Aktuální vydání

celé číslo

10

2022

Chemie, potravinářství a farmacie

celé číslo

Optimální vírový průtokoměr: Krohne Optiswirl 4070

Optimální vírový průtokoměr: Krohne Optiswirl 4070

Firma Krohne je významný světový výrobce přístrojů pro měření průtoku a polohy hladiny. V letošním roce byl dosavadní výrobní program přístrojů pro měření průtoku kapalin a plynů (plováčkové průtokoměry, magneticko-indukční průtokoměry, ultrazvukové a hmotnostní průtokoměry) rozšířen o nové vírové průtokoměry s typovým označením Optiswirl 4070.

Přednosti vírových průtokoměrů

Vírové průtokoměry lze použít k měření průtoku plynů, páry i čistých kapalin. Obecně se vyznačují velkým měřicím rozpětím (poměr maximální a minimální měřené hodnoty), nevyžadují údržbu, a jsou-li správně navrženy a instalovány, jsou přesné a provozně spolehlivé.

Měřicí princip vírových průtokoměrů

Vírový průtokoměr využívá princip Kármánovy vírové stezky (obr. 1). V měřicí trubici průtokoměru je instalováno vírové těleso lichoběžníkového průřezu. Na jeho ostrých bočních hranách vznikají víry strhávané proudícím médiem. Víry jsou strhávány periodicky s frekvencí, která je v širokém rozsahu úměrná rychlosti proudění média okolo vírového tělesa. Z naměřené rychlosti (frekvence strhávání vírů) a známého průřezu měřicí trubice lze vypočítat objemový průtok měřeného média.

Měření hmotnostního průtoku syté páry

Vírové průtokoměry měří objemový průtok. Je-li třeba měřit hmotnostní průtok syté páry, lze vírový průtokoměr opatřit teplotní kompenzací – měří se teplota protékající páry a předpokládá se, že měřená pára je v každém okamžiku sytá, tedy že v každém okamžiku platí závislost tlaku na teplotě.

Není-li uvedený předpoklad splněn, vznikají při měření velké chyby. Zde je třeba upozornit, že při měření hmotnostního průtoku přehřáté páry je korekce s ohledem na tlak a teplotu proudící páry v podstatě nezbytná. Lze vypočítat, že při měření průtoku přehřáté páry o konstantní teplotě vede změna skutečného tlaku páry o 100 kPa oproti předpokládané hodnotě k chybě měření o velikosti 17 %.

Snímače tlaku a teploty páry v potrubí je nezbytné instalovat v určité vzdálenosti za průtokoměrem tak, aby nebyly narušeny požadované rovné potrubní úseky před vírovým průtokoměrem a za ním. To mj. znamená, že tlak ani teplota nejsou měřeny v tom místě, kde se měří objemový průtok (obr. 2). V důsledku toho vznikají další nepřesnosti při výpočtu hmotnostního průtoku, resp. množství tepla předaného párou. Signál objemového průtoku z vírového průtokoměru a signály teploty a tlaku jsou přivedeny do přepočítávací jednotky.

V průtokoměru Optiswirl 4070 je standardně vestavěn snímač teploty měřeného média a lze jej vybavit i integrovaným snímačem tlaku (obr. 3), což je pro uživatele výhodné.

Ve vírovém průtokoměru některých výrobců je již umístěn snímač teploty a přepočítávací jednotka, přesto je nezbytné použít externí snímač tlaku a jeho výstup připojit k vyhodnocovací elektronice vírového průtokoměru. Výsledkem je náročná montáž a větší výsledná chyba měření.

Při vývoji vírového průtokoměru Optiswirl 4070 vzali specialisté firmy Krohne v úvahu všechny uvedené skutečnosti. Výsledkem je vírový průtokoměr s dvouvodičovým připojením, s vestavěným snímačem teploty a přepočítávací jednotkou a s možností umístit snímač tlaku tak, že tvoří celek s průtokoměrem.

Konstrukce snímače Optiswirl 4070

Konstrukce tělesa průtokoměrů řady Optiswirl 4070 se od konstrukce mnoha konkurenčních vírových průtokoměrů liší tím, že nejde o odlitek, ale o svařenec z korozivzdorné oceli. K základnímu tělesu – měřicí trubici o jmenovité světlosti DN 15 až DN 300, jsou přivařeny příruby požadovaného provedení (EN, ANSI atd.) nebo je těleso vyrobeno v provedení pro montáž mezi příruby (DN 15 až DN 100).

V měřicí trubici je pevně přivařeno vlastní vírové těleso a v zákrytu za ním je snímač vibrací (obr. 4), který využívá piezoelektrický princip. Použitá robustní konstrukce zajišťuje snímači vibrací vynikající mechanickou odolnost proti případným tlakovým rázům v potrubí a současně minimalizuje možnost vzniku usazenin na snímači vibrací (nachází se v místě s výrazně turbulentním charakterem proudění). Lze tudíž konstatovat, že Optiswirl 4070 je nejen spolehlivý vírový průtokoměr, ale i průtokoměr, který nevyžaduje údržbu. Ve snímači vibrací je rovněž umístěn teploměr, takže teplota se měří v tomtéž místě jako průtok. Ve styku s měřeným médiem je pouze kvalitní korozivzdorná ocel. Není použito žádné těsnění z elastomerů.

Vyhodnocování měřicího signálu

Firma Krohne dále vyvinula nový způsob vyhodnocování signálu ze snímače vibrací označený ISP (Intelligent Signal Processing). Cílem je přesně vyhodnotit správný údaj průtoku, tj. za všech okolností účinně potlačit rušivé vlivy negativně ovlivňující správnost měření. Metoda ISP využívá inteligentní řízený filtr umožňující sledovat pouze vlastní měřicí signál vznikající pulzacemi při strhávání vírů. Filtr přijímá výstupní signál ze snímače a s využitím spektrální analýzy vyhodnocuje pouze skutečný signál generovaný protékajícím médiem. Ostatní frekvence, rušivé, jsou potlačeny. Uživatel získává přesné a stabilní naměřené údaje, na jejichž hodnověrnost se může spolehnout.

Pro speciální účely je průtokoměr Optiswirl 4070 vyráběn také v tzv. duálním provedení, u něhož jsou snímač vibrací i vyhodnocovací elektronika zdvojeny (obr. 5). Toto řešení zmenšuje, a to i v extrémních případech, riziko selhání přístroje na polovinu, popř. je možné naprogramovat každou elektroniku na jinou měřenou kapalinu. Naposled zmíněné řešení lze použít např. tehdy, když potrubím střídavě proudí dvě různá média.

Montáž průtokoměru

Při instalaci průtokoměru mezi příruby je nutná jeho pečlivá montáž s vystředěním průtokoměru i těsnění. Součástí průtokoměru Optiswirl 4070 v mezipřírubovém provedení jsou středicí kroužky, které byly firmou Krohne speciálně vyvinuty právě pro tento účel. Práce s nimi je snadná: nejprve se instalují spodní šrouby a mezi příruby se vloží Optiswirl 4070 a patřičná těsnění. Pak se namontují ostatní šrouby a pootočí se středicí kroužky, čímž se průtokoměr automaticky vystředí. Po dotažení všech matic je průtokoměr nainstalován a připraven k použití.

Uvedení do provozu, obsluha a údržba

Každý vírový průtokoměr Optiswirl 4070 je u výrobce nastaven podle požadavků zákazníka. Po mechanické montáži a připojení napájecího napětí se provede interní test snímače a elektroniky a průtokoměr je připraven k provozu. Přístroj Optiswirl 4070 může být vybaven kontrastním a dobře čitelným displejem s programovacími tlačítky. Struktura programovacího menu je přehledná a intuitivní. Proudový výstup standardně umožňuje komunikovat s použitím protokolu HART. Ovladač a program Pactware jsou součástí dodávky.

Kalibrace, přesnost měření

Každý průtokoměr je u výrobce kalibrován vodou na moderní kalibrační trati. Jeho základní přesnost měření je ±0,75 % z měřené hodnoty u kapalin a ±1 % z měřené hodnoty u plynů a páry. Opakovatelnost měření průtoku kapalin, plynů i páry je lepší než ±0,1 % z měřené hodnoty.

Použití vírového průtokoměru Optiswirl 4070

Přístroj Optiswirl 4070 je univerzálně použitelný vírový průtokoměr měřící objemový průtok vodivých i nevodivých kapalin s viskozitou do 10 mPa·s, plynů a páry. Teplotní kompenzace pro sytou páru je standardně součástí průtokoměru. Na přání lze přístroj vybavit integrovaným snímačem tlaku. Elektronika obsahuje jednotku pro přepočet naměřeného průtoku na standardní podmínky pro plyny, resp. pro měření množství tepla předaného párou. Není tedy nutné používat přídavné přepočítávací jednotky a samostatné snímače teploty a tlaku s jejich propojovacími kabely a nákladnou mechanickou montáží. Průtokoměr je napájen z proudové smyčky a má také impulzní výstup a místní zobrazení údajů na vestavěném displeji.

Průtokoměr Optiswirl 4070 je konstruován pro teploty měřeného média v rozsahu –40 až +240 °C a tlaky do 10 MPa. Použití nachází zejména v chemickém průmyslu, při zpracování kovů, při řízení spalovacích procesů i při výrobě a distribuci páry. Je velmi vhodný pro měření průtoku stlačeného vzduchu, technických plynů a syté i přehřáté páry (obr. 7).

K použití v prostředí s nebezpečím výbuchu se dodává v jiskrově bezpečném provedení s certifikátem ATEX.

Prodej a servis v České republice

Pouze správně dimenzovaný a správně instalovaný vírový průtokoměr zajistí uživateli dlouhodobě přesné, spolehlivé a bezporuchové měření průtoku bez nutnosti údržby.

Prodej, záruční i pozáruční servis a kalibraci průtokoměrů Optiswirl 4070 i dalších typů v České republice zajišťuje společnost Krohne CZ, spol. s r. o., jejíž specialisté v kancelářích v Praze, Brně a Ostravě pomohou s výběrem optimálního průtokoměru pro jakoukoliv úlohu.

Ing. Petr Komp,
Krohne CZ, spol. s r. o.


Obr. 1. Kármánova vírová stezka
Obr. 2. Princip měření průtoku páry s externí kompenzací vlivu tlaku a teploty
Obr. 3. Optiswirl 4070 C s integrovaným snímačem tlaku
Obr. 4. Vnitřek měřicí trubice se snímačem vibrací (v popředí) a vírovým tělesem
Obr. 5. Optiswirl 4070 C v duálním provedení
Obr. 6. Optiswirl 4070 C v provedení k montáži mezi příruby
Obr. 7. Optiswirl 4070 C DN 80 s integrovanou teplotní a tlakovou kompenzací použitý k měření horkého stlačeného vzduchu

Příspěvek lze ve formátu PDF stáhnout zde