείο: Για εφαρμογές που απαιτούν μόνο παρακολούθηση κατωφλίου (συναγερμοί υψηλής/χαμηλής ροής), τα απλά σχέδια ροταμέτρων είναι συχνά η πιο οικονομικά αποδοτική λύση.
Τα ροταμέτρα μεταλλικών σωλήνων με μετατροπείς χρησιμοποιούνται συνήθως στις βιομηχανίες μεταποίησης ως όργανα ανίχνευσης ελέγχου ροής ή για την ανάμειξη και τη ρύθμιση της αναλογίας αγωγών. Για παράδειγμα, στον έλεγχο της διεργασίας επεξεργασίας νερού, ρυθμίζουν την αναλογία δοσολογίας χημικών ουσιών στο ακατέργαστο νερό.
4. Επιλογή μεταξύ ροταμέτρων από γυάλινο σωλήνα και μεταλλικό σωλήνα;
Οι κύριοι στόχοι μέτρησης των ροταμέτρων είναι τα μονοφασικά υγρά ή αέρια. Συνήθως είναι ακατάλληλα για υγρά που περιέχουν στερεά σωματίδια ή αέρια με σταγονίδια υγρού, καθώς τα σωματίδια που προσκολλώνται στον πλωτήρα ή οι μικροσκοπικές φυσαλίδες στο ρευστό μπορούν να επηρεάσουν την ακρίβεια της μέτρησης. Για παράδειγμα, στα μικροροόμετρα, ακόμη και ένα ανεπαίσθητο στρώμα αποθέσεων στον πλωτήρα μπορεί να προκαλέσει απόκλιση αρκετών ποσοστιαίων μονάδων στην ένδειξη ροής με την πάροδο του χρόνου.
Για εφαρμογές που είναι ευαίσθητες στο κόστος (χαμηλής τιμής ροόμετρο) που απαιτούν μόνο τοπική ένδειξη, η πρώτη επιλογή είναι ένα ροόμετρο από γυάλινο σωλήνα. Εάν η θερμοκρασία ή η πίεση υπερβαίνει τα όρια ενός γυάλινου σωλήνα, θα πρέπει να χρησιμοποιηθεί ένα ροόμετρο από μεταλλικό σωλήνα με τοπική ένδειξη.
Τα ροταμέτρα από γυάλινους σωλήνες θα πρέπει να είναι εξοπλισμένα με διαφανές προστατευτικό κάλυμμα για να συγκρατούν πιτσιλίσματα υγρού σε περίπτωση θραύσης του σωλήνα, επιτρέποντας την αντιμετώπιση έκτακτης ανάγκης.
Για
τη μέτρηση της ροής αερίου , θα πρέπει να επιλέγονται μοντέλα με ράβδους οδηγούς ή νευρώσεις οδηγών για την αποφυγή τυχαίας ζημιάς από πρόσκρουση πλωτήρα στον κωνικό σωλήνα. Εάν απαιτείται απομακρυσμένη έξοδος σήματος για άθροιση ή έλεγχο ροής, συνήθως χρησιμοποιείται ένα ροταμετρικό μεταλλικό σωλήνα με ηλεκτρική έξοδο σήματος.
Σε επικίνδυνα (εκρηκτικά) περιβάλλοντα, εάν διατίθενται πνευματικά συστήματα ελέγχου, προτιμάται ένα στροφόμετρο μεταλλικού σωλήνα πνευματικού κιβωτίου ταχυτήτων. Εάν απαιτείται ηλεκτρικό μοντέλο μετάδοσης, πρέπει να είναι ανθεκτικό σε εκρήξεις.
Τα στροφόμετρα μεταλλικών σωλήνων χρησιμοποιούνται συνήθως για αδιαφανή υγρά. Εναλλακτικά, μπορεί να επιλεγεί ένα στροφόμετρο γυάλινου σωλήνα με κωνικό σωλήνα με νευρώσεις (με προφίλ), όπου η θέση του πλωτήρα καθορίζεται παρατηρώντας τα σημάδια επαφής μεταξύ της μέγιστης διαμέτρου του πλωτήρα και των νευρώσεων καθοδήγησης.
Για τη μέτρηση υγρών υψηλού ιξώδους σε θερμοκρασίες άνω των περιβαλλοντικών συνθηκών ή υγρών που είναι επιρρεπή σε κρυστάλλωση/στερεοποίηση κατά την ψύξη, θα πρέπει να επιλέγεται
ροταμέτρο με μεταλλικό σωλήνα με μανδύα .
Τα ροταμέτρα από μεταλλικούς σωλήνες είναι πιο ανθεκτικά από τα ροταμέτρα από γυάλινους σωλήνες
Ακολουθεί ένας πίνακας για τη συνοπτική παρουσίαση μεταξύ του ροταμέτρου γυάλινου σωλήνα και του ροταμέτρου μεταλλικού σωλήνα
|
Selection Factor
|
Glass Tube Rotameter
|
Metal Tube Rotameter
|
|
Pressure Rating
|
≤1.0 MPa
|
Up to 42 MPa (ASME 300#)
|
|
Temperature Range
|
-20°C to 120°C
|
-80°C to 400°C
|
|
Media Visibility
|
Transparent fluids only
|
Opaque/hazardous fluids
|
|
Output Options
|
Local indication only
|
4-20mA/HART/Profibus
|
|
Hazardous Areas
|
Not suitable
|
Exd or Exia
|
|
Cost
|
Lower initial cost
|
Higher investment
|
5. Πώς να διαστασιολογήσετε τα ροταμέτρα;
5.1 Επιλογή εύρους ροής με βάση την πραγματική πυκνότητα του μέσου
Η πυκνότητα είναι σημαντική για την επιλογή κατάλληλων ροταμέτρων
Ο όρος «πραγματική πυκνότητα μέσου σε συνθήκες λειτουργίας» αναφέρεται στην πυκνότητα in situ για υγρά και στην πυκνότητα των αερίων υπό συνθήκες λειτουργίας (ή στην πυκνότητα τυπικής κατάστασης διορθωμένη για πίεση και θερμοκρασία). Συνήθως, το εύρος ροής που σημειώνεται στο όργανο βαθμονομείται ως εξής:
Για υγρά: Με βάση το νερό σε κανονική θερμοκρασία.
Για αέρια: Με βάση τον αέρα, μετατρεπόμενο σε τυπικές μηχανικές συνθήκες (20°C, 0,10133 MPa).
Για να επιλέξετε το κατάλληλο εύρος ροής και μέγεθος μετρητή, η πραγματική λειτουργική πυκνότητα πρέπει να μετατραπεί χρησιμοποιώντας την Εξίσωση (1) ή (2). Ωστόσο, αυτή η προσαρμογή είναι έγκυρη μόνο εάν το ιξώδες του μέσου είναι κοντά σε αυτό του μέσου βαθμονόμησης - που σημαίνει ότι ο συντελεστής (α) παραμένει σταθερός.
Υγρά
(1)
Στον τύπο:
— Μέγιστη παροχή του μετρητή που θα επιλεγεί, l/h·
Q — Μέγιστος ρυθμός ροής του προς μέτρηση υγρού, L/h·
— Πυκνότητα πλεύσης, g/cm³. Για κοίλους πλωτήρες, αντιπροσωπεύει τη μάζα πλεύσης (g) και το V αντιπροσωπεύει τον όγκο πλεύσης (cm³).
, — Πυκνότητες του μετρούμενου υγρού και νερού, g/cm³.
Αέρια
(2)
Στον τύπο:
— Μέγιστη παροχή του μετρητή που θα επιλεγεί, βαθμονομημένος με αέρα, σε m³/h·
Q — Μέγιστος ρυθμός ροής του προς μέτρηση αερίου, m³/h·
— Πυκνότητα του μετρούμενου αερίου σε κανονικές συνθήκες, kg/m³·
P — Απόλυτη πίεση του μετρούμενου αερίου υπό συνθήκες λειτουργίας, MPa·
T — Θερμοδυναμική θερμοκρασία του μετρούμενου αερίου σε συνθήκες λειτουργίας, K.
5.2 Επιδράσεις ιξώδους και επιλογή επίπλευσης
Πρέπει επίσης να παρέχονται πληροφορίες για το ιξώδες του υγρού για την επιλογή ροταμέτρου.
Η επιλογή του σχήματος του πλωτήρα δεν είναι στη διακριτική ευχέρεια του χρήστη, καθώς οι κατασκευαστές ροταμέτρων το σχεδιάζουν με βάση τη δομή του οργάνου και το απαιτούμενο εύρος ροής. Τυπικές διαμορφώσεις πλωτήρα απεικονίζονται στο Σχήμα 1. Ωστόσο, οι χρήστες θα πρέπει να κατανοήσουν τα χαρακτηριστικά του συγκεκριμένου σχεδιασμού του πλωτήρα τους και πώς το ιξώδες του ρευστού επηρεάζει την ακρίβεια της μέτρησης ροής.
Σχήμα 1 Σχήματα αιώρησης
Στο Σχήμα 1, το βέλος υποδεικνύει τη θέση ανάγνωσης ροής ή το σημείο αναφοράς μέτρησης:
Στο Σχήμα 1, το βέλος υποδεικνύει τη θέση ανάγνωσης ροής (ή το σημείο αναφοράς μέτρησης ροής).
Σφαιρικός πλωτήρας (1): Χρησιμοποιείται συνήθως σε μικρούς διαφανείς κωνικούς σωλήνες μετρητών (DN6–DN10).
Πλωτήρες (6, 12, 13, 14): Διαθέτουν κεκλιμένες σχισμές ή διάτρητα οδηγά πτερύγια στη μέγιστη διάμετρό τους, με αποτέλεσμα να περιστρέφονται κατά μήκος του άξονά τους κατά τη διάρκεια της μέτρησης.
Το Float 6 ήταν προηγουμένως συνηθισμένο στην ιατρική παρακολούθηση του αναπνευστικού συστήματος, αλλά πλέον σπάνια χρησιμοποιείται σε βιομηχανικές εφαρμογές.
Πλωτήρας 3: Ο βαρύτερος μεταξύ των τύπων (α), (β) και (γ), που επιτρέπει την υψηλότερη χωρητικότητα ροής.
Πλωτήρας 9: Ο ελαφρύτερος, με αποτέλεσμα τη χαμηλότερη πτώση πίεσης, καθιστώντας τον ιδανικό για μέτρηση ροής αερίου.
Κωνικό πλωτήρα (14, που ονομάζεται επίσης "πλωτήρα"): Διαθέτει δύο διαφορετικές γωνίες κωνικότητας, επεκτείνοντας το μήκος της κλίμακας στο 10%–20% της ροής πλήρους κλίμακας για βελτιωμένη ευαισθησία χαμηλής ροής. Αυτός ο σχεδιασμός χρησιμοποιείται ευρέως σε συστήματα επεξεργασίας νερού (π.χ., συσκευές αποσκλήρυνσης).
Η θεμελιώδης εξίσωση ροής δεν ενσωματώνει ρητά το ιξώδες του ρευστού ως παράμετρο. Ωστόσο, ο συντελεστής ροής α παύει να παραμένει σταθερός και εξαρτάται από τον δακτυλιοειδή αριθμό Reynolds (Re(annular)) όταν πέσει κάτω από ορισμένες κρίσιμες τιμές. Δεδομένου ότι το Re(annular) είναι αντιστρόφως ανάλογο με το ιξώδες του ρευστού, αυτό δημιουργεί μια έμμεση εξάρτηση από το ιξώδες.
Σχήμα 2 Σχέση μεταξύ αριθμού Reynolds και συντελεστή ροής
Το Σχήμα 2 παρουσιάζει τις χαρακτηριστικές καμπύλες συσχέτισης Re(annular)-α για τρεις διακριτές γεωμετρίες πλωτήρα. Ο δακτυλιοειδής αριθμός Reynolds καθορίζεται από το ιξώδες του ρευστού, την αναλογία της μέγιστης διαμέτρου του πλωτήρα προς την τοπική διάμετρο του κωνικού σωλήνα και την ταχύτητα ροής στο δακτυλιοειδές πέρασμα.
Για ένα σωστά σχεδιασμένο και λειτουργικό ροόμετρο, το ιξώδες του ρευστού γίνεται ο κυρίαρχος παράγοντας που επηρεάζει τον δακτυλιοειδή αριθμό Reynolds (Re(annular)).
Οι τιμές του σταθερού συντελεστή ροής (α), ανεξάρτητες από το Re(annular), είναι:
Πλωτήρας τύπου Α: 0,96
Πλωτήρας τύπου Β: 0,76
Πλωτήρας τύπου C: 0,61
Επιπλέον, ο συνήθως χρησιμοποιούμενος σφαιρικός πλωτήρας παρουσιάζει τιμή α περίπου 0,99.
Σημαντικές διακυμάνσεις στον συντελεστή ροής παρατηρούνται σε διαφορετικές γεωμετρίες πλωτήρων. Τα κρίσιμα κατώτερα όρια του Re(annular) για τη διατήρηση της σταθερής α είναι:
Πλωτήρας τύπου Α: περίπου 6000
Πλωτήρας τύπου Β: περίπου 300
Πλωτήρας τύπου C: περίπου 40.
Για ένα ροόμετρο με σταθερή ονομαστική διάμετρο και προκαθορισμένο εύρος ροής (που έχει επομένως ένα καθορισμένο όριο ιξώδους), η ένδειξη ροής δεν θα επηρεαστεί από το ιξώδες του ρευστού εφόσον το πραγματικό ιξώδες παραμένει κάτω από αυτό το ανώτερο όριο. Επομένως, η επαλήθευση του ιξώδους σε σχέση με αυτήν την τιμή κατωφλίου είναι απαραίτητη κατά την επιλογή του οργάνου.
Τα ροτόμετρα θερμαντικού μανδύα μπορούν να μειώσουν το ιξώδες των υγρών
Υπάρχουν δύο ξεχωριστές προσεγγίσεις σχεδιασμού μεταξύ διαφορετικών μοντέλων: Ορισμένα μοντέλα ροταμέτρων διατηρούν πανομοιότυπες γεωμετρίες πλωτήρα σε διαφορετικά εύρη ροής εντός της ίδιας ονομαστικής διαμέτρου, επιτυγχάνοντας ρύθμιση της ροής μέσω διακυμάνσεων βάρους του πλωτήρα. Συνεπώς, παρόμοιες τιμές κατωφλίου ιξώδους.
Άλλα μοντέλα χρησιμοποιούν θεμελιωδώς διαφορετικά σχήματα πλωτήρα, με αποτέλεσμα ξεχωριστά υδροδυναμικά προφίλ. Κατά συνέπεια, διαφορετικά όρια κατωφλίου ιξώδους.
Ορισμένοι κατασκευαστές μετρητών ροής μεταβλητής επιφάνειας παρέχουν τις τιμές ανώτατου ορίου ιξώδους των οργάνων τους σε δείγματα προϊόντων, εγχειρίδια χρήστη ή οδηγούς επιλογής οργάνων. Μερικοί συνήθιζαν επίσης να περιλαμβάνουν διαγράμματα καμπυλών διόρθωσης ιξώδους, αν και τέτοιες καμπύλες έχουν γίνει λιγότερο συνηθισμένες τα τελευταία χρόνια. Αντ' αυτού, οι χρήστες υποχρεούνται πλέον να συμβουλεύονται τους κατασκευαστές, οι οποίοι παρέχουν τιμές διόρθωσης που υπολογίζονται από υπολογιστή με βάση το ιξώδες του ρευστού και άλλες φυσικές ιδιότητες που καθορίζονται από τον χρήστη. Στην Κίνα, ωστόσο, μόνο ορισμένοι κατασκευαστές προσφέρουν ανώτατα όρια ιξώδους ή διορθώσεις ιξώδους, ενώ πολλοί δεν παρέχουν τέτοια δεδομένα.
Τα πλωτήρες τύπου σφυριού (Πλοτήρες Αρ. 12, 13, 14 και 15 στο Σχήμα 1) επηρεάζονται σημαντικά από το ιξώδες του ρευστού. Δεδομένου ότι το ιξώδες του υγρού ποικίλλει σημαντικά μεταξύ διαφορετικών υγρών, πρέπει να δοθεί ιδιαίτερη προσοχή κατά την επιλογή. Ακόμη και μικρές αλλαγές στο ιξώδες μπορούν να έχουν σημαντικό αντίκτυπο — για παράδειγμα, όταν η θερμοκρασία του νερού αυξάνεται από 5°C σε 40°C σε θερμοκρασία δωματίου, το κινηματικό του ιξώδες μειώνεται από 1,52×10⁻⁶ m²/s σε 0,66×10⁻⁶ m²/s.
Για ροταμέτρα από γυάλινο σωλήνα τύπου LZB με διάμετρο 15–40 mm (Πλοτήρας αρ. 3 στο Σχήμα 1), το σφάλμα που προκαλείται από τη θερμοκρασία (κυρίως λόγω μεταβολών του ιξώδους) κυμαίνεται μεταξύ 0,1%–0,25% ανά °C. Ωστόσο, για μετρητές διαμέτρου 6 mm, αυτό το φαινόμενο μπορεί να φτάσει περίπου το 1% ανά °C.
Όταν χρησιμοποιείται με αέρια, εκτός από το υδρογόνο και το ήλιο, οι κινηματικές διαφορές ιξώδους μεταξύ διαφόρων αερίων και αέρα είναι αμελητέες. Επομένως, το ιξώδες έχει μικρή επίδραση στις μετρήσεις ροής - εκτός από τους μετρητές μικρής διαμέτρου και χαμηλής ροής (π.χ., ένας μετρητής 6 mm που χρησιμοποιείται με ήλιο μπορεί να δείξει 10%–30% χαμηλότερη επίδραση ιξώδους από τον αέρα μετά τη διόρθωση της πυκνότητας του αερίου). Στις περισσότερες περιπτώσεις, η επίδραση του ιξώδους στην ένδειξη ροής μπορεί να αγνοηθεί.
5.3 Διαίρεση κλίμακας, ακρίβεια και δυνατότητα εμβέλειας
Άμεσα μετρούμενα ροτάμετρα
Τα ροόμετρα άμεσης ανάγνωσης διαθέτουν τέσσερις τύπους κλιμάκων ένδειξης ροής: κλίμακα λόγου Dt/d, κλίμακα ποσοστού, κλίμακα άμεσου ρυθμού ροής και κλίμακα χιλιοστού.
Η κλίμακα αναλογίας εκφράζει την αναλογία της διαμέτρου του πλωτήρα (d) προς την αντίστοιχη διάμετρο του σωλήνα (). Αυτή η μέθοδος σπάνια χρησιμοποιείται σε οικιακά προϊόντα.
Η ποσοστιαία κλίμακα εμφανίζει τον ρυθμό ροής ως ποσοστό της τιμής πλήρους κλίμακας (100%). Το πλεονέκτημά της είναι η ευκολία μετατροπής όταν αλλάζουν οι ιδιότητες του ρευστού ή οι συνθήκες λειτουργίας.
Η κλίμακα άμεσης ροής βαθμονομείται για συγκεκριμένες συνθήκες ρευστού (συνήθως νερό για υγρά και αέρας για αέρια). Ενώ αυτό παρέχει διαισθητικές μετρήσεις, καθίσταται λιγότερο βολικό από την ποσοστιαία κλίμακα όταν οι πραγματικές συνθήκες αποκλίνουν από τις συνθήκες βαθμονόμησης, απαιτώντας μετατροπή.
Η κλίμακα χιλιοστού μετρά το ύψος του πλωτήρα, το οποίο στη συνέχεια διασταυρώνεται με μια συνοδευτική καμπύλη ή πίνακα δεδομένων για τον προσδιορισμό του ρυθμού ροής. Αυτό χρησιμοποιείται συνήθως σε εφαρμογές όπου χρειάζεται να παρακολουθείται μόνο η θέση του πλωτήρα (και όχι μια ακριβής τιμή ροής).
Ορισμένα μοντέλα συνδυάζουν κλίμακες χιλιοστομετρικής και άμεσης ροής για διπλή λειτουργικότητα.
Το ροταμέτρο είναι ένα όργανο με χαμηλή έως μέτρια ακρίβεια. Για τα ροταμέτρα από γυάλινους σωλήνες γενικής χρήσης, το βασικό σφάλμα είναι 2,5%~5% FS για διαμέτρους μικρότερες από 6 mm, 2,5% FS για 10~15 mm και 1%~2,5% FS για 25 mm και άνω. Τα ροταμέτρα από μεταλλικούς σωλήνες έχουν βασικό σφάλμα 1%~2,5% FS για τους τύπους τοπικής ένδειξης και 1%~4% FS για τους τύπους τηλεμεταφοράς. Τα ανθεκτικά στη διάβρωση μοντέλα παρουσιάζουν ακόμη χαμηλότερη ακρίβεια. Ορισμένα όργανα ειδικής δομής, όπως τα ροταμέτρα από γυάλινους σωλήνες μικρού τύπου με μήκος κλίμακας μόνο 2~3 φορές τη διάμετρο του πλωτήρα και τα ροταμέτρα από μεταλλικούς σωλήνες υψηλής πίεσης με διαπερατότητα, έχουν κλάση ακρίβειας μόλις 5~10.
Η δυνατότητα εμβέλειας των περισσότερων στροφόμετρων από γυάλινο σωλήνα είναι 10:1, ενώ τα μοντέλα με κοντό σωλήνα και αυτά με διάμετρο 100 mm έχουν δυνατότητα εμβέλειας 5:1. Τα στροφόμετρα από μεταλλικό σωλήνα συνήθως προσφέρουν δυνατότητα εμβέλειας (5:1)~(10:1).
5.4 Πίεση, θερμοκρασία και απώλεια πίεσης υγρού του RotaMeter
Η πίεση λειτουργίας και η θερμοκρασία του μετρούμενου ρευστού θα πρέπει να είναι χαμηλότερες από τις ονομαστικές τιμές του μετρητή. Για ρευστά σε υψηλότερες θερμοκρασίες, ορισμένοι κατασκευαστές καθορίζουν μείωση της ονομαστικής πίεσης, η οποία συνήθως αναφέρεται σε καταλόγους προϊόντων και εγχειρίδια χρήστη. Τα στροφόμετρα από γυάλινο σωλήνα δεν πρέπει να χρησιμοποιούνται για αέρια υψηλής πίεσης ή υγρά υψηλής πίεσης που υπερβαίνουν το σημείο βρασμού τους. Αντίθετα, θα πρέπει να επιλέγονται στροφόμετρα από μεταλλικό σωλήνα.
Τα στροφόμετρα από γυάλινο σωλήνα έχουν σχετικά χαμηλή απώλεια πίεσης, συνήθως 0,2–2 kPa για μικρές διαμέτρους και 2–8 kPa για μοντέλα 10–100 mm. Τα στροφόμετρα από μεταλλικό σωλήνα παρουσιάζουν ελαφρώς υψηλότερη απώλεια πίεσης, γενικά 2–8 kPa, με ορισμένα μοντέλα να φτάνουν τα 18–25 kPa. Τα δεδομένα απώλειας πίεσης θα πρέπει να αναφέρονται στους καταλόγους προϊόντων και στα εγχειρίδια χρήστη, αν και αυτές οι πληροφορίες συχνά παραλείπονται.
Η ελάχιστη πίεση λειτουργίας του ρευστού θα πρέπει να είναι αρκετές φορές υψηλότερη από την απώλεια πίεσης. Για τα αέρια, η υπερβολικά χαμηλή πίεση μπορεί εύκολα να προκαλέσει παλμούς στο πλωτήρα. Ορισμένα εγχειρίδια οργάνων καθορίζουν την ελάχιστη απαιτούμενη πίεση ρευστού, ενώ άλλα συνιστούν η ελάχιστη πίεση λειτουργίας για τα υγρά να είναι τουλάχιστον 2 φορές η απώλεια πίεσης και 5 φορές για τα αέρια.
6. Θέματα εγκατάστασης και χρήσης ροταμέτρου
6.1 Κατεύθυνση μετρητή ροής
Η πλειονότητα των ροταμέτρων πρέπει να εγκαθίσταται κάθετα σε αγωγούς χωρίς κραδασμούς, χωρίς σημαντική κλίση, διασφαλίζοντας ότι το ρευστό ρέει προς τα πάνω μέσω του μετρητή. Το Σχήμα 3 απεικονίζει μια τυπική διάταξη σύνδεσης αγωγού, συμπεριλαμβανομένου ενός συστήματος παράκαμψης για συντήρηση χωρίς διακοπή ροής. Η γωνία (θ) μεταξύ της κεντρικής γραμμής του ροταμέτρου και της κατακόρυφης γραμμής κατακόρυφου δεν πρέπει γενικά να υπερβαίνει τις 5°. Για μοντέλα υψηλής ακρίβειας (κλάση ακρίβειας 1,5 ή υψηλότερη), απαιτείται θ ≤ 2°. Μια γωνία κλίσης θ = 12° μπορεί να εισαγάγει ένα επιπλέον σφάλμα μέτρησης 1%.
Σε αντίθεση με άλλα ροόμετρα, τα ροταμέτρα δεν απαιτούν αυστηρά μεγάλα ευθύγραμμα τμήματα σωλήνων ανάντη. Ορισμένοι κατασκευαστές μπορεί να προτείνουν μήκη (2–5)D, αλλά στην πράξη, αυτό σπάνια είναι απαραίτητο.
Σχήμα 3 Παράδειγμα σύνδεσης αγωγού
Ωστόσο, το silverinstruments.com προσφέρει και άλλα ροταμέτρα κατεύθυνσης ροής, όπως οριζόντια ροταμέτρα ή ροταμέτρα κατεύθυνσης ροής από πάνω προς τα κάτω. Επικοινωνήστε με το silverinstruments.com για να λάβετε περισσότερες τεχνικές λεπτομέρειες.
Οριζόντια ροταμέτρα από το silverinstruments.com
6.2 Εγκατάσταση για μέτρηση ροής βρώμικων υγρών
Ένα φίλτρο πρέπει να εγκατασταθεί ανάντη του ροόμετρου. Για τα ροτόμετρα μεταλλικών σωλήνων με μαγνητικούς συνδέσμους που χειρίζονται ρευστά που ενδεχομένως περιέχουν σιδηρομαγνητικά σωματίδια, ένα μαγνητικό φίλτρο (όπως φαίνεται στο Σχήμα 4) πρέπει να εγκατασταθεί ανάντη.
Η διατήρηση της καθαριότητας τόσο του πλωτήρα όσο και του κωνικού σωλήνα είναι κρίσιμη, ιδιαίτερα για όργανα μικρής διαμέτρου όπου ακόμη και η ελάχιστη μόλυνση επηρεάζει σημαντικά την ακρίβεια των μετρήσεων.
Σχήμα 4. Συγκρότημα μαγνητικού φίλτρου
Η καθαριότητα τόσο του πλωτήρα όσο και του κωνικού σωλήνα πρέπει να διατηρείται, ειδικά για τους μετρητές μικρής διαμέτρου, καθώς ακόμη και η μικρή μόλυνση μπορεί να επηρεάσει σημαντικά την ακρίβεια των μετρήσεων.
Για παράδειγμα, σε ένα ροταμετρικό γυάλινο σωλήνα διαμέτρου 6 mm που μετρά φαινομενικά καθαρό νερό στο εργαστήριο, με ρυθμό ροής 2,5 L/h, μετά από 24 ώρες λειτουργίας, η τιμή ένδειξης ροής αυξάνεται κατά μερικά ποσοστά λόγω αόρατων ρύπων που προσκολλώνται στην επιφάνεια του πλωτήρα. Η αφαίρεση του πλωτήρα και το σκούπισμά του με γάζα επαναφέρει την αρχική τιμή ένδειξης ροής. Εάν είναι απαραίτητο, μπορεί να εγκατασταθεί ένας σωλήνας έκπλυσης όπως φαίνεται στο Σχήμα 5 για περιοδικό ξέπλυμα.
Σχήμα 5 Διαμόρφωση αγωγού έκπλυσης
6.3 Εγκατάσταση για Παλμική Ροή
Εάν η ίδια η ροή είναι παλμική — όπως όταν υπάρχει παλινδρομική αντλία ή βαλβίδα ελέγχου ανάντη της προβλεπόμενης θέσης του μετρητή ή σημαντικές διακυμάνσεις φορτίου κατάντη — η θέση μέτρησης θα πρέπει να αλλάξει ή το σύστημα σωληνώσεων θα πρέπει να τροποποιηθεί με αντισταθμιστικά μέτρα, όπως η προσθήκη μιας δεξαμενής απομόνωσης.
Εάν ο παλμός προκαλείται από τον ίδιο τον μετρητή — όπως υπερβολικά χαμηλή πίεση αερίου κατά τη μέτρηση, μη πλήρως ανοιχτή βαλβίδα ανάντη ή μη εγκατεστημένη βαλβίδα ελέγχου κατάντη του μετρητή — θα πρέπει να γίνουν στοχευμένες βελτιώσεις για τον μετριασμό του προβλήματος. Εναλλακτικά, μπορεί να επιλεγεί ένας μετρητής με μηχανισμό απόσβεσης.
6.4 Εγκατάσταση για εκτεταμένη εμβέλεια
Όταν το απαιτούμενο εύρος μέτρησης ροής είναι ευρύ (με εύρος που υπερβαίνει το 10), είναι σύνηθες να χρησιμοποιούνται παράλληλα δύο ή περισσότερα ροταμέτρα από γυάλινο σωλήνα με διαφορετικά εύρη ροής. Ανάλογα με τον μετρούμενο ρυθμό ροής, μπορούν να επιλεγούν ένας ή περισσότεροι μετρητές για σειριακή λειτουργία—χρησιμοποιώντας τον μετρητή μικρότερης εμβέλειας για χαμηλές ταχύτητες ροής και τον μετρητή μεγαλύτερης εμβέλειας για υψηλές ταχύτητες ροής.
Η μέθοδος σύνδεσης σε σειρά είναι απλούστερη στη λειτουργία από τις παράλληλες διατάξεις, καθώς εξαλείφει την ανάγκη για συχνή εναλλαγή βαλβίδων. Ωστόσο, έχει ως αποτέλεσμα μεγαλύτερη απώλεια πίεσης.
Εναλλακτικά, ένας μετρητής μπορεί να εξοπλιστεί με δύο πλωτήρες διαφορετικών σχημάτων και βαρών—χρησιμοποιώντας τον ελαφρύτερο πλωτήρα για μετρήσεις χαμηλής ροής και αλλάζοντας στον βαρύτερο πλωτήρα μόλις φτάσει στην κορυφή. Αυτή η μέθοδος μπορεί να επεκτείνει την εμβέλεια σε 50–100.
6.5 Εξάλειψη παγίδευσης αερίου στη μέτρηση υγρών
Για τα στροφόμετρα με γωνιακό μεταλλικό σωλήνα με μη γραμμικές συνδέσεις εισόδου/εξόδου, πρέπει να δοθεί ιδιαίτερη προσοχή ώστε να μην παραμένει υπολειμματικός αέρας μέσα στο χιτώνιο προέκτασης που μεταδίδει την μετατόπιση του πλωτήρα - ειδικά κατά τη μέτρηση υγρών. Εάν το υγρό περιέχει μικροφυσαλίδες, αυτές μπορούν εύκολα να συσσωρευτούν στο χιτώνιο, καθιστώντας απαραίτητο τον τακτικό εξαερισμό.
Αυτό είναι ιδιαίτερα κρίσιμο για ροόμετρα μικρής διαμέτρου, καθώς το παγιδευμένο αέριο μπορεί να επηρεάσει σημαντικά την ακρίβεια της μέτρησης ροής.
6.6 Απαραίτητη μετατροπή τιμών ροής
Εκτός εάν το ροόμετρο έχει προσαρμοστεί ειδικά από τον κατασκευαστή με βάση τις πραγματικές παραμέτρους του μέσου (όπως η πυκνότητα και το ιξώδες), τα ροόμετρα υγρών συνήθως βαθμονομούνται με νερό, ενώ τα ροόμετρα αερίου βαθμονομούνται με αέρα—με καθορισμένες τιμές υπό τυπικές μηχανικές συνθήκες.
Όταν η πυκνότητα του ρευστού, η πίεση του αερίου ή η θερμοκρασία στις πραγματικές συνθήκες λειτουργίας διαφέρουν από τα πρότυπα βαθμονόμησης, πρέπει να πραγματοποιηθούν οι απαραίτητες μετατροπές. Λεπτομερείς τύποι και μέθοδοι μετατροπής μπορούν να ληφθούν από το silverinstruments.com.
6.7 Βαθμονόμηση και Επαλήθευση Ροταμέτρων
Για τα ροταμέτρα, η βαθμονόμηση/επαλήθευση υγρών συνήθως χρησιμοποιεί την τυπική μέθοδο του μετρητή, την ογκομετρική μέθοδο ή τη βαρυμετρική μέθοδο, ενώ η βαθμονόμηση αερίων χρησιμοποιεί συνήθως τη μέθοδο bell prover, με τη μέθοδο της μεμβράνης σαπουνιού να εφαρμόζεται για χαμηλούς ρυθμούς ροής.
Ορισμένοι διεθνείς κατασκευαστές έχουν υιοθετήσει την ξηρή βαθμονόμηση για μονάδες μαζικής παραγωγής. Αυτό περιλαμβάνει τον ακριβή έλεγχο των διαστάσεων του κωνικού σωλήνα και του βάρους/μεγέθους του πλωτήρα για τον έμμεσο προσδιορισμό των τιμών ροής, μειώνοντας έτσι το κόστος. Μόνο τα όργανα υψηλής ακρίβειας υποβάλλονται σε πραγματική βαθμονόμηση ροής. Οι εγχώριοι κατασκευαστές ελέγχουν επίσης αυστηρά την αρχική εσωτερική διάμετρο, τη γωνία κωνικότητας του σωλήνα και τις διαστάσεις του πλωτήρα, με την επαλήθευση της πραγματικής ροής να χρησιμεύει κυρίως για την επιθεώρηση της ποιότητας της εσωτερικής επιφάνειας του κωνικού σωλήνα.
Τα όργανα που παράγονται από αυτούς τους κατασκευαστές διαθέτουν εναλλάξιμους κωνικούς σωλήνες και πλωτήρες, εξαλείφοντας την ανάγκη για πλήρη αντικατάσταση του συγκροτήματος.
Η μέθοδος του κύριου μετρητή ροής είναι μια εξαιρετικά αποτελεσματική προσέγγιση βαθμονόμησης που προτιμούν οι κατασκευαστές. Ορισμένοι κατασκευαστές βελτιώνουν αυτήν τη μέθοδο διαιρώντας ένα συγκεκριμένο εύρος ροής σε πολλαπλά τμήματα χρησιμοποιώντας στροφόμετρα από κωνικό γυάλινο σωλήνα με μικρότερες γωνίες κωνικότητας. Αυτό επεκτείνει το μήκος κλίμακας του τυπικού μετρητή και βελτιώνει την ακρίβειά του, επιτρέποντας βαθμονόμηση υψηλής ακρίβειας και υψηλής απόδοσης.
Βαθμονόμηση ροταμέτρων
6.8 Αντιμετώπιση προβλημάτων
1) Η πραγματική παροχή δεν αντιστοιχεί στην υποδεικνυόμενη τιμή
Καταρχάς, εάν το βάρος, ο όγκος ή η μέγιστη διάμετρος του πλωτήρα ή του κωνικού σωλήνα αλλάξει λόγω διάβρωσης ή εάν η εσωτερική διάμετρος του κωνικού σωλήνα αλλάξει, η λύση είναι η αντικατάστασή τους με υλικά ανθεκτικά στη διάβρωση. Πρέπει να σημειωθεί ότι εάν ο αντικατασταθείς πλωτήρας έχει τις ίδιες διαστάσεις με τον αρχικό, μπορεί να πραγματοποιηθεί επαναβαθμονόμηση με βάση το νέο βάρος και πυκνότητα. Ωστόσο, εάν οι διαστάσεις διαφέρουν επίσης, η πλήρης επαναβαθμονόμηση είναι υποχρεωτική. Επιπλέον, εάν η κυλινδρική επιφάνεια της μέγιστης διαμέτρου του πλωτήρα γίνει τραχιά λόγω φθοράς, αυτό θα επηρεάσει σημαντικά την ακρίβεια των μετρήσεων, καθιστώντας απαραίτητη την αντικατάσταση με νέο πλωτήρα. Για πλωτήρες κατασκευασμένους από ή επικαλυμμένους με πλαστικά μηχανικής, μπορεί να εμφανιστεί διόγκωση, αλλάζοντας τη μέγιστη διάμετρο και τον όγκο. Σε τέτοιες περιπτώσεις, θα πρέπει να χρησιμοποιούνται πλωτήρες κατασκευασμένοι από πιο κατάλληλα υλικά.
Δεύτερον, εάν προσκολληθούν άλατα, βρωμιά ή άλλοι ρύποι στον πλωτήρα ή τον κωνικό σωλήνα, η ακρίβεια των μετρήσεων θα επηρεαστεί αρνητικά. Σε αυτήν την περίπτωση, απαιτείται σχολαστικός καθαρισμός του πλωτήρα και του κωνικού σωλήνα. Ωστόσο, πρέπει να δίνεται προσοχή κατά τον καθαρισμό, ώστε να μην προκληθεί ζημιά στην εσωτερική επιφάνεια του κωνικού σωλήνα και στην κυλινδρική επιφάνεια του πλωτήρα, διασφαλίζοντας έτσι τη διατήρηση της αρχικής τους ομαλότητας.
Επιπλέον, οι αλλαγές στις ιδιότητες του υγρού μπορούν επίσης να οδηγήσουν σε αποκλίσεις στις μετρήσεις. Εάν η πραγματική πυκνότητα, το ιξώδες ή άλλες παράμετροι του υγρού διαφέρουν από τις προδιαγραφές σχεδιασμού, ο ρυθμός ροής πρέπει να διορθωθεί ή να επανεκτιμηθεί με βάση τις νέες παραμέτρους. Ομοίως, για αέρια, ατμό ή συμπιέσιμα ρευστά, οι διακυμάνσεις στη θερμοκρασία και την πίεση μπορούν να επηρεάσουν σημαντικά τη μέτρηση της ροής. Επομένως, η μετατροπή και η διόρθωση πρέπει να πραγματοποιούνται σύμφωνα με τις νέες συνθήκες λειτουργίας.
Εάν οι παλμοί ροής ή οι γρήγορες διακυμάνσεις της πίεσης του αερίου προκαλούν ασταθείς μετρήσεις, η περιστασιακή κίνηση του πλωτήρα μπορεί να έχει ελάχιστη επίδραση. Ωστόσο, σε περιπτώσεις περιοδικής ταλάντωσης, θα πρέπει να εγκατασταθεί μια συσκευή απόσβεσης στο σύστημα αγωγών ή να χρησιμοποιηθεί ένα όργανο με μηχανισμό απόσβεσης για την ενίσχυση της σταθερότητας.
Επιπλέον, η παρουσία φυσαλίδων σε υγρά ή σταγονιδίων σε αέρια μπορεί να μεταβάλει την πυκνότητα του ρευστού, επηρεάζοντας έτσι τα αποτελέσματα των μετρήσεων. Συνεπώς, πρέπει να ληφθούν τα απαραίτητα μέτρα για την εξάλειψη αυτών των παρεμβολών.
Τέλος, κατά τη μέτρηση της ροής υγρού, εάν το αέριο παγιδευτεί σε νεκρές ζώνες μέσα στο όργανο, μπορεί να επηρεάσει την άνωση του πλωτήρα. Αυτό το φαινόμενο είναι ιδιαίτερα έντονο σε μετρητές μικρής ροής ή κατά τη λειτουργία χαμηλής ροής. Επομένως, το παγιδευμένο αέριο πρέπει να απομακρύνεται αμέσως για να διασφαλιστεί η ακρίβεια της μέτρησης.
Συνοπτικά, θα πρέπει να εφαρμόζονται κατάλληλα αντίμετρα —όπως αντικατάσταση υλικού, καθαρισμός εξαρτημάτων, διόρθωση παραμέτρων και βελτιστοποίηση συστήματος— ανάλογα με την συγκεκριμένη αιτία, ώστε να διασφαλίζεται η ακρίβεια και η σταθερότητα της μέτρησης ροής.
2) Διακυμάνσεις ροής με αργή κίνηση πλωτήρα ή δείκτη
Όταν ο ρυθμός ροής αλλάζει αλλά ο πλωτήρας ή ο δείκτης ανταποκρίνεται αργά, μπορεί να ευθύνονται διάφοροι παράγοντες, καθένας από τους οποίους απαιτεί συγκεκριμένες διορθωτικές ενέργειες.
Μία κύρια αιτία είναι η παρουσία ξένων σωματιδίων μεταξύ του πλωτήρα και του άξονα οδηγού ή ένας λυγισμένος άξονας οδηγού, τα οποία μπορούν να εμποδίσουν την κίνηση. Για να αντιμετωπιστεί αυτό το πρόβλημα, το συγκρότημα θα πρέπει να αποσυναρμολογηθεί, να καθαριστεί και να αφαιρεθούν τυχόν υπολείμματα ή σκληρυμένες εναποθέσεις. Εάν ο άξονας οδηγού είναι λυγισμένος —συχνά λόγω της ταχείας ενεργοποίησης της ηλεκτρομαγνητικής βαλβίδας που προκαλεί απότομη κίνηση του πλωτήρα— θα πρέπει να ισιωθεί. Επιπλέον, η ρύθμιση της λειτουργίας της βαλβίδας για τη μείωση των ξαφνικών αλλαγών ροής μπορεί να αποτρέψει την επανεμφάνισή τους.
Ένα άλλο συνηθισμένο πρόβλημα είναι η συσσώρευση σκόνης ή σωματιδίων σιδήρου γύρω από τους μαγνήτες στα συγκροτήματα μαγνητικής σύζευξης. Αυτό μπορεί να αντιμετωπιστεί με την αποσυναρμολόγηση της μονάδας και τον καθαρισμό των εξαρτημάτων που επηρεάζονται. Κατά την αρχική λειτουργία, το ξέπλυμα του αγωγού μέσω παράκαμψης (χωρίς να διέρχεται υγρό από το ροόμετρο) βοηθά στην απομάκρυνση των ρύπων. Για να αποφευχθεί η μακροχρόνια συσσώρευση σκουριάς στον αγωγό, συνιστάται η εγκατάσταση ενός μαγνητικού φίλτρου ανάντη του μετρητή.
Σε ορισμένες περιπτώσεις, ο μηχανισμός σύνδεσης ή ο δείκτης στο τμήμα του δείκτη ενδέχεται να κολλήσει. Η χειροκίνητη μετακίνηση του μαγνητικά συνδεδεμένου συνδέσμου μπορεί να βοηθήσει στον εντοπισμό σημείων σύνδεσης, τα οποία στη συνέχεια θα πρέπει να ρυθμιστούν. Επιπλέον, ο περιστρεφόμενος άξονας και τα ρουλεμάν θα πρέπει να ελέγχονται για τυχόν εμπόδια—οποιαδήποτε υπολείμματα θα πρέπει να καθαρίζονται ή τα φθαρμένα εξαρτήματα να αντικαθίστανται.
Για τους μετρητές ροής με πλαστικά εξαρτήματα, η διόγκωση των πλαστικών πλωτήρων μηχανικής, των κωνικών σωλήνων ή των επενδύσεων —ή η θερμική διαστολή— μπορεί να προκαλέσει εμπλοκή. Η λύση είναι η αντικατάσταση αυτών των εξαρτημάτων με υλικά ανθεκτικά στο μετρούμενο μέσο. Για εφαρμογές υψηλής θερμοκρασίας, τα μεταλλικά εξαρτήματα είναι προτιμότερα από τα πλαστικά για την αποφυγή παραμόρφωσης.
Τέλος, η εξασθενημένη μαγνητική σύζευξη λόγω υποβαθμισμένων μαγνητών μπορεί να εμποδίσει τον σωστό συγχρονισμό μεταξύ πλωτήρα και δείκτη. Για τη διάγνωση αυτού του προβλήματος, ο μετρητής θα πρέπει να αφαιρεθεί και ο πλωτήρας να μετακινηθεί χειροκίνητα για να ελεγχθεί εάν ο δείκτης ακολουθεί ομαλά την πορεία του. Εάν η κίνηση είναι ασυνεπής, οι μαγνήτες πρέπει να επαναφορτιστούν ή να αντικατασταθούν. Για να αποφευχθεί η μαγνητική υποβάθμιση, θα πρέπει να αποφεύγονται οι κρούσεις μεταξύ των συνδεδεμένων εξαρτημάτων.
Συνοπτικά, η αργή απόκριση του πλωτήρα ή του δείκτη μπορεί να οφείλεται σε μηχανικά εμπόδια, μαγνητικές παρεμβολές, υποβάθμιση υλικού ή εξασθενημένες συνδέσεις. Η κατάλληλη αντιμετώπιση προβλημάτων - όπως καθαρισμός, αντικατάσταση εξαρτημάτων ή λειτουργικές ρυθμίσεις - διασφαλίζει την ακριβή και άμεση μέτρηση της ροής.
Ορίστε ένας απλός πίνακας για να εξηγήσουμε 
