2 Senzory
2.3 Senzory pro měření průtoku

Existuje mnoho zařízení pro měření průtoku a protečeného množství tekutin (kapalin a plynů). Měřidla jsou vybavena pokročilým zpracováním naměřených dat a výstupní data udávají velikost průtoku. Průtok může být také hodnocen pomocí lokální nebo střední rychlosti média protékajícího skrz průřez, obvykle při daných provozních podmínkách (p, T). Výsledek měření průtoku může být buď průtokový hmotnostní tok QM (např. kg·s–1), nebo objem QV (např. m3·s–1), kde m je hmotnost a V je objem měřeného média. Moderní zařízení jsou vybavena elektronickým obvodem pro automatické korekce teploty a tlaku v průběhu měření. Současný trend průtokoměrů je zaměřen na přímé měření hmotnostního průtoku, tj. měření nezávislé na teplotě, tlaku a viskozitě měřené tekutiny.

Objemové průtokoměry

Objemové průtokoměry využívají tzv. absolutní metody - slouží k přesnému měření a ověřování jiných typů průtokoměrů. Samotné měření je založeno na principu odměřování objemu tekutiny v měřených místech.

Membránové průtokoměry

Používají se k měření objemu plynu a jsou vybaveny dvěma komorami, které rozdělují membrány. To se například využívá k měření množství topných plynů.

Bubnové průtokoměry

Principem bubnových průtokoměrů jsou horizontální válcové nádoby částečně naplněné kapalinou, měřící buben s osou otáčení je vybaven otvory pro vstup a výstup plynu, a rozdělen do čtyř měřicích míst pomocí radiálních přepážek. Používají se pro přesné laboratorní a ověřovací měření.

Pístové průtokoměry

Patří k těm vůbec nejpřesnějším. Měření probíhá na principu prostorů vymezených pístem a tělem měřidla, které jsou střídavě naplňovány specifickou tekutinou a vyprazdňovány. Pístová měřidla jsou vhodná pro měření i velmi viskózních tekutin.

Rychlostní průtokoměry

V tomto případě se tok stanovuje na základě naměřených hodnot místní nebo průměrné rychlosti a znalosti průtočného průřezu a volné plochy.

Rychlostní senzory

Využívají závislost dynamického tlaku proudícího média na rychlosti proudění.

Pitotovy trubice

Jedná se o trubice, které jsou zakřivené v pravém úhlu k rovině a mají otvor nacházející se kolmo ke směru proudění. V místě zakřivení rychlost proudění klesne prakticky na nulu a veškerá kinetická energie se mění na potenciální. Senzor snímá celkový tlak pc, který je součtem statického tlaku ps a dynamického tlaku pd.

Statické Pitotovy trubice

Tento typ Pitotovy trubice měří pc p sna jednom místě. Jsou určeny pro krátkodobé měření a měření rychlostních profilů. Spodní hranice pro měření rychlosti plynů je asi 6 m.s-1 a pro měření rychlosti kapalin 0,2 m.s-1.

Průřezové průtokoměry

Uvnitř potrubí se nachází škrticí orgán zužující průtočný průřez. Rozdíl statických tlaků v tekutině před i po zúžení, skenovány pomocí měřiče diferenčního tlaku, závisí na hodnotě průtoku. Nejpoužívanějšími škrticí orgány jsou kruhové clony, trysky a Venturiho trubice. Mezi speciální škrticí orgány lze pak zařadit čtvercové a obdélníkové clony, čtvercovou Venturiho trubici používanou při obdélníkovém nebo čtvercovém průřezu potrubí atp.

Rotametry

Tvoří skupinu tzv. průtokoměrů s proměnným průřezem, jejichž průtokové části mění tok na přibližně konstantní tlakový spád v zúženém průřezu. Hlavní funkční části jsou vertikálně umístěné trubice s mírně kónickým dnem, které se zvedají (vrcholový úhel kužele je menší než 2°).

Turbínové a lopatkové průtokoměry

U tohoto typu průtokoměru je rychlost otáčení rotoru, lopatkového kola nebo šroubu přímo úměrná střední rychlosti proudění.

Průtok je zde vyjádřen počtem otáček rotoru, který závisí na množství procházející tekutiny. V závislosti na směru proudění odlišujeme průtokoměry axiální a radiální.

Turbínový průtokoměr je představitelem axiálních průtokoměrů; rotor je vyroben z lopatek, které jsou připojené ke středu uloženému v ložisku. Průtokoměry jsou vyráběny v široké škále měřicích rozsahů až stovek m3/hod. Turbínové průtokoměry jsou vhodné pro kapaliny i plyny. Pro pulzní snímání rychlosti otáčení se používají různé senzory od mechanických až k těm bezkontaktním. Pulsy jsou dále zesilovány a formovány.

Frekvence otáček turbíny je přímo úměrná okamžitému průtoku. Bezkontaktní senzory jsou výhodné z hlediska zpracování digitálního signálu. Pro určení okamžitého toku se konstantní doba přidá k pulsům a A/D převodník není nutný. Relativní chyba měření může být <0,5%, tlak až 30 MPa a teplota v rozsahu -200 °C do +200 °C.

Indukční průtokoměry

Jsou založeny na využití Faradayova zákona elektromagnetické indukce v průběhu pohybu vodiče v magnetickém poli. Pohyb vodiče, který je vyvolán rychlostí proudění, generuje v magnetickém poli elektrické napětí. Magnetické pole uvnitř potrubí a tekutiny vzniká pomocí permanentního magnetu nebo elektromagnetu.

Úsek potrubí mezi póly magnetu nesmí být vyroben z feromagnetického nebo vodivého materiálu. Vnitřní průměr měřicí trubice průtokoměru obsahuje dvě elektrody pro snímání indukovaného napětí, zarovnání elektrod je svislé ke směru magnetických siločar. Indukční průtokoměr se tedy skládá z nemagnetické cylindrické měřicí trubice a dvou vhodně umístěných snímačů elektrod.

Ultrazvukové průtokoměry

Tyto průtokoměry lze rozdělit do dvou základních skupin podle toho, zda využívají Dopplerův jev, nebo měří dobu přenosu ultrazvukového signálu.

Ultrazvukové průtokoměry využívající Dopplerův jev

Princip ultrazvukového průtokoměru měřící dobu přenosu ultrazvukového signálu.

Může být použit v případě, že proudící médium obsahuje zvukové reflexní částice, například pevné částice nebo bubliny plynu. Průtokoměr se skládá z ultrazvukového vysílače a přijímače, které jsou instalovány na jedné straně potrubí. Ultrazvukový signál o známé frekvenci kolem 1,2 MHz je přenášen do proudící kapaliny, v níž se odráží zpět od pohybujících se částice nebo bublin, a když přijímač zaznamená odražený signál, vyhodnotí se frekvence přijatého signálu. Rozdíl mezi těmito dvěma frekvencemi je úměrný rychlosti protékajícího média.

Ultrazvukové metody mohou být použity pro měření malých a velkých toků čistých, znečištěných i agresivních kapalin, pro měření pulsujících toků a měření kalů a průtoku během tání při vysokých teplotách.