4. Trykkdifferanse måling. 9. Valg av måler. Generelt om mengdemåling. Strømninger i rør. Måleenheter. Teknologi og måleprinsipper.

Transkript

1 Generelt om mengdemåling Strømninger i rør Måleenheter Teknologi og måleprinsipper 4. Trykkdifferanse måling VA meter Elektromagnetisk mengdemåler Ultralyd mengdemåler Mekaniske målere 9. Valg av måler 36

2 Pitotmåler Denne gjennomstrømningsmåleren skaper i prinsipp en middelverdi. Måleren består av to målesonder, hvorav den fremre måler det dynamiske trykket, den bakre det statiske trykket. Trykkforskjellen er, ifølge Bernouilli, proporsjonalt med kvadratet av gjennomstrømningshastigheten. Middelverdien oppnås ved at den fremre sonden måler det dynamiske trykket i et antall punkter langs rørdiameteren, hvorved en middelverdi automatisk dannes. 37

3 Pitotmåler Pitotmåleren mangler bevegelige deler, er relativt enkel i konstruksjonen og har en viss evne til å skape middelverdier. Den krever relativt rene medier ettersom åpningene i målesondene ikke må tettes igjen. 38

4 Generelt om mengdemåling Strømninger i rør Måleenheter Teknologi og måleprinsipper 4. Trykkdifferanse måling VA meter Elektromagnetisk mengdemåler Ultralyd mengdemåler Mekaniske målere 9. Valg av måler 39

5 Det er tre krefter som påvirker flotøren Avlesningspunkt. Kraft -S Oppstrømskraft skapt av mediet. Oppdrift-A Konstant ved konstant densitet Tyngdekraft - G Konstant tyngdekraft 40

6 Rotameteret er beregnet for måling av medier som kun er i en fase, enten ren gass eller ren væske. Ved urenheter gir måleren feil målinger Trykk/ temperatur.: Strømningsrate gjennom måleren er avhengig av densitet og viskositet. For gasser er det derfor nødvendig å korrigere for trykk og temperatur. Densiteten må være konstant. Måleområdet for de fleste VA metere er 1:10 til 1:12, m.a.o. Et godt dynamisk området. Usikkerheten er betydelig større ved de laveste 20% av området i forhold til mellom 50% og 100% av måleområdet. 41

7 Rotameteret er lite avhengig av hastighetsprofilen ved innløpet til måleren. Ikke krav til rett strekk før / etter måler. Rotameteret skal monteres vertikalt, tommelfinger regelen sier at måleren skal plasseres i lodd. Riktig avlesning er meget viktig 42

8 43

9 Generelt om mengdemåling Strømninger i rør Måleenheter Teknologi og måleprinsipper 4. Trykkdifferanse måling VA meter Elektromagnetisk mengdemåler Ultralyd mengdemåler Mekaniske målere 9. Valg av måler 44

10 Pulp & Paper Water & Wastewater Chemical industry 45

11 En elektromagnetisk mengdemåler består av et målerør som er kledd med et isolerende materiale. På hver side av målerøret ligger to spoler. Ved å sende en strøm igjennom disse spolene skapes et magnetfelt B. Den induserte spenningen U detekteres av to elektroder når en væske med ledningsevne passerer igjennom måleren. D.v.s: Faradays lov. U=K x BxVxD. K= Instrumentkonstant. B= Magnetisk feltstyrke. V= Mediets hastighet. D= Rørets dia. 46

12 Hva påvirker nøyaktigheten? Installasjon Dimensjonering - gjennomstrømningshastighet Eventuelt belegg i målerøret 47

13 Installasjon Generelle krav til rett rør: 5 x DN før måleren (KROHNE WATERFLUX 0 x DN før måleren) 2 x DN etter måleren (KROHNE WATERFLUX 0 x DN etter måleren) (DN = målerstørrelse) Dette gjelder for 90 bend eller for opp- eller nedkoning. Hvis det er en pumpe eller reguleringsventil oppstrøms for måleren, må avstanden økes betraktelig (10-15 x DN). 48

14 Potensielle feilkilder 49

15 Belegg Arealet i røret reduseres - hastigheten øker - målingen blir feil. I tillegg kommer effekten av varierende elektrisk ledningsevne på belegget. Hvis ledningsevnen på målt medium er lik ledningsevnen på belegget, har det lite innvirkning på nøyaktigheten. 50

16 Muligheter for kontroll / kalibrering under drift - Visuell kontroll Jording Elektriske koblinger Fuktighet i koblingsboks Generell tilstand - Funksjonskontroll/kalibrering av forsterker med simulator. - Fullstendig verifikasjon av måleren kan kun gjøres i akkreditert flow-rigg. 51

17 Erfaring med bruk av elektromagnetiske mengdemålere Måleren har ingen bevegelige deler - ingen slitasje. Meget stabil over lang tid. Svært få problem forårsaket av belegg i målerøret. Konklusjon Rutiner på demontering for fullstendig kalibrering/ verifikasjon er ikke nødvendig. Tilstandskontroll under drift med rimelige tidsintervall kan være fornuftig. Elektromagnetiske mengdemålere er av de mest brukte måleprinsipp for måling av væsker. 52

18 Oppstartskontroll: Dato,år :. Utstyr:. Serie nr.:. Tag. Nr.:. Funksjonstest / kontroll av Krohne elektromagnetiske mengdemålere. Kontrollen utføres i følge beskrivelse testing av signalomformer med GS 8 Dato, år : Type måler :Aquaflux 410, 50mm. Com. No. A Tag.nr. :FT Programmering: Fkt. Tekst Angitt verdi Nå verdi Anmerk. 3.2 Dia. Omr. Puls verdi GK verdi Felt frekv. Retning. 1.4 Displ mengde Displ tellev. Kontroll av: Tilstand: Anmerk! Kapsling/deksel Kabelgjennomføring Jording. Installasjon. Velger Y Utgang (ma) Display % Pos. Riktig verdi Avlest verdi Riktig verdi Avlest verdi , Eventuell nullpkt. Justering er bare nødvendig hvis måleren ikke viser null. Målerøret må da være fylt med stillestående medie. Kontroll av: Tilstand: Anmerk! Kabelgjennomføringer Ok! Feilkoblet Installasjon. Ok! Deksel Ok! Merknader: Koblingsfeil i målerør. Innerskjerm koblet til jord, skal kobles til klemme 1 i målerøret. Koblet om ok! Polaritetsfeil på utgangssignal koblet om og funnet i orden. Nullpkt. Justert måler alt ok! Merknader: Underskrift:.. 53

19 Elektromagnetisk mengdemåler for delvis fylte rør. 54

20 calibration volume setpoint (true value) meter level switch calibration start level switch calibration stop computer totaliser countermeasured volume (actual value) calibration protocol -Våt kalibrering av målere opp til DN Kalibreringsrigg nøyaktighet 0,03 % av målt verdi ( sertifisert av NMI ) Flow straightener value water reservoir 55

21 Elektromagnetisk mengdemåler dimensjon DN

22 Jording av målerør. Målerør montert i metallrør. Målerør montert i plastledning eller metallrør med isolering. Riktig utført jording av målerøret er en viktig forutsetning for en nøyaktig måling. 57

23 Generelt om mengdemåling Strømninger i rør Måleenheter Teknologi og måleprinsipper 4. Trykkdifferanse måling VA meter Elektromagnetisk mengdemåler Ultralyd mengdemåler Mekaniske målere 9. Valg av måler 58

24 ULTRALYD MENGDEMÅLER 59

25 Virkemåte Det er viktig å skille mellom ultralyd mengdemålere basert på doppler effekten og på transittid. Doppler-måleren er lite brukt og har en stor usikkerhet. Det motsatte er tilfelle for ultralyd mengdemålere basert på transittid. 60

26 Unlike the Doppler Method wich frequently involves a measurement error of more than 10%... transmitter receiver reflecting solids

27 Måleprinsippet for en transittids måler er basert på at det sendes et akustisk signal gjennom mediet fra sensorer som er montert på hver side av røret. Dette signalet sendes både medstrøms og motstrøms i en vinkel på ca. 45 gr., og tidsdifferansen er et direkte mål på hastigheten på mediet (se figur nedenfor). Den volumetriske mengden blir så kalkulert i elektronikken som følge av at arealet på røret er kjent. 62

28 Den ultrasoniske gangtids måler. Se for deg to kanoer som krysser en elv på den samme diagonale linje, en medstrøms og en motstrøms. Kanoen medstrøms bruker kortere tid over elven en den kanoen som må krysse motstrøms. Ultralyd bølger oppfører seg på nøyaktig samme måte. En lyd bølge går raskere medstrøms en motstrøms.. Differansen mellom tiden til lydbølgen medstrøms og motstrøms er proporsjonal med mediets hastighet.

29 Nøyaktigheten på målesignalet påvirkes ikke av variasjoner i trykk, temp., tetthet, viskositet og elektrisk ledningsevne på mediet. Det er ingen restriksjoner som kan skape trykkfall i måleren. 64

30 Montering Måleren må plasseres på en slik måte at røret er helt fylt opp med væske under måling. Den krever også visse rette rørstrekk både foran og etter. Lengden er avhengig av hva som er umiddelbart foran måleren (bend, nedkoning, pumpe o.s.v.) En to-stråle måler krever for eks. 10 x DN rett rørlengde foran måleren etter et 90 graders bend. Etter måleren er det generelt 5 x DN. Måleren kan monteres både i vertikale og horisontale rør. 65

31 Fordeler. Måleresultatet påvirkes ikke av variasjoner i tetthet, temperatur, trykk, viskositet og elektrisk ledningsevne på mediet. God nøyaktighet. Vedlikeholdsfri. Ulemper. Kan ikke brukes på medier med gass innhold som er høyere enn 2% (volum). eller partikkelinnhold som er høyere enn 5% (volum). 66

32 Lyd hastighet. Væsker Vann Gasser Luft 330 m/s Klor 210 m/s Methane 430 m/s Hydrogen 1280 m/s 1480 m/s Methanol1100 m/s Parafin 1320 m/s Glycerol 1900 m/s Materialer Stål 5900 m/s 3200 m/s Glass 5600 m/s 3300 m/s Berylium m/s 8900 m/s

33 Hva blir målt? Hva er ønsket målt? VL Vavg VL = Snitt hastighet over en lydbane path L Vavg = Snitt hastighet over hele målerøret 68

34 Flowprofil Turbulent flow Laminar flow Turbulent flow - Flattened shape - Re > 2300 Laminar flow - Parabolic shape - Re < 2300 Reynolds Number: R e D Transition region - in unfavourable process conditions e.g. high viscosities, low flow rates / 1000 < Re < Unpredictable measurement uncertainty 69

35 Strålebaner Chordal configuration Mye informasjon om forhold I flowprofilen. Cross configuration Hastighetsmåling kun i senter av målerøret. Reflex mode Hastighetsmåling kun i senter av målerøret. Inline & clamp on 70

36 Measurement of the sonic speed for liquid identification interface detection High measurement accuracy Over wide measuring ranges Large sizes up to mm bore Also available with weld-on or clamp-on sensors (plus portable clamp-on measuring systems) Sensors exchangeable under process conditions Unobstructed pipe cross- section virtually no opportunity for clogging no wear no additional pressure loss

37 Generelt om mengdemåling Strømninger i rør Måleenheter Teknologi og måleprinsipper 4. Trykkdifferanse måling VA meter Elektromagnetisk mengdemåler Ultralyd mengdemåler Mekaniske målere 9. Valg av måler 72

38 Mekaniske hastighetsmålere Dette måleprinsippet bygger på en direkte hastighetsmåling av det gjennomstrømmende mediet. Anvendelsesområdet er væsker, i første rekke varmt og kaldt vann, men det finnes målere også for gassmåling. Med hensyn til utførelsen, kan de inndeles i følgende grupper: Vingehjulsmålere, propeller eller turbinmålere. 73

39 Vingehjulsmålere Vingehjulet befinner seg i et hus hvor veggene er utstyrt med hull eller slisser. Disse er konstruert slik at vannet ved strømningsretningen fra venstre til høyre passerer inn i huset gjennom de nedre åpningene, setter vingehjulet i rotasjon og forlater deretter huset gjennom de øvre åpningene. Vingehjulets bevegelse overføres til et telleverk på magnetisk vis, dvs. helt uten pakkboks. Vingehjulet og dets aksel er de eneste bevegelige deler som befinner seg i væsken. 74

40 Vingehjulsmålere Telleverket er et såkalt roterende telleverk og ligger innkapslet i en evakuert boks som gir større driftsikkerhet og levetid. Målerne kan være utstyrt med frostbeskyttelse. Anvendelsesområdet er for disse kaldt vann som husholdningsmålere i boliger. Typisk målenøyaktighet er ca ± 2% 75

41 Woltmanmålere Består av roterende turbinhjul, såkalt woltmanhjul, hvis aksel er lagret parallelt med rørledningens aksel. Krever rett strekk før 10 x D og etter 2 x D. Anvendes for kaldt og varmt vann i kjelesentraler, vaskerier og industri. Målenøyaktigheten er ± 2%. Overføringen av målingen skjer fra woltmanhjulets bevegelse via en permanent magnet til et roterende telleverk. 76

42 Turbinmålere Kommersielt i bruk siden sent på 1940-tallet Rotor montert på en opplagret aksel i målehuset Mediet passerer rotoren og får den til å snurre Rotasjonshastigheten er proporsjonal med mediets hastighet Sensor detekterer passeringen av hvert turbinblad Strømningsretter oppstrøms av turbinmåleren Krever smørende medier 77

43 Turbinmåler 78

44 Generelt om mengdemåling Strømninger i rør Måleenheter Teknologi og måleprinsipper 4. Trykkdifferanse måling Rotameter Elektromagnetisk mengdemåler Ultralyd mengdemåler Mekaniske målere 9. Valg av måler 79

45 Å VELGE RETT MÅLER PÅ RETT PLASS 80

46 Å VELGE RETT MÅLER PÅ RETT PLASS OPPLYSNINGER SOM PÅVIRKER VALGET KAN VÆRE FØLGENDE: 1. PROSESSMEDIET OG DETS EGENSKAPER 2. KRAV TIL NØYAKTIGHET. 3. HENSIKTEN MED MÅLINGEN. 4. INSTRUMENTERINGEN FOR ØVRIG. 5. DRIFTS OG SERVICEKOSTNADER. 81

47 Å VELGE RETT MÅLER PÅ RETT PLASS OPPLYSNINGER SOM PÅVIRKER VALGET KAN VÆRE FØLGENDE: 6. KALIBRERING. 7. INNKJØPSPRIS-TOTALKOSTNAD. 8. LEVERANDØR. 9. MATERIALE. 10.INSTALLASJON. 82