Capitolul I. Masurarea Debitului

x(t) y(t)ELEMENT SENSIBIL (SENZOR)

Fig.1.1. Reprezentarea schematică a unui senzor. (Reprodusă după [10])

CAPITOLUL I. Măsurarea debitului

CAPITOLUL I. MĂSURAREA DEBITULUI [1], [2], [3], [5], [10], [14], [17]

1.1. SENZORI ŞI TRADUCTOARE. GENERALITĂŢI [1], [5], [10]

Denumirea de „senzor” provine din latinescul „simţ”, care are semnificaţia „de a simţi, a percepe şi a distinge prin intermediul simţurilor omeneşti”. Senzorii corespund din punct de vedere generalizat, celor cinci simţuri ale oamenilor, dar ei pot detecta însă şi fenomene care nu se pot deosebi prin simţurile umane.

Senzorul este elementul sensibil care are rolul de a detecta mărimea de măsurat (reprezentată de măsurand), aplicată la intrarea sa x(t) şi de a o converti într-o altă mărime fizică, de aceeaşi natură sau de natură diferită y(t). Schema de bază a unui senzor este reprezentată în figura 1.1.

Din punct de vedere al energiei, indispensabilă desfăşurării procesului de măsurare, senzorii se pot clasifica:

- senzori activi;- senzori pasivi.Senzorii activi efectuează transformarea directă a energiei mărimii de măsurat, într-o

energie asociată mărimii de ieşire, de regulă, o mărime electrică (ex: temperatura, tensiunea electrică, intensitatea curentului electric).

Pentru a nu se perturba mărimea de măsurat şi a nu afecta exactitatea măsurării, este necesar ca energia necesară formării semnalului metrologic, preluată chiar de la fenomenul studiat, să fie suficient de mică.

Senzorii activi furnizează un semnal electric, de obicei o tensiune electrică. În consecinţă, aceşti senzori sunt întâlniţi în literatură şi sub denumirea de senzori generatori sau senzori energetici (ex: senzorii termoelectrici, senzorii de inducţie, la care mărimea de intrare este transformată direct într-o tensiune electrică).

Ca şi avantaj al acestor senzori, îl reprezintă posibilitatea de măsurare directă a mărimii de ieşire cu un mijloc electric de măsurare.

Senzorii pasivi sunt folosiţi pentru măsurarea unor mărimi, care nu permit eliberarea energiei de măsurare, de ex: deplasarea, nivelul, grosimea, acceleraţia etc. Senzorii pasivi prezintă, ca mărime de ieşire, o impedanţă electrică sau componente ale acesteia: rezistenţă, inductivitate proprie, capacitate.

Senzorii pasivi se mai numesc şi senzori parametrici sau modulatori (ex: senzorii tensometrici, senzorii inductivi, senzorii capacitivi).

Pentru formarea semnalului metrologic, în cazul senzorilor parametrici, este necesară folosirea unei surse auxiliare de energie.

Ansamblul senzor pasiv – sursă de alimentare creează semnalul electric, ai cărui parametri (amplitudine, frecvenţă) sunt dependenţi de caracteristicile mărimii de măsurat.

Observaţii:- senzorul se alege în funcţie de mărimea de măsurat (măsurand);- senzorii parametrici au sensibilitate şi exactitate mai bună decât senzorii generatori;

7

x(t) ELEMENT SENSIBIL (SENZOR)

ELEMENTE DE ADAPTARE (ADAPTOR)

y(t)

Fig. 1.2. Schema bloc a unui traductor. (Reprodusă după [10])

x(t) y(t)ELEMENT SENSIBIL (SENZOR)

ELEMENTE DE ADAPTARE (ADAPTOR)

ELEMENT DE LINIARIZARE ŞI COMPENSARE

TERMICĂ

SURSĂ DE ENERGIE

AUXILIARĂ

Fig. 1.3. Schema-bloc a unui sistem cu microprocesor. (Reprodusă după [10])

CERCETĂRI PRIVIND DEZVOLTAREA UNUI STAND DESTINAT RIDICĂRII CARACTERISTICILOR SENZORILOR DE DEBIT

- senzorii activi şi pasivi sunt surse de semnal. Alegerea electronicii şi a sursei de energie asociate ansamblului reprezintă o importantă etapă în realizarea unui sistem de măsurare, deoarece determină performanţele procesului de măsurare:

- sensibilitatea;- liniaritatea;- imunitatea la mărimile de influenţă. În practică, senzorii se folosesc pentru:- controlul calităţii produselor în faza finală sau de fabricaţie;- comanda sistemelor de reglare automată;- supravegherea proceselor de fabricaţie;- creşterea siguranţei în funcţionare a sistemelor etc.Traductorul este ansamblul format din elementul sensibil (senzor) şi elementele de

adaptare şi prelucrare (condiţionare şi tratare ale semnalului). Schema bloc a unui traductor este reprezentată în figura 1.2.

Traductorul poate avea mai mulţi senzori în structura sa, senzori care sunt capabili să efectueze conversia mărimii de măsurat într-o mărime electrică, indirect, prin mai multe etape intermediare.

În domeniul traductoarelor, cel mai semnificativ progres tehnologic îl reprezintă realizarea traductoarelor integrate (figura 1.3.) care înglobează atât senzorul, cât şi adaptorul

8

PROCES TEHNOLOGIC

ELEMENT SENSIBIL (SENZOR)

MICROPROCESOR

CONVERTOR DE

PRELUCRARE

ELEMENT DE EXECUŢIE

(ACŢIONARE)

MĂRIMEA DE MĂSURAT

Fig. 1.4. Schema-bloc a unui sistem cu microprocesor. (Reprodusă după [10])


şi elementele de liniarizare şi compensare termică într-o unitate constructivă de mici dimensiuni (chip).

Dezvoltarea sistemelor de achiziţie de date şi de procesare a informaţiei cu microprocesor a permis extinderea utilizării senzorilor, din domeniul discontinuu al măsurării în domeniul supravegherii şi optimizării proceselor industriale (măsurare continuă).

Schema unui sistem de măsurare şi de control al unui proces tehnologic cu microprocesor este dată în figura 1.4. În figură este reprezentat senzorul ca element principal de detecţie a mărimii de măsurat.

Microprocesorul îndeplineşte mai multe funcţii, dintre care:- selectează automat gama de măsurare şi realizează comanda intrărilor şi a ieşirilor;- gestionează achiziţia şi memorarea datelor;- autoetalonează sistemul şi compensează automat influenţele parametrilor mediului

asupra informaţiei de măsurare;- realizează autotestarea, cu afişarea codificată a părţii componente defecte;- asigură creşterea vitezei de funcţionare şi a fiabilităţii;- transmite datele la distanţă etc.Îmbunătăţind atât activităţile de hardware cât şi cele de software se prevede realizarea

unor sisteme de senzori, sau echipamente de măsurare inteligente, care să se apropie, prin performanţele lor, cât mai mult de senzorii naturali ai organelor de simţ ale omului.

1.2. TRADUCTOARE DE DEBIT. CLASIFICARE. TIPURI CONSTRUCTIVE [2], [3], [14], [16], [17]

Debitul este un parametru caracteristic fluidului în mişcare şi reprezintă cantitatea de fluid care trece în unitatea de timp, prin unitatea de suprafaţă.

Funcţionarea raţională a oricăror instalaţii de transport, distribuţie şi utilizare a fluidelor nu se poate face fără o determinare riguroasă a cantităţilor trecute prin diversele stadii intermediare între locul de producere şi cel de utilizare.

În procesele tehnologice, măsurarea debitelor de fluide este cea mai importantă, atât pentru alcătuirea bilanţurilor de materiale cât şi pentru conducerea propriu-zisă a acestor procese. La efectuarea unei măsurări de debit, trebuie să se aleagă întotdeauna metoda de măsurare cea mai adecvată şi care să asigure precizia de măsurare cea mai ridicată pentru cazul respectiv.

9


1.2.1. Clasificarea debitmetrelorDupă procedeul de măsurare, debitmetrele se pot clasifica:- Debitmetre cu diferenţă de presiune variabilă (sunt aparate al căror principiu de

funcţionare se bazează pe măsurarea diferenţei de presiune la un dispozitiv de strangulare care se găseşte montat în conducta de curgere a fluidului respectiv. Această diferenţă de presiune serveşte drept măsură a debitului de fluid).

- Debitmetre de trecere (se bazează pe sesizarea presiunii dinamice a fluidului care trece prin conductă de către traductorul aparatului introdus în jetul de fluid; deci traductorul se deplasează, mărimea deplasării servind ca măsură a debitului).

- Debitmetre cu mişcare continuă a dispozitivelor receptoare (sunt aparate a căror traductor efectuează, prin acţiunea eforturilor dinamice ale jetului de fluid, o mişcare de rotaţie sau oscilaţie, viteza de mişcare a traductorului servind drept măsură a debitului).

- Debitmetre electrice (se bazează pe măsurarea parametrilor electrici ai sistemului format din fluidul măsurat şi traductorul aparatului, parametri care variază în funcţie de mărimea debitului; valoarea parametrului electric ales serveşte ca o măsură a debitului).

- Debitmetre termice (se bazează pe măsurarea cantităţii de căldură cedată de un element încălzit în jetul de fluid; această cantitate de căldură serveşte drept măsură a debitului).

- Debitmetre cu ultrasunete (se bazează pe măsurarea parametrilor oscilaţiilor ultrasonice care se propagă în jetul de fluid măsurat).

- Debitmetre cu izotopi radioactivi (se bazează pe măsurarea de către traductorul aparatului de măsură a duratei de timp între impulsurile provocate de recepţionarea particulelor radioactive dozate periodic în fluidul de măsurat. Pe baza acestei indicaţii şi cunoscând intervalul de timp între două introduceri succesive de particule radioactive în jetul de fluid, se determină viteza fluidului prin conductă, care constituie o măsură a debitului).

Din punctul de vedere al modului de transmitere a indicaţiilor, debitmetrele se clasifică în două categorii:

- debitmetre cu indicaţia locală a rezultatului măsurării;- debitmetre cu transmisie la distanţă a rezultatului măsurării, metoda de transmitere

putând fi pneumatică, electrică sau hidraulică.

1.2.2. Tipuri constructive de traductoare de debit1.2.2.1. Traductoare cu strangulare constantăLa baza concepţiei acestor traductoare stă dependenţa dintre căderea de presiune pe

care o suferă un fluid ce traversează o secţiune strangulată şi viteza sa. Căderea de presiune, sesizată de un traductor corespunzător, constituie o măsură a

debitului de fluid care circulă prin strangularea respectivă. În figura 1.5. se prezintă câteva dintre cele mai uzuale dispozitive de strangulare: diafragmă simplă, duză, stăvilar, tub Venturi. Acest tip de traductoare dau rezultate bune în măsurarea debitelor fluidelor monofazice omogene, care curg în regim turbulent stabilizat. Pentru o bună funcţionare trebuie ca, înainte şi după traductor conducta să aibă un sector rectiliniu fără obstacole sau deviaţii, care să fie de 10-20 ori mai lung decât diametrul conductei sau să se monteze un redresor care să liniarizeze liniile de curent.

Corespondenţa dintre căderea de presiune şi debit se stabileşte pe baza aplicării legii lui Bernoulli şi a legii continuităţii la o secţiune 1 înainte de strangulare şi la o secţiune 2 după strangulare, unde vâna de fluid are secţiunea minimă (fig. 1.6.).

Neglijând pierderile prin frecare şi curenţii turbionari din jurul diafragmei, avem:

10

p1 p2

p1 p2 p1 p2

p1p2

a) b) c)

d)

Fig. 1.5. Tipuri uzuale de dispozitive de strangulare: a) diafragmă simplă; b) duză; c) stăvilar; d) tub Venturi. (Reprodusă după [16])


p1

ρ1

+w1

2

2=

p2

ρ2

+w2

2

2, ρ1 w1 S1=ρ2 w2 S2 (1.1)

unde p1 , w1 , ρ1 şi S1 sunt presiunea, viteza medie de curgere, densitatea şi secţiunea de trecere înainte de diafragmă, iar p2 , w2 , ρ2 şi S2 sunt aceleaşi mărimi, dar după diafragmă, în secţiunea 2.

Experimental, se dovedeşte că S2=μ S0, unde µ este factorul de proporţionalitate care depinde de dimensiunile dispozitivului de strangulare şi se găseşte tabelat. Din relaţia (1.1), deducem:

w2=1

√1−(μ ∙ m∙ρ2

ρ1)

2∙√ 2∙ ( p1 ρ2−p2 ρ1 )

ρ1 ρ2 (1.2)

unde m=S0/S1.

11

Fig. 1.6. Variaţia presiunii în jurul diafragmei.[2]


Debitul volumic în secţiunea 2 este:

Qv=S2 w2=μ ∙S0

√1−(μ ∙m∙ρ2

ρ1)

2∙√ 2∙ ( p1 ρ2−p2 ρ1 )

ρ1 ρ2 (1.3)

În această relaţie presiunile p1 şi p2 corespund secţiunilor 1, respectiv 2. În practică este mai convenabil ca aceste presiuni să fie măsurate în imediata vecinătate a diafragmei, unde ele au valorile p1, respectiv p2, iar prizele de presiune să fie practicate pe dispozitivul de strangulare. Pentru a ţine seama de această situaţie, ca şi pierderile prin frecări şi turbioni, se introduce un coeficient de corecţie β.

În cazul fluidelor incompresibile, ρ1= ρ2=ρ, iar expresia debitului devine:

Qv=α ∙ S0 ∙√ 2 ∙ Δ pρ

=K ∙√ Δ pρ

, (1.4)

unde Δ p=p1−p2 reprezintă presiunea diferenţială, K=α ∙ S0 ∙√2, iar:

α= μ ∙ β

√1−μ2 m2, (1.5)

este un coeficient de debit care depinde de forma şi dimensiunile dispozitivului de strangulare, de vâscozitatea fluidului, de poziţia prizelor de presiune, de viteza de curgere, de rugozităţile conductei etc.

Debitul masic este exprimat de relaţia:

Qm=Qv ∙ ρ=α ∙S0∙√2∙ ρ ∙ Δ p=K ∙√ ρ∙ Δ p (1.6)

Pentru fluidele compresibile, ar trebui aplicată relaţia (1.3), dar este destul de complicată. De aceea, în practică se preferă o relaţie asemănătoare cu relaţia (1.6), dar care să ţină seama şi de compresibilitatea fluidului, adică:12

Q

l

d

MD

Fig. 1.7. Traductor de debit cu tub capilar. (Reprodusă după [16])


Qm=α ∙ ε ∙ S0 ∙√2∙ ρ1 ∙ Δ p , (1.7)

unde ε este un coeficient a cărui valoare depinde de forma şi de dimensiunile dispozitivului de strangulare, de coeficientul adiabatic χ al fluidului şi de raportul presiunilor p2 şi p1 din avalul şi amontele dispozitivului de strangulare.

Pe baza relaţiilor (1.6) şi (1.7) au fost stabilite mai multe formule practice pentru determinarea debitului diverselor tipuri de fluide cu diverse tipuri de dispozitive de strangulare. În aceste formule apar anumiţi coeficienţi de transformare care ţin seama de unităţile de măsură adoptate pentru diversele mărimi care intră în formulă. Astfel, dacă se doreşte ca debitul să fie exprimat în kg/h şi se introduc lungimile în mm, presiunile în daN/cm2, iar temperatura în °K, densitatea în kg/m3, relaţia (1.7) devine:

Qm=K ∙√ p1 ∙ Δ pT1

, (1.8)

unde K=20,76 ∙m ∙α ∙ ε ∙ D2 ∙√ ρn

K 1

, iar D este diametrul conductei pe care este montat

dispozitivul de strangulare.În mod asemănător, pentru aceleaşi unităţi de măsură, relaţia (1.6) pentru fluide

incompresibile devine:

Qm=K ∙√ Δ p, (1.9)

unde K=1,264 ∙m ∙α ∙ D 2 ∙√ρ.Coeficientul α depinde de vâscozitatea fluidului, de viteza de curgere şi de diametrul

conductei.

1.2.2.2. Traductoare cu tub capilarPentru măsurarea debitelor foarte mici, drept dispozitiv de strangulare se poate folosi

un tub capilar (figura 1.7.). În regim de curgere laminar, la un astfel de dispozitiv dependenţa dintre debit şi căderea de presiune este exprimată de relaţia:

Q= π128

∙d4

η ∙l∙ Δ p , (1.10)

13

Fig. 1.8. Traductor de debit cu strangulare variabilă (rotametru). (Reprodusă după [16])

Vi

Si

Q


unde d este diametrul tubului capilar, l este lungimea acestuia, η este vâscozitatea dinamică a fluidului, iar Δ p=p1 ∙ p2 este căderea de presiune pe capilar.

Presiunea diferenţială Δ p se măsoară cu un micromanometru diferenţial MD, având dimensiuni şi un volum interior extrem de mici. De asemenea, conductele de legătură trebuie să fie cât mai scurte şi cu diametru cât mai mic, pentru a nu introduce o inerţie prea mare în transmiterea presiunii diferenţiale.

1.2.2.3. Traductoare cu strangulare variabilăPrincipiul de funcţionare al acestor traductoare se bazează pe dependenţa dintre poziţia

pe verticală h a unui imersor (plonjor) într-un tub tronconic şi debitul de fluid ce străbate tubul de jos în sus (figura 1.8.).

În general, tubul este confecţionat din material transparent, iar imersorul este prevăzut cu şanţuri sau aripioare elicoidale pentru stabilirea poziţiei sale prin efect giroscopic în centrul tubului, acest traductor mai purtând numele şi de rotametru.

În regim staţionar, forţa gravitaţională a imersorului Fg=V i ( ρi−ρ ) g este echilibrată de o forţă ascensorială provocată de o cădere de presiune constantă la o poziţie h ce depinde de debit Fa=Si ( p1−p2 ), unde V i , ρi şi Si sunt volumul, densitatea şi secţiunea transversală a imersorului, ρ este densitatea fluidului, iar Δ p=p1−p2 este căderea de presiune provocată de trecerea fluidului prin spaţiul inelar dintre imersor şi tub.

Din condiţia de echilibru, deducem:

h=p1−p2

ρ ∙g=

V i ( ρi−ρ )S i ∙ ρ

(1.11)

14

Fig. 1.9. Debitmetru cu tub Pitot.[17]


Pe de altă parte, între presiunea şi viteza de curgere există relaţia:

w=√2 ∙ g ∙ h (1.12)

Prin urmare, debitul poate fi determinat pe baza secţiunii de trecere S, care se deduce după poziţia h a imersorului şi a vitezei de curgere w, adică:

Qm=ρ∙ S (h ) ∙ w=√ 2∙ g ∙V i ∙ ρ∙ ( ρi−ρ )S i

∙ S (h )=K ∙ S (h ) , (1.13)

unde K reprezintă valoarea radicalului.Pentru a ţine seama de efectul de antrenare prin frecare a imersorului, ca şi unele

particularităţi de construcţie ale traductorului, coeficientului K i se pot aduce corecţiile necesare, îndeosebi cele legate de variaţia densităţii cu temperatura.

Cu astfel de aparate se măsoară debite mici. În cazul fluidelor netransparente, pentru determinarea poziţiei imersorului se folosesc diverse mijloace de transmitere în afară a poziţiei pe verticală a acestuia.

1.2.2.4. Traductoare cu tub PitotCu aceste dispozitive se determină debitul de fluide din conducte de orice formă, mari

şi foarte mari, pe baza presiunii dinamice pe care o exercită fluidul în mişcare. Aceste dispozitive dau rezultate bune numai în cazul fluidelor curate care circulă cu viteze apreciabile.

În figura 1.9. este prezentat un debitmetru cu tub Pitot.

Conform regulii lui Bernoulli, presiunea dinamică Δ p (diferenţa dintre presiunea

totală p şi cea statistică ps) este dependentă de viteza de circulaţie prin relaţia:

Δ p=p−ps=w2 ∙ ρ

2. (1.14)

Pe baza acestei relaţii, cunoscând secţiunea conductei, deducem debitul:

Qm=ρ∙ S ∙w=S ∙√2∙ ρ ∙ Δ p=K ∙√ρ ∙ Δ p , (1.15)

unde K=√2 ∙ S este un coeficient ce depinde de forma şi dimensiunile conductei.

15

Rotor

Fig. 1.10. Traductor de debit anemometric cu palete radiale. (Reprodusă după [16])


În figura 1.9. sunt prezentate două variante simple de traductoare cu tub Pitot. Pentru a nu perturba prea mult liniile de curent, diametrul tubului Pitot trebuie să fie de cel puţin zece ori mai mic decât diametrul conductei.

Pentru redresarea liniilor de curent este bine ca în faţa tubului Pitot să se monteze un redresor de curent, sau să se monteze mai multe tuburi Pitot pentru a determina o viteză medie de circulaţie.

1.1.2.5. Traductoare de viteză (anemometre)Principiul de funcţionare al acestor traductoare se bazează pe efectul de antrenare a

unui rotor de către fluidul ce trece prin traductor pe baza impulsului de rotire imprimat de fluid în funcţie de viteza de curgere a acestuia.

După forma paletelor deosebim traductoare cu palete elicoidale şi traductoare cu palete radiale, aşa cum se observă în fig. 1.10.

Turaţia rotorului este proporţională cu viteza medie de curgere a fluidului, dar depinde şi de alţi factori, printre care: vâscozitatea şi densitatea fluidului, particularităţile de construcţie ale traductorului etc.

Turaţia este transmisă în afară cu ajutorul unui angrenaj adecvat care pune în mişcare un generator de semnal al debitului şi/sau un contor de debit.

Traductoarele de debit anemometrice au o precizie bună numai pentru debite staţionare ce depăşesc o anumită limită, specifică traductorului utilizat.

1.2.2.6. Traductoare volumetricePrincipiul de funcţionare al traductoarelor volumetrice (figura 1.11.) stă la baza

măsurării volumului de fluid vehiculat în unitatea de timp cu ajutorul unor camere etalonate, pe care fluidul le umple succesiv în trecerea sa prin aparat, punând în acelaşi timp în mişcare un sistem de numărare a volumelor traversate.

Sub acţiunea fluidului, fiecare din cele două roţi dinţate eliptice devin pe rând roată conducătoare, apoi roată condusă, în funcţie de poziţia lor faţă de rotor. La fiecare tură se transferă patru volume Vc cuprinse între o roată şi stator.

16

Fig. 1.11. Traductor de debit volumetric cu roţi dinţate eliptice. (Reprodusă după [16])

Roată dinţată eliptică

Corp

Vc

Fig. 1.12. Traductor electromagnetic de debit.[14]


Traductoarele volumetrice de debit au o precizie foarte mare şi pot acoperi un domeniu de măsurare foarte larg, atât în regim staţionar, cât şi în regim dinamic.

1.2.2.7. Traductoare electromagneticeAcest tip de traductoare se folosesc pentru măsurarea debitului substanţelor care au o

conductivitate electrică mai mare decât ~10µS.Acest aparat este alcătuit dintr-o pereche de piese polare pentru crearea unui câmp

magnetic alternativ, în care, printr-un tub diamagnetic, circulă lichidul.

Tubul este prevăzut cu colectoarele a şi b pentru culegerea tensiunii electromotoare de inducţie e=f(Q) (figura 1.12.).

Lichidele care se află între colectoare se comportă ca un conductor ce se deplasează în câmpul magnetic B cu viteza medie w, generând o tensiune electromotoare de inducţie:

e=B ∙l ∙ w, (1.16)

unde l reprezintă lungimea ipotetică a conductorului de lichid.În acest caz, debitul masic poate fi evaluat din relaţia:

Q=S ∙ ρ ∙ w= π ∙ d2 ∙ ρ ∙ e4 ∙ B∙ l

=k ∙ e , (1.17)

unde k este o constantă specifică traductorului.

17

Fig. 1.13. Secţiune printr-un contor multijet.[17]


1.2.2.8. Traductoare cu turbinăDupă tehnologia de execuţie, întâlnim:- multijet (este o tehnologie mai veche);- monojet (contoare Woltmann).Contoarele multijet – principiul de funcţionare se bazează pe faptul că jetul de fluid

intrat în aparat este divizat în mai multe jeturi de către paharul cu ferestre, accesul fluidului spre morişcă (rotor), făcându-se pe partea sa inferioară, iar refularea pe la partea sa superioară, în acest caz fiind prevăzută şi o placă separatoare.

Ajustarea, din exterior a caracteristicii debitmetrului se realizează prin variaţia debitului ce acţionează, modificându-se valoarea debitului de ocolire, cu ajutorul dispozitivului de ajustare ce poate fi acţionat sub presiune. (figura 1.13.).

Această soluţie constructivă este similară cu cea a unui debitmetru complex având două traductoare primare montate în by-pass, cu particularitatea că debitul total se divide în debitul principal care trece prin rotor şi cel secundar care trece prin dispozitivul de ajustare.

Proporţionalitatea dintre viteza de rotaţie a rotorului şi debit se asigură prin reducerea efectului turbioanelor de fluid cu ajutorul unor nervuri de reţinere plasate în carcasa traductorului primar al debitmetrelor, diminuându-se efectul pătratic al momentului de frânare al rotorului.

Relaţia de proporţionalitate a caracteristicii Q=Q (n) determină reducerea variaţiei de măsurare a debitului, un optim obţinându-se la soluţia cu nervuri plasate deasupra şi dedesubtul rotorului, eroarea limitându-se în general sub 5% pentru domenii largi de debit.

Mărirea sensibilităţii debitmetrului, se asigură prin realizarea unui rotor uşor, cu

frecări mici în lagăre, crescând şi durata de viaţă a dispozitivului.Contoarele monojet (Woltmann) se folosesc pentru măsurarea debitelor în conducte

închise.Există două tipuri constructive:

- cu rotor orizontal (fig. 1.14.);- cu rotor vertical (fig. 1.15).

18

Fig. 1.14. Secţiuni prin debitmetre de tip Woltmann cu turbină orizontală.[17]

Fig. 1.15. Secţiune printr-un debitmetru de tip Woltmann cu turbină verticală.[17]


Rotorul este rotit de către fluid în lagăre, sau prin intermediul unui tub de dirijare a jetului. Mişcarea de rotaţie se transmite prin intermediul tijei şi a cuplajului magnetic cadranului de afişare, unde este afişată valoarea totală a debitului şi/sau este transformată într-un semnal electric (proporţional cu debitul) transmis la distanţă.

Debitmetrele Woltmann cu acţionare axială (axa rotorului este perpendiculară pe axa conductei) elimină frecarea cuplajului melc-roată melcată, limita inferioară a debitului măsurabil scade, extinzându-se domeniul de măsurare.

Prin schimbarea direcţiei de curgere a fluidului creşte pierderea de presiune, care rămâne inferioară celei aferente debitmetrelor cu rotor acţionat parţial. Traductorul de debit cu turbină funcţionează în poziţie orizontală sau verticală, în funcţie de tipul turbinei.

Montarea turbinei trebuie făcută pe tronsoane calibrate ce au diametrul interior identic cu cel al turbinei.

19

α

v

Fig. 1.16. Traductor de debit cu paletă.[3]


Tronsonul montat în amonte de turbină va fi de minim 10 DN. În faţa fiecărui asemenea tronson se montează obligatoriu un filtru de impurităţi. În cazul în care configuraţia instalaţiei şi dimensiunile de gabarit nu permit montarea tronsonului liniar, se va folosi un stabilizator compensator de debit ce are ca rol stabilizarea curgerii fluidului (liniarizează liniile de câmp) şi permite închiderea lanţului de cote între filtru, compensator şi turbină.

1.2.2.9. Traductoare de debit cu paletăSe obţine prin montarea unei palete pe direcţia de curgere a fluidului (fig. 1.16.).

Principiul de funcţionare: Datorită curgerii fluidului, asupra paletei acţionează o forţă care o roteşte în jurul articulaţiei, rotire care este pusă în evidenţă printr-un traductor de deplasare unghiulară; cu cât forţa este mai mare, cu atât unghiul α este mai mare.

Deplasarea paletei în mediul conductor lichid aflat sub acţiunea unui câmp magnetic produce, conform legii inducţiei electromagnetice, o tensiune electromotoare proporţională cu viteza de deplasare a lichidului prin conductă.

Ca şi dezavantaj ar fi faptul că măsurarea modifică debitul de curgere a fluidului, iar informaţia care se obţine este însoţită de erori.

20

Capitolul I. Masurarea Debitului

Documents

Transcript of Capitolul I. Masurarea Debitului