Meranie prietoku, pretečeného množstva a rýchlosti prúdenia teku- tín

Modul M10Meranie prietoku, pretečenéhomnožstva a rýchlosti prúdenia tekutínEva Kureková, Martin Halaj10.1 Definícia a jednotkyKvapaliny, pary a plyny označujeme spoločným názvom tekutiny.Pojmom prietok rozumieme množstvo tekutiny, pretekajúce za určitú časovú jednotku cez potrubiealebo otvorený kanál. Prietok sa môže vyjadrovať v objemových alebo v hmotnostných jednotkách.Hovoríme potom o objemovom, resp. o hmotnostnom prietoku.Objemový prietok q vsa podľa normy STN ISO 31-3 definuje ako podiel objemu látky, ktorá prechádzadaným prierezom a časuqv∆VdVlim =(10.1)∆ t 0 ∆tdt=→kde∆V je elementárny objem pretekajúcej tekutiny,∆t je časový interval.Jednotkou objemového prietoku je m 3 ⋅s -1 (m 3 /s).Hmotnostný prietok q msa podľa tej istej normy definuje ako podiel hmotnosti látky, ktorá prechádzadaným prierezom a časukdeq∆mdmdVlim = = ρ(10.2)∆ t 0 ∆tdtdtm =→∆m je elementárna hmotnosť pretekajúcej tekutiny,∆t je časový interval,ρ je hustota pretekajúcej tekutiny.Jednotkou hmotnostného prietoku je kg⋅s -1 (kg/s).276

Modul M10Meranie prietoku, pretečeného množstva a rýchlosti prúdenia tekutínV praxi prúdi meraná tekutina zvyčajne v uzavretých potrubiach alebo otvorených kanáloch. Priznámej hodnote plošného obsahu prierezu potrubia (resp. kanálu) a strednej rýchlosti prúdenia tekutinysa objemový prietok q vvypočíta zo vzťahuq vdV=dtds= S = S ⋅ wdt(10.3)kdeS je plošný obsah prierezu potrubia,w je stredná rýchlosť prúdu tekutiny v danom priereze.Obdobne sa dá vypočítať hmotnostný prietok q mq mm V ds= = ρ = ρ ⋅ S = ρ ⋅ S ⋅ wt t dt(10.4)Pre pretečené množstvo tekutiny, ktoré prejde daným prierezom S za konečný časový interval t 2- t 1a jedané priamym meraním objemu, resp. hmotnosti, platít2V =∫q vdt(10.5)t1t2m =∫q mdt(10.6)t1Veličiny prietok tekutiny a pretečené množstvo tekutiny sa v bežnej praxi často zamieňajú, takisto akomeradlá, ktoré sa používajú na ich meranie. Prístroje na meranie prietoku tekutiny sa nazývajú prietokomery,prístroje na meranie pretečeného množstva sa nazývajú meradlá pretečeného množstva, niekedysa označujú podľa konkrétnej meranej tekutiny (napr. plynomery). Prístroje na meranie rýchlostiprúdenia tekutiny sa označujú ako rýchlostné sondy, v špeciálnom prípade merania rýchlosti prúdeniaplynov sa nazývajú anemometre.Okamžitá rýchlosť vrstvy prúdu tekutiny v danom mieste kruhového potrubia sa dá určiť podľavzťahu1/ n⎛ rw wmax 1 R⎟ ⎞= ⎜ −(10.7)⎝ ⎠kdew je okamžitá rýchlosť vrstvy prúdu tekutiny,w maxje maximálna rýchlosť prúdu tekutiny v danom priereze potrubia,r je vzdialenosť vrstvy prúdu tekutiny od osi kruhového potrubia,R je polomer potrubia,n je exponent závisiaci od typu prúdenia.Vo vzťahoch (10.3) a (10.4) sa na výpočet používa stredná rýchlosť prúdenia w . Nedá sa totiž predpokladaťkonštantná rýchlosť prúdenia tekutiny w v celom priereze potrubia. Takýto stav nastáva iba videálnom prípade tzv. jednorozmerného prúdenia (obr. 10.1a). V skutočnosti sa rýchlosť prúdu tekutinyw v celom priereze potrubia (resp. kanála) neustále mení. Rozloženie rýchlosti závisí pritom od277

Modul M10Meranie prietoku, pretečeného množstva a rýchlosti prúdenia tekutínviacerých faktorov. Patria medzi ne tvar profilu potrubia (kanála), vlastnosti jeho povrchu, blízkosťzdroja tekutiny, prítomnosť regulačných prvkov a podobne.Obr. 10.1 Prúdenie tekutiny v uzavretom potrubía) laminárne prúdenie, b) prechodové prúdenie, c) turbulentné prúdenieNa získanie strednej rýchlosti prúdenia preto treba stanoviť rýchlostný profil potrubia (obr. 10.2),resp. kanála (obr. 10.3). Ide o grafické znázornenie nameraných hodnôt rýchlosti prúdenia tekutiny voviacerých bodoch jedného prierezu (vo vodorovnom alebo v zvislom smere). Rýchlosť prúdiacej tekutinyv danom bode sa zisťuje rýchlostnými sondami.Obr. 10.2 Priebeh rýchlosti prúdeniaa) v potrubí, b) v závislosti od odľahlostiČastice tekutiny môžu v ustálenom stave v zásade prúdiť dvoma spôsobmi (obr. 10.1). V prípadelaminárneho prúdenia sa častice tekutiny pohybujú po rovnobežných dráhach, v prípade turbulentnéhoprúdenia dochádza ku kríženiu dráh jednotlivých častíc tekutiny. Medzi týmito dvoma stavmi sa nachádzatekutina v prípade takzvaného prechodového prúdenia.Typ prúdenia pre daný tvar potrubia, resp. kanála sa dá posúdiť podľa hodnoty Reynoldsovho čísla.Toto číslo vyjadruje pomer medzi zotrvačnými a trecími silami vo vnútri tekutinykdeDwRe =(10.8)ν278

Modul M10Meranie prietoku, pretečeného množstva a rýchlosti prúdenia tekutínD je charakteristický rozmer, napríklad vnútorný priemer potrubia, hĺbka kanála a podobne,w je stredná rýchlosť prúdiacej tekutiny v danom priereze,ν je kinematická viskozita.Obr. 10.3 Prúdenie v otvorenom kanálePre prietok kruhovým potrubím je kritické Reynoldsovo číslo Re = 2300. V prípade kruhového potrubiasa dá prúdenie tekutiny v závislosti od hodnoty Reynoldsovho čísla rozdeliť do troch skupín:- laminárne prúdenie, kde Re < 2300,- prechodové prúdenie, kde 2300 < Re < 10 4 ,- turbulentné prúdenie, kde Re > 10 4 .Rýchlostný profil prúdiacej tekutiny významne ovplyvňuje metrologické charakteristiky prietokomerov.Prejavuje sa najmä vtedy, keď je asymetrický, prípadne sa v prúde tekutiny nachádzajú víry (obr.10.4).K častým príčinám porúch rýchlostných profilov patrí prítomnosť spojovacích kusov potrubí, redukcíí,rozšírení, umiestnenie sít na zachytávanie nečistôt a ohnuté potrubia. Výrobcovia preto v pokynochna montáž uvádzajú určitú minimálnu vzdialenosť meradla od takýchto zvírených úsekov potrubia.Ak sa z nejakého dôvodu nedá v prevádzke dodržať výrobcom požadovaná dĺžka priameho potrubia,používajú sa rôzne usmerňovače prúdu (obr. 10.5).Podľa pokynov výrobcu sa okrem usmerňovača prúdu odporúča aj použitie filtra, znižujúceho rizikoupchatia alebo poškodenia meradla cudzími časticami (obr. 10.6).279

Modul M10Meranie prietoku, pretečeného množstva a rýchlosti prúdenia tekutínFig. 10.4 Defects of the symmetric velocity profile of the flowing fluida) symmetric profile in a straight pipe, b) simple bend, c) double bendw r – radial part of the velocity, w t – tangential part of the velocity, w a – axial part of the velocity, w m – resultingvelocity of the mass pointObr. 10.5 Usmerňovače prúdua) Etoile, b) AGA/ASME, c) Zanker (ISO),d) AMCA280

Modul M10Meranie prietoku, pretečeného množstva a rýchlosti prúdenia tekutínc) druh tekutiny (kvapalina, plyn alebo para),d) metrologické požiadavky na prietokomer (presnosť a opakovateľnosť merania, merací rozsah a podobne),e) homogenita prúdenia meranej tekutiny (víry, turbulentné prúdenie a podobne),f) pracovná činnosť (spojité alebo nespojité meranie),g) nepriaznivý vplyv snímača na prietok tekutiny (tlaková strata),h) náklady na prevádzku prietokomera (investície, kalibrácia, inštalácia, údržba).V tabuľke 10.1 je uvedený prehľad najpoužívanejších typov prietokomerov a meradiel pretečenéhomnožstva a ich základné metrologické vlastnosti.Tabuľka 10.1 Porovnanie vlastností najpoužívanejších prietokomerovPrietokomerNormalizovanáclonaDoporučené použitie Pracovnýrozsah 1)Čisté, znečistené tekutiny,niektoré kalyVenturiho trubica Čisté, znečistené aviskózne tekutiny,niektoré kalyNormalizovanádýzaČisté a znečistenétekutinyTlakovástrata4 : 1 PriemernáTypická neistota,%±2 až ±4z meracieho rozsahu4 : 1 Nízka ±1 z meraciehorozsahu4 : 1 PriemernáPitotova trubica Čisté tekutiny 3 : 1 VeľminízkaKolenový prietokomerTerčíkový prietokomerPrietokomer spremenlivýmprietočným prierezomObjemové prietokomeryTurbínkový prietokomerVírový prietokomer10 až 20 PriemernáElektromagnetickýprieto- komerUltrazvukovýDopplerov prietokomerUltrazv. priet. sozanášaním signáluČisté, znečistenékvapaliny, niektorékalyČisté, znečistené aviskózne kvapaliny,niektoré kalyČisté, znečistené aviskózne kvapalinyČisté, viskózne tekutinyČisté, viskózne kvapalinyČisté, zneČistené tekutinyČisté resp. znečistenéviskózne vodivé kvapalinya kalyZnečistené, viskóznetekutiny a kalyČisté, viskózne tekutiny3 : 1 Veľminízka10 : 1 Priemerná10 : 1 Priemerná±1 až ±2 z meraciehorozsahu±3 až ±5 z meraciehorozsahu±5 až ±10 z meraciehorozsahu±1 až ±5 z meraciehorozsahu±1 až ±10 z meraciehorozsahu10 : 1 Vysoká ±0,5 z nameranejhodnoty20 : 1 Vysoká ±0,5 z nameranejhodnoty25 : 1 Priemerná±1 z nameranejhodnoty40 : 1 Žiadna ±0,5 z nameranejhodnoty10 : 1 Žiadna ±3 z meraciehorozsahu20 : 1 Žiadna ±1 až ±3 z meraciehorozsahuVyžadovanádĺžka2)Viskozita Približnácena10 až 30 Vysoká Nízka5 až 20 Vysoká Priemerná10 až 30 Vysoká Priemerná20 až 30 Nízka Nízka30 Nízka Nízka10 až 30 PriemernáŽiadnaPriemernáPriemernáNízkaŽiadna Vysoká Priemerná5 až 10 Vysoká VysokáVysoká5 Žiadna Vysoká5 až 30 Žiadna Vysoká5 až 30 Žiadna Vysoká282

Modul M10Meranie prietoku, pretečeného množstva a rýchlosti prúdenia tekutínPrietokomerCoriolisov prietokomerKalorimetrickýprietokomerPrepad(výrez tvaru V)Parshallov žľabDoporučené použitie Pracovnýrozsah 1)Čisté, viskózne, znečistenékvapaliny,niektoré kalyČisté, viskózne, znečistenétekutiny, niektorékalyČisté, znečistenékvapalinyČisté, znečistenékvapalinyTlakovástrataTypická neistota,%10 : 1 Nízky ±0,4 z prietokutekutiny10 : 1 Nízky ±1 z meraciehorozsahu100 : 1 Veľminízka50 : 1 Veľminízka±2 až ±5 z meraciehorozsahu±2 až ±5 z meraciehorozsahuVyžadovanádĺžka2)Viskozita PribližnácenaŽiadna Žiadna VysokáŽiadna Žiadna VysokáŽiadnaŽiadnaVeľminízkaVeľminízkaPriemernáPriemerná1) Podiel maximálnej a minimálnej hodnoty prietoku (hornej a dolnej hranice meracieho rozsahu).2) Vyžadovaná dĺžka priameho potrubia pred prietokomerom, v násobkoch vnútorného priemeru potrubia.10.3 Meradlá používané v uzavretých potrubiachTekutina pretekajúca cez uzavreté potrubie sa nedostáva do styku s okolitým prostredím. Potrubie mázvyčajne kruhový prierez. V uzavretých potrubiach sa najčastejšie používajú tieto skupiny meradiel:- objemové (pulzačné) meradlá pretečeného množstva,- rýchlostné meradlá pretečeného množstva (vodomery),- prietokomery využívajúce tlakovú stratu tekutiny,- prietokomery využívajúce dynamické pôsobenie tekutiny,- ultrazvukové prietokomery,- magnetické indukčné prietokomery,- špeciálne prietokomery,- hmotnostné prietokomery.Pri výbere meradla treba brať do úvahy, či je potrubie zaplnené meranou kvapalinou úplne alebo ibačiastočne. Niektoré meradlá pracujú správne iba pri úplnom zaplnení potrubia, inak môže dôjsť kznačnému skresleniu merania.10.3.1 Objemové (pulzačné) meradlá pretečeného množstvaObjemová metóda merania pretečeného množstva sa zaraďuje medzi absolútne meracie metódy. Priprechode kvapaliny cez meradlo sa zisťuje počet určitých diskrétnych objemov tejto kvapaliny, ktorépôsobia na meradlo. Meradlá založené na tejto metóde sa používajú najmä v aplikáciách, kde sa vyžadujemalá dovolená chyba meradla. Často sa využívajú na kalibráciu iných meradiel pretečenéhomnožstva.Objemové meradlá pretečeného množstva sa rozdeľujú podľa spôsobu merania na meradlá s prerušovanoua neprerušovanou činnosťou.283

Modul M10Meranie prietoku, pretečeného množstva a rýchlosti prúdenia tekutín10.3.1.1 Objemové meradlá pretečeného množstva s prerušovanou činnosťouObjemové meradlá pretečeného množstva sa používajú na zistenie celkového množstva tekutiny, ktorápretečie cez meradlo. V spojení s časomerným zariadením sa využívajú na meranie priemerného prietokutekutiny. To znamená, že sa meria množstvo pretekajúcej tekutiny za určitý časový interval.Z hľadiska presnosti sa najvýhodnejšie zisťuje množstvo tekutiny v nádobe vážením. V tom prípadesa najskôr určí hmotnostný prietok q ma použitím známej hustoty vytekajúcej látky sa vypočíta objemovýprietok q v.Medzi objemové meradlá pretečeného množstva s prerušovanou činnosťou patrí zvonový kubikomer(obr. 10.8). Používa sa na zistenie pretečeného objemu plynu.Hlavnou časťou zvonového kubikomera je väčšia nádoba naplnená kvapalinou (najčastejšie vodou).Do nej je ponorený zvon, ktorý sa vyvažuje protizávažím. Meraný plyn sa privádza pod zvonprívodným potrubím. Pri danom priereze zvona objem privedeného plynu priamo závisí od jeho zdvihuh. Pri vynáraní sa zvona z kvapaliny narastá jeho hmotnosť, pričom zároveň narastá aj tlak plynupod zvonom. Počas merania by mal byť tlak pod zvonom konštantný.Zmena vztlaku zvona (a tým zmena tlaku pod zvonom) sa dá kompenzovať dvoma spôsobmi. Jednoumožnosťou je využiť rovnosť momentov prírastku hmotnosti zvona na ramene a prírastku momentuzávaží na ramene, ktoré je prevesené cez kladku v tvare Archimedovej špirály (obr. 10.8a). Druhýmspôsobom je korekcia vztlaku cez nádobku zavesenú na pomocnej kladke, pričom sa využívajú vlastnostispojitých nádob (obr. 10.8b).Obr. 10.8 Zvonový kubikomer s vyrovnávaním zmeny vztlakua) závažím, b) vztlakovou nádobou10.3.1.2 Objemové meradlá pretečeného množstva s neprerušovanou činnosťouVyužíva sa cyklické plnenie a vyprázdňovanie odmerných priestorov (komôr) prúdiacou tekutinou.Komory sa postupne plnia meranou tekutinou, ich vyprázdňovanie je spojité. Naplnenie a vyprázdnenievšetkých komôr tvorí jeden merací cyklus. Počet meracích cyklov sa zaznamenáva mechanickýmpočítadlom alebo elektronicky. Pri zadefinovaných objemoch jednotlivých komôr stačí na určenie pretečenéhomnožstva poznať počet meracích cyklov a na určenie objemového prietoku počet cyklov začasovú jednotku. Patrí sem napríklad:a) bubnové meradlo pretečeného množstva,284

Modul M10Meranie prietoku, pretečeného množstva a rýchlosti prúdenia tekutínb) kyvné váhy,c) piestové meradlo pretečeného množstva,d) meradlo pretečeného množstva s rotujúcimi piestami,e) meradlo pretečeného množstva s výsuvnými lopatkami,f) mechanické plynomery.Bubnové meradlo pretečeného množstvaJeho základnú časť tvoria tri rovnaké odmerné komory, ktoré sa otáčajú okolo vodorovnej osi (obr.10.9a). Meraná kvapalina sa privádza do stredu bubna, postupne zapĺňa jednotlivé odmerné komory.Otáčanie sa zaznamenáva mechanicky alebo elektronicky. Pohyb bubna je prerušovaný, avšak prietokkvapaliny cez prístroj je plynulý. Bubnové meradlá sa používajú napríklad na meranie pretečenéhomnožstva kvapaliny ústredného kúrenia. Výrobca zaručuje dovolenú chybu 1 % meracieho rozsahu.Štvorkomorovým bubnovým meradlom sa dá merať pretečené množstvo plynu (obr. 10.9b). Meradloje naplnené tesniacou kvapalinou, ktorá bráni úniku plynu. Dovolená chyba merania sa pohybujeod 0,2 do 1 % pri meracom rozsahu od 0,25 do 25 m 3 /h. V priemyselných bubnových plynomeroch savyužíva merací rozsah až 10 000 m 3 /h.Obr. 10.9 Bubnové meradlo pretečeného množstvaa) pre kvapalinu, b) pre plynKyvné váhyZákladnou časťou kyvných váh sú dve otočne uložené odmerné nádoby (obr. 10.10). Jedna z nádob sapostupne plní kvapalinou, pričom sa mení jej ťažisko a začína sa vyprázdňovať. Nádoba sa pootočí ourčitý uhol (približne 30°) a začne sa plniť druhá nádoba. Dosiahnutie krajných polôh pri výkyvochnádoby sa sníma proximitným snímačom, počet kyvov nádob sa zaznamenáva počítadlom. Neistotamerania pomocou kyvných váh závisí od rýchlosti plnenia odmerných nádob a od veľkosti pasívnychodporov pri preklápaní. Merací rozsah býva od 0,2 do 6 m 3 /h, dovolená chyba merania dosahuje približne0,5 % meracieho rozsahu.285

Modul M10Meranie prietoku, pretečeného množstva a rýchlosti prúdenia tekutínObr. 10.10 Kyvné váhya) prvý takt, b) druhý taktPiestové meradlo pretečeného množstvaPiestové meradlo sa používa na meranie pretečeného množstva kvapalín aj plynov. Pracuje na princípedvojčinného čerpadla (obr. 10.11).Základom meradla je valec, v ktorom sa aj pri nepatrnom prúdení tekutiny priamočiaro pohybujepiest. Štvorcestný ventil zaisťuje striedavý rozvod tekutiny na obidve strany piesta. Vždy, keď piestdosiahne horný, resp. dolný úvrat, sa preklopí ventil prostredníctvom externého mechanického zariadenia.Pohyb piestov sa redukuje vo viacstupňovej prevodovke a prenáša sa cez magnetickú spojku dopočítadla, ktoré počíta počet cyklov.Piestové meradlo pretečeného množstva sa používa v meracom rozsahu od 0,5 do 400 m 3 /h. Využívasa pri tlaku tekutiny do 1,6 MPa a meria s dovolenou chybou 1 % meracieho rozsahu.Obr. 10.11 Piestové meradlo pretečeného množstvaa) pohyb piesta nadol, b) pohyb piesta nahor286

Modul M10Meranie prietoku, pretečeného množstva a rýchlosti prúdenia tekutínInú konštrukciu piestového meradla pretečeného množstva znázorňuje obr. 10.12. V tomto prípadesa využíva dynamické pôsobenie kvapaliny na štyri vzájomne spojené piesty. Tekutina vchádza domeradla okolo hriadeľa. Pôsobenie tlaku meranej tekutiny na jednotlivé piesty roztáča hriadeľ. Jehootáčanie sa opäť môžu snímať mechanicky alebo elektronicky.Obr. 10.12 Štvorpiestové meradlo pretečeného množstvaa) prvý takt, b) druhý takt, c) tretí takt, d) štvrtý taktI - vstupné otvory, O - výstupné otvoryMeradlo pretečeného množstva s rotujúcimi piestamiZákladnou časťou meradla pretečeného množstva s rotujúcimi piestami je valcová komora s dvomarotujúcimi piestami. Tie majú tvar oválu (obr. 10.13a) prípadne leminiskáty (obr. 10.13b). Piesty sú vstálom vzájomnom kontakte a zároveň sa tesne dotýkajú stien komory. Vzájomnú synchrónnu polohuzabezpečuje vonkajší trecí prevod alebo ozubenie (obr. 10.14). Kvapalina striedavo prúdi do uzavretéhopriestoru V 1a V 2a plynulo sa presúva na stranu výtoku. Pohyb piestov je vyvolaný tlakom kvapali-287

Modul M10Meranie prietoku, pretečeného množstva a rýchlosti prúdenia tekutínny, ktorá pôsobí na časť ich činnej plochy. Za jednu otáčku prejde meradlom štvornásobné množstvoobjemu V 1. Celkové pretečené množstvo je potom dané počtom otáčok meradla napojeného na počítadlo.Meradlo pretečeného množstva s rotujúcimi piestami sa používa napríklad v ropnom priemysle akobilančné meradlo mazutu a vykurovacích olejov. Merací rozsah býva od 0 do 6 m 3 /h, pri tlaku do 2MPa a teplote do 120 °C. Dovolená chyba merania 0,3 % je najnižšia pre maximálny prietok a postupnenarastá so zmenšujúcim sa prietokom na 1 %. Oválne rotujúce piesty, ktoré sa vyrábajú z umelýchhmôt, sa hodia aj pre korozívne prostredie, na meranie olejov a iných viskóznych tekutín, ktoré sa obťažnemerajú turbínkovým prietokomerom. Nevýhodou je pomerne veľká tlaková strata na meradle.Obr. 10.13 Meradlo pretečeného množstva s rotujúcimi piestamia) s oválne piesty, b) piesty v tvare leminiskátyObr. 10.14 Meradlo pretečeného množstva s ozubenými oválnymi piestamiMeradlo pretečeného množstva s výsuvnými lopatkamiMeradlo pretečeného množstva s rotujúcimi lopatkami sa dá považovať za obežné koleso, poháňanékvapalinou (obr. 10.15). Tá pri vstupe do meradla roztáča rotor 1 s výsuvnými lopatkami 2. Vysúvanielopatiek cez štrbiny rotora riadi pevná vačka 3. Medzi vačkou a lopatkami sa používajú valivé prevody4. Lopatky sa k vačke dotláčajú pomocou pružín 5. Pretečené množstvo sa určuje z počtu otáčok rotora.288

Modul M10Meranie prietoku, pretečeného množstva a rýchlosti prúdenia tekutínObr. 10.15 Meradlo pretečeného množstva s výsuvnými lopatkami1 – rotor, 2 – výsuvné lopatky, 3 – pevná vačka, 4 – valivé prevody, 5 - pružinyMechanické plynomeryPlynomery sú uzavreté prístroje na meranie pretečeného množstva plynov. Podľa toho, či sa plyn vpracovných priestoroch mechanického plynomera oddeľuje mechanickým tesnením alebo kvapalnýmtesnením, delia sa plynomery na suché a mokré.Základnou časťou suchého plynomera je meracia komora, predelená hermetickou prepážkou na dvečasti (obr. 10.16). V každej polovici komory sa nachádza dosková membrána, ktorá opäť hermetickypredeľuje polovicu komory na dve časti. Celkove je teda meracia komora rozdelená na štyri priestoryA, B, C a D. Prívod a odvod plynu do týchto štyroch priestorov ovládajú dva posuvné ventily, poháňanémechanickým zariadením napojeným na obidve membrány. Tým sa zaistí synchronizácia činnostiobidvoch membrán aj ventilov. Mechanické zariadenie, ovládajúce pohyb ventilov, je zároveň napojenéna počítadlo cyklov.Suchý plynomer sa používa v domácnostiach na meranie spotreby plynu. Veľkosť meracej komoryje 1 dm 3 .Typickým reprezentantom skupiny mokrých plynomerov je bubnový plynomer na meranie pretečenéhomnožstva plynu, opísaný v predchádzajúcom texte.Obr. 10.16 Suchý plynomer289

Modul M10Meranie prietoku, pretečeného množstva a rýchlosti prúdenia tekutín10.3.2 Rýchlostné meradlá pretečeného množstvaPrincíp činnosti rýchlostných meradiel pretečeného množstva sa zakladá na roztáčaní lopatkového rotoratlakom meranej tekutiny. Otáčky rotora sa snímajú mechanickým počítadlom alebo elektronicky.Celkové pretečené množstvo prúdiacej tekutiny sa určí z odmeraného počtu otáčok. Tekutina prúdi nalopatky kolesa buď po celom obvode, alebo iba na jeho časti. Pred vniknutím nečistôt sa musí meradlochrániť sitom.Rýchlostné meradlá pretečeného množstva sa používajú najmä na meranie pretečeného množstvavody. Keď je pri meraní ponorené do meranej kvapaliny aj mechanické počítadlo, hovoríme o mokrommeradle pretečeného množstva vody. Suché meradlá majú tesnením oddelenú snímaciu časť od mechanickéhopočítadla s ozubenými prevodmi. Na prenos otáčok hriadeľa snímacej časti na prevodymechanického počítadla sa používa magnetická spojka. Patria sem napríklad:a) meradlo pretečeného množstva s lopatkovým rotorom,b) jednovtokové meradlo pretečeného množstva,c) viacvtokové meradlo pretečeného množstva,d) skrutkové meradlo pretečeného množstva,e) turbínkový prietokomer.10.3.2.1 Meradlo pretečeného množstva s lopatkovým rotoromMeradlo pretečeného množstva s lopatkovým rotorom patrí medzi lacné meradlá. Dovolená chyba meraniadosahuje 2 % meracieho rozsahu, opakovateľnosť 1 % meracieho rozsahu. Rotor a štyri alebošesť lopatiek z plastov sú umiestnené kolmo na smer prúdenia tekutiny (obr. 10.17). Jeho otáčanie sasníma rôznymi typmi proximitných snímačov.Obr. 10.17 Meradlo pretečeného množstva s lopatkovým rotorom10.3.2.2 Jednovtokové meradlo pretečeného množstvaKvapalina (najčastejšie voda) vniká do meradla tangenciálne jedným otvorom (obr. 10.18). Pôsobí nalopatky kolesa (rotora), ktoré sú kolmé na smer prúdenia. Os otáčania kolesa je kolmá na os prívodnéhootvoru. Privádzaná kvapalina ostrekuje iba obvodovú časť lopatiek kolesa a prechádza ďalej do vý-290

Modul M10Meranie prietoku, pretečeného množstva a rýchlosti prúdenia tekutínstupného hrdla. Otáčky lopatkového kolesa sa prenášajú cez prevodový mechanizmus na počítadlomeradla.Pri otáčaní kolesa vznikajú hydrodynamické straty a straty trením v jeho úložných častiach. Trvalátlaková strata dosahuje pri menovitom prietoku až 10 %. Dynamicky vyvážené lopatkové koleso jeuložené v zafírových ložiskách, čím sa zabezpečí jeho dlhá životnosť a stabilita parametrov meradla.Rovnomernosť chodu prístroja a jeho citlivosť závisia od počtu lopatiek rotora.Jednovtokové meradlo pretečeného množstva je určené najmä na meranie pretečeného množstvastudenej vody pri pretlaku do 1 MPa. Menovité prietoky sú 1,5; 3; 5 a 7 m 3 /h. Konštrukčne patria medzinajjednoduchšie meradlá pretečeného množstva. Dovolená chyba merania dosahuje 2 %. Nevýhodouje jednostranné namáhanie ložiska lopatkového kolesa vplyvom prúdenia vody a menšia citlivosťpri malom prietoku kvapaliny. V nových typoch sa sníma prechod lopatiek optickým vláknovým snímačomalebo Hallovým snímačom.Obr. 10.18 Jednovtokové meradlo pretečeného množstva10.3.2.3 Viacvtokové meradlo pretečeného množstvaPrivádzaná kvapalina prúdi viacerými tangenciálne usporiadanými otvormi do komory, kde sa nachádzalopatkové koleso (obr. 10.19). Kvapalina ostrekuje rovnomerne lopatky po celom obvode. Otáčkykolesa sa cez príslušný prevod počítajú pomocou mechanického počítadla. Kvapalina prechádza doodtokovej vetvy cez otvor v spodnej časti komory.Viacvtokové meradlo pretečeného množstva je citlivejšie a presnejšie ako jednovtokové, najmä vprípade menších prietokov. Trvalá tlaková strata je rovnaká ako pre jednovtokové meradlo. Bežne saviacvtokové meradlo používa na meranie pretečeného množstva studenej aj teplej vody v rozsahu menovitýchprietokov 3, 5, 7, 10 a 20 m 3 /h.Obr. 10.19 Viacvtokové meradlo pretečeného množstva291

Modul M10Meranie prietoku, pretečeného množstva a rýchlosti prúdenia tekutín10.3.2.4 Skrutkové meradlo pretečeného množstvaSkrutkové meradlo sa používa na meranie pretečeného množstva pri väčších prietokoch teplej a studenejvody. Vypĺňa takmer celý prierez potrubia (obr. 10.20). Je uložené v osi potrubia na dvoch ložiskách,lopatky rotora majú tvar skrutkovice. Voda sa privádza axiálne cez usmerňovaciu mriežku, čímsa reguluje smer vtoku. Pri malých prietokoch je prístroj málo citlivý a dovolená chyba merania dosahuje5 % meracieho rozsahu, pri väčších prietokoch sú to 2 %.Obr. 10.20 Skrutkový vodomer10.3.2.5 Turbínkový prietokomerCitlivú časť turbínkového prietokomera predstavuje axiálna turbínka 1 so zakrivenými lopatkami, ktorúpoháňa meraná tekutina (obr. 10.21). Tekutina prechádza zo vstupného kanála cez usmerňovacierúrky 2 a cez axiálnu turbínku do výstupného kanála. Otáčky rotora sa snímajú mechanicky alebo bezdotykovýmsnímačom 3.Turbínkový prietokomer je veľmi citlivý prístroj vhodný na meranie pri malom, strednom a veľkomprietoku tekutiny. Merací rozsah býva 0,015 do 3420 m 3 /h (vo viacerých prekrývajúcich sa pásmach),s dovolenou chybou merania 0,5 %. Vnútorný priemer prietokového potrubia býva od 3 mm do1 m. Teplota meranej kvapaliny sa pohybuje v rozsahu od -265 °C do 700 °C pri tlaku až 250 MPa.Obr. 10.21 Turbínkový prietokomer s bezdotykovým počítadlom otáčok1 – turbínka, 2 – usmerňovač, 3 - snímač292

Modul M10Meranie prietoku, pretečeného množstva a rýchlosti prúdenia tekutín10.3.3 Prietokomery využívajúce tlakovú stratu tekutinyPrietokomery využívajúce tlakovú stratu tekutiny patria pre svoju jednoduchú konštrukciu a obsluhumedzi najpoužívanejšie prietokomery. Zabezpečujú viac ako 50 % všetkých meraní prietoku. Patriamedzi ne dve veľké skupiny: prierezové a kolenové prietokomery.10.3.3.1 Prierezové prietokomeryV prierezových prietokomeroch sa meria rýchlosť prúdiacej tekutiny w a zo známej geometrie potrubiasa stanovuje objemový (resp. hmotnostný) prietok. Rýchlosť prúdiacej tekutiny (resp. jej pretečenémnožstvo) sa stanovuje na základe zmeny tlakovej energie tekutiny na kinetickú energiu. K zmene dochádzana škrtiacom orgáne pevne zabudovanom v potrubí, kde pri náhlom zúžení prietokového prierezunastane miestne zvýšenie kinetickej energie. Niektoré škrtiace orgány sú normalizované, tedanorma definuje ich rozmery a aj vzťah na výpočet prietoku z nameranej tlakovej straty. Patrí medzi neclona, dýza a Venturiho dýza. Medzi nenormalizované škrtiace orgány patrí dvojitá clona, štvrťkruhovádýza, segmentová clona, meracia kapilára a pod. Používajú sa najmä na zvláštne účely, napr. v sťaženýchpodmienkach, pri zvýšených nárokoch na prostredie a pod.Nutnou podmienkou použitia prierezových prietokomerov je stály (resp. pomaly sa meniaci) prietokv úplne zaplnenom potrubí. Nehodia sa preto na meranie pulzujúceho prietoku. Takisto výrobcoviauvádzajú určité požiadavky na miesto zabudovania škrtiaceho orgánu, najmä na minimálnu dĺžkupriameho potrubia pred a za škrtiacim orgánom.Pri odvodzovaní prietokovej rovnice škrtiaceho orgánu sa vychádza z použitia dvoch rovníc hydrodynamiky:a) z Bernoulliho rovnice,b) z rovnice kontinuity.Ak je rýchlosť prúdiacej tekutiny pred škrtiacim orgánom w 1 a jej tlak p 1 , za ním poklesne tlak na p 2 arýchlosť sa zvýši na w 2 (obr. 10.22).Obr. 10.22 Pomery sa škrtiacom orgáneTeoretický objemový prietok sa dá vyjadriť vzťahomq v2c ⋅ε π d p1− p2= 2(10.9)41−β 4 ρ293

Modul M10Meranie prietoku, pretečeného množstva a rýchlosti prúdenia tekutínkdec je prietokový koeficient škrtiaceho orgánu, c = f (Re D , β 2 , D)ε je expanzný koeficient, pre kvapalinu ε = 1, ε = f (β 2 , ∆p/p 1 , χ)β je pomer priemerov, β = d/D,p 1 je tlak tekutiny pred škrtiacim orgánom,p 2 je tlak tekutiny za škrtiacim orgánom,ρ je hustota meranej tekutiny,d je vnútorný priemer škrtiaceho orgánu,χ je izoentropický koeficient,D je vnútorný priemer potrubia.Pre hmotnostný prietok platíq mc ⋅επ d= 2 ρ ⋅41−β 42( p − p )12(10.10)Normalizovaná clonaNormalizovaná clona patrí medzi najjednoduchšie a najčastejšie používané škrtiace orgány pre kruhovépotrubia (obr. 10.23). Je to doska so stredovým kruhovým otvorom a ostrou vstupnou nábehovouhranou, zabudovaná kolmo na os potrubia.Obr. 10.23 Normalizovaná clonaObr. 10.24 Prírubový odber tlakuRozmery clony sa odvodzujú podľa priemeru potrubia D. Normalizovaná clona sa používa pre potrubias priemerom od 50 mm až do 1 m, pri pomere priemerov β od 0,2 až do 0,75 pri rôznych Reynoldsovychčíslach.Miesta na odber tlaku sú zabudované pred a za clonou. Norma povoľuje tri typy odberu tlaku:- prírubový odber (obr. 10.24),- kútový odber (obr. 10.25),- s odberovými otvormi vo vzdialenosti D a D/2 - používajú najmä pre potrubia, ktorých vnútornýpriemer D presahuje 600 mm (obr. 10.26).Rôzne typy vyhotovenia prípojok na odber tlaku znázorňuje obr. 10.27.294

Modul M10Meranie prietoku, pretečeného množstva a rýchlosti prúdenia tekutínObr. 10.25 Kútové odbery tlaku v prípade normalizovanej clonya) komorový odber s prstencovou štrbinou, b) bodový odberObr. 10.26 Vzdialené odbery tlaku pre normalizovanú clonuNevýhodou normalizovanej clony je spôsobenie pomerne veľkej trvalej tlakovej straty ∆p t∆p t= (1 - β 2 ) (p 1- p 2) (10.11)Priebeh tlakov v blízkom okolí clony znázorňuje obr. 10.28. Čím je väčší pomer priemerov β, tým jetrvalá tlaková strata menšia.295

Modul M10Meranie prietoku, pretečeného množstva a rýchlosti prúdenia tekutínObr. 10.27 Vyhotovenie odberov tlakova) pre teploty do 700 °C, b) s úplným prevarením, c) pre teploty nad 700 °C1 – odberová rúrka, 2 – nástavec, 3 – vložka, 4 – tesnenieObr. 10.28 Priebeh tlakov v okolí clonyNormalizovaná dýzaVstupná časť dýzy má tvar rotačnej plochy, ktorá prechádza do valcovej plochy a je zakončená ostrouvýstupnou hranou. Geometrické rozmery dýzy sa takisto odvádzajú od priemeru potrubia a musia sapresne dodržiavať. Norma uvádza dva typy normalizovaných dýz:1) normalizovaná dýza ISA 1932 (obr. 10.29),2) dýza s dlhým polomerom - má predĺženú valcovú plochu.Trvalá tlaková strata ∆p tsa dá približne vyjadriť vzťahom296

Modul M10Meranie prietoku, pretečeného množstva a rýchlosti prúdenia tekutín∆p t= (1 - 1,4 β 2 ) (p 1- p 2) (10.12)Normalizovaná dýza sa používa na meranie prietoku tekutín v potrubiach, ktorých vnútorný priemer sapohybuje v rozmedzí od 50 do 500 mm pri pomere priemerov β od 0,2 do 0,8 a 10 4 ≤ Re ≤ 10 7 . Oproticlone majú merania menšiu neistotu. Používa sa v energetike pri meraní prietoku pary s vysokou teplotoua tlakom (p > 10 MPa).Obr. 10.29 Normalizovaná dýza ISA 1932Normalizovaná Venturiho trubicaExistujú dva typy normalizovaných Venturiho trubíc:a) klasická Venturiho trubica (obr. 10.30),b) Venturiho dýza (obr. 10.31).Obr. 10.30 Normalizovaná Venturiho trubica1 – vstupný valec, 2 – kužeľový konfúzor, 3 – valcové hrdlo, 4 – kužeľový difúzorKlasická Venturiho trubica sa používa v potrubiach s vnútorným priemerom 50 až 1200 mm pripomere priemerov β od 0,3 do 0,75 a Reynoldsovom čísle 2×10 5 ≤ Re ≤ 2×10 6 .Normalizovaná Venturiho dýza sa skladá z normalizovanej dýzy a z difúzora. Difúzor môže byťčiastočne (obr. 10.31b) alebo úplne rozvinutý (obr. 10.31a), s uhlom sklonu od 7° do 30°.Venturiho dýza sa používa na meranie prietoku tekutín v potrubiach, ktorých vnútorný priemer dosahujehodnoty od 65 do 500 mm pri pomere priemerov β od 0,316 do 0,775 a 1,5×10 5 ≤ Re ≤ 2×10 6 .297

Modul M10Meranie prietoku, pretečeného množstva a rýchlosti prúdenia tekutínObr. 10.31 Normalizovaná Venturiho dýzaa) neskrátený difúzor, b) skrátený difúzorDvojitá clonaDvojitá clona sa používa pre hodnoty Reynoldsovho čísla 2×10 3 až 12×10 3 . Tvoria ju dve clony zaradenéza sebou v stanovenej vzdialenosti (obr. 10.32). Prvá (pomocná) clona má väčší priemer otvoruako druhá (meracia) clona, d 1> d. Postupné zužovanie prúdu meranej tekutiny slúži na jednoznačnéurčenie hodnoty prietokového koeficienta C. Nezávislosť koeficienta C od Reynoldsovho čísla Re sadosahuje urýchlením prietoku na prvej clone tak, že prúdenie na druhej clone sa dá porovnať s prúdenímtekutiny pri veľkých hodnotách Re.Obr. 10.32 Dvojitá clonaŠtvrťkruhová dýzaŠtvrťkruhová dýza predstavuje kombináciu clony a dýzy ISA 1932. Prierez vstupného otvoru má tvarštvrťkružnice. Vstupná časť sa podobá dýze a výstupná časť clone (obr. 10.33). Používa sa pre hodno-298

Modul M10Meranie prietoku, pretečeného množstva a rýchlosti prúdenia tekutín10.3.3.2 Kolenový (odstredivý) prietokomerKolenový prietokomer sa používa na meranie prietoku kvapalín, plynov aj pár. Princíp činnosti sa zakladána zmene tlaku v dôsledku zmeny smeru prúdu tekutiny v zakrivenom kanáli. Kanál je najčastejšiezakrivený do pravého uhla (obr. 10.36a). Ak má byť splnená rovnica kontinuity, rýchlosť prúdeniatekutiny na vonkajšom polomere zakrivenia musí byť väčšia, ako na vnútornom polomere. Rozdielnarýchlosť tekutiny sa prejaví zmenou statických tlakov na vnútornom a vonkajšom polomere zakrivenia.Najväčší tlakový rozdiel ∆p je v osi súmernosti zakrivenia, kde sa preto umiestňujú snímače tlaku.Z nameranej tlakovej diferencie sa dá určiť objemový prietok tekutiny.Bežne sa používajú pre potrubia s vnútorným priemerom od 15 do 500 mm, pričom objemový prietokkvapalín nadobúda hodnoty v rozsahu od 0,05 až do 3000 m 3 /h a pre plyny od 10 do 10 000 m 3 /h.Teplotný rozsah môže kolísať od 200 °C do 600 °C. Tlaková strata je malá, dovolená chyba meraniasa pohybuje v rozsahu od 2 až do 5 % meracieho rozsahu.Pri meraní prietoku plynov má výsledný tlakový rozdiel pomerne malú hodnotu, a preto sa s výhodoupoužíva kruhová slučka (obr. 10.36b). Tá zaisťuje dokonalé prúdenie v mieste odberu tlakov a odstraňujeskreslenie tlakového rozdielu.Obr. 36 Kolenový prietokomera) konštrukčná schéma, b) kruhová slučka10.3.4 Prietokomery využívajúce dynamické pôsobenie tekutinyV týchto prietokomeroch sa určuje hodnota objemového prietoku tekutiny podľa veľkosti jej dynamickéhopôsobenia na meradlo. Využíva sa tu priamo dynamika prúdu tekutiny (fluidikový prietokomer,založený na pôsobení Coandovho efektu), resp. sa prúdiacej tekutine kladie do cesty prekážka(vírivé prietokomery a prietokomery s premenlivým prietokovým prierezom). Ani jeden z týchto prietokomerovneobsahuje pohyblivé časti, čo je značná výhoda.300

Modul M10Meranie prietoku, pretečeného množstva a rýchlosti prúdenia tekutín10.3.4.1 Fluidikový prietokomerPrincíp merania pomocou fluidikového prietokomera využíva Coandov efekt. To znamená, že keď tekutinaprúdi dostatočnou rýchlosťou medzi dvoma stenami, ktoré sú blízko pri sebe, má tendenciu primknúťsa k jednej zo stien.Hlavný prúd tekutiny 1 preteká pomedzi dva usmerňovače prietoku 3 (viď obr. 10.37). PôsobenímCoandovho efektu sa prúd tekutiny primkne ku stene usmerňovača prietoku ( obr. 10.37a). Zároveňmalá časť kvapaliny 2 prechádza spätnoväzbovým kanálom a pôsobí na hlavný prúd kvapaliny. Narušípritom silovú rovnováhu, takže sa hlavný prúd preklopí na protiľahlú stenu (10.37b). Tento cyklus saneustále opakuje. Frekvencia preklopení (oscilácií) je priamo úmerná rýchlosti pretekajúcej tekutiny.Prítomnosť tekutiny v spätnoväzbovom kanáli sa zisťuje pomocou snímača 4. Využíva sa napríkladtermistor.Fluidikový prietokomer nie je citlivý na zmeny hustoty meranej tekutiny. V plnom rozsahu meranéhoprietoku sa linearita pohybuje v oblasti ±1 %. Pretože neobsahuje pohyblivé časti, má dlhú životnosť.Obr. 10.37 Lineárny fluidikový prietokomer1 – tekutina, 2 – časť tekutiny, 3 – usmerňovače, 4 - snímačNa obr. 10.38. je radiálny fluidikový prietokomer, v ktorom meraná kvapalina vchádza cez vstupnýotvor v hlavnom telese 1 do radiálneho oscilátora 2. Pri akomkoľvek pohybe kvapaliny sa v oscilátorevymení približne 30 % kvapaliny, ktorá sa v ňom nachádza. Tento pohyb sa zisťuje pomocou citlivéhotermistora 3. Podľa smeru prúdenia kvapaliny v oscilátore (napr. v smere šípky, obr. 10.38b) sa priľahlástrana termistora viac ochladzuje. Po zmene smeru prúdenia kvapaliny sa naopak viac ochladzujedruhá strana, takže sa dá zistiť počet oscilácií kvapaliny.10.3.4.2 Vírové prietokomeryVírové prietokomery nemajú pohyblivé časti a nespôsobujú veľké trvalé tlakové straty. Do potrubia savkladajú rôzne telesá (objekty), ktoré bránia prúdeniu tekutiny. Po stranách telesa a za ním sa vytvárajúvíry. Mierou rýchlosti prúdenia tekutiny je frekvencia a počet vírov. Počet vírov sa sníma na základezmien rýchlosti alebo tlaku prúdiacej tekutiny za telesom. Zmena rýchlosti sa môže zisťovať napríkladtepelným anemometrom, termistorom, ultrazvukovým alebo optickým snímačom. Zmena tlakuzisťuje tenzometrami, kapacitným alebo piezoelektrickým snímačom.Na meranie prietoku sa využíva nútená aj prirodzená oscilácia tekutiny.301

Modul M10Meranie prietoku, pretečeného množstva a rýchlosti prúdenia tekutínObr. 10.38 Radiálny fluidikový prietokomera) schéma meradla, b) funkcia snímača smeru prúdenia1 – teleso, 2 – oscilátor, 3 – termistorVírový prietokomer s prirodzenou osciláciouVírový prietokomer s prirodzenou osciláciou znázorňuje obr. 10.39. Zvírenie prúdu spôsobuje kužeľovité(prizmatické) teleso, vložené širšou časťou kolmo proti prúdiacemu médiu. Za ním vznikajúKarmánové víry, ktoré majú rovnomerné geometrické usporiadanie. Sníma sa ich frekvencia závisiacaod strednej rýchlosti prúdenia tekutiny pred telesom a od šírky telesa. Z nameranej frekvencie sa dávypočítať objemový prietok. Podmienkou vzniku Karmánových vírov je Reynoldsovo číslo Re > 10000. Frekvencia vírov nezávisí od hustoty alebo viskozity meranej tekutiny. Dovolená chyba meraniasa pohybuje okolo 1 % meracieho rozsahu.Obr. 10.39 Ultrazvukové snímanie frekvencie vírova) neodrazený signál, b) odrazený signál302

Modul M10Meranie prietoku, pretečeného množstva a rýchlosti prúdenia tekutínFrekvencia vírov sa sníma rôzne, v praxi sa najčastejšie využíva ultrazvukový, piezoelektrický, optický,tepelný a tlakový snímač. Snímač frekvencie sa vkladá priamo do vloženého telesa alebo do stenypotrubia.Ultrazvukový snímač frekvencie vírov sa skladá z vysielača G a z prijímača D. Vyslaný ultrazvukovýsignál prechádza cez potrubie a ak nenarazí na vír, v prijímači sa nezmení modulácia signálu(obr. 10.39a). Signál, ktorý narazí na vír, sa od neho odrazí a zaznamená ho prijímač (obr. 10.39b).Piezoelektrický snímač je zabudovaný v uchytení klinovitého telesa 1, ktoré spôsobuje zvírenieprúdiacej tekutiny (obr. 10.40). Vzniknuté víry nadľahčujú toto teleso a namáhajú jeho uchytenia.Smer namáhania sa mení v závislosti od frekvencie vírov. Piezoelektrický prvok 2 prevádza namáhanietelesa na elektrické signály.Obr. 10.40 Vírový prietokomer s piezoelektrickým snímačom1 – klinové teleso, 2 - piezoelektrický prvokOptické vlákno sa vkladá do potrubia kolmo na os prúdiacej tekutiny. Prúdiaca tekutina vytvorí postranách vlákna a za ním víry, ktoré vlákno rozkmitajú. Frekvencia vírov je priamo úmerná rýchlostiprúdiacej tekutiny. Priemer potrubia môže byť menší ako 1 mm.Vírový prietokomer s nútenou osciláciouVírový prietokomer s nútenou osciláciou využíva udelenie tangenciálnej rýchlosti prúdu tekutiny (obr.10.41). Tekutina priteká rýchlosťou w valcovým potrubím 1 a vchádza medzi zakrivené pevné lopatky2. Lopatky tekutine dodávajú tangenciálny impulz, takže sa v osi potrubia vytvára vír 3. Osový vír 3sa v kužeľovitom difúzore 4 začína stáčať smerom k stenám potrubia. Pritom vykonáva precesný pohyb,to znamená, že sa tekutina dopredne pohybuje po špirále (naznačená šípkou). Frekvencia precesnéhopohybu osového víru sa sníma tlakovým alebo tepelným snímačom 5. Táto frekvencia je priamoúmerná pôvodnej rýchlosti prúdu w a teda aj objemovému prietoku tekutiny.10.3.4.3 Prietokomery s premenlivým prietokovým prierezomVyužíva sa zmena plošného obsahu priestoru, cez ktorý preteká tekutina. Zachová sa približne konštantnáhodnota tlakového spádu. Hodnota objemového prietoku sa určuje v závislosti od polohy pohyblivejčasti prietokomera.Medzi najpoužívanejšie typy takýchto prietokomerov patrí prietokomer s kužeľovitým tŕňom, prietokomers otočnou lopatkou a plavákový prietokomer.303

Modul M10Meranie prietoku, pretečeného množstva a rýchlosti prúdenia tekutínObr. 10.41 Vírový prietokomer s nútenou osciláciou1 – potrubie, 2 – pevné lopatky, 3 – osový vír, 4 – difúzor, 5 – snímačPrietokomer s kužeľovitým tŕňomPoužíva sa na meranie prietoku kvapalín. Jeho základom je dutý piest 1, ktorý sa pohybuje po kužeľovitomtŕni 2 (obr. 10.42). V základnej polohe (nepreteká kvapalina) pridržiava piest v dolnej úvratikalibrovaná pružina 3 (obr. 10.42a). Po privedení kvapaliny sa piest nadvihne a okolo tŕňa začne prúdiťkvapalina (obr. 10.42b). Výška zdvihu piesta závisí od prietoku kvapaliny. Na pieste upevnenýprstencový magnet 4 pohybuje indikačným protikusom 5. Na ňom je vyznačená ryska ukazujúca hodnotuprietoku na stupnici vyznačenej na priehľadnom kryte 6. Niekedy sa na zisťovanie polohy piestapoužíva aj elektronický snímač.Obr. 10.42 Prietokomer s kužeľovitým tŕňoma) v základnej polohe, b) cez prietokomer preteká kvapalina1 – dutý piest, 2 – kužeľovitý tŕň, 3 – pružina, 4 – prstencový magnet, 5 – protikus, 6 - kryt304

Modul M10Meranie prietoku, pretečeného množstva a rýchlosti prúdenia tekutínPrietokomer s otočnou lopatkouKvapalina pootáča lopatku 1 prietokomera (obr. 10.43). Tá je upevnená na hriadeli 2, poháňajúcommechanické alebo elektronické zariadenie na snímanie uhla pootočenia lopatky. Proti pohybu lopatkypôsobí kalibrovaná torzná pružina 3, pripevnená k hriadeľu.Obr. 10.43 Prietokomer s otočnou lopatkou1 – lopatka, 2 – hriadeľ, 3 – torzná pružinaPlavákový prietokomerPlavákovým prietokomerom sa meria objemový prietok kvapalín aj plynov. Je známy pod názvom rotameter.Teleso rotačného tvaru (plavák) sa voľne pohybuje vo zvislej kužeľovej trubici, ktorej prierezsa rozširuje smerom nahor (obr. 10.44). Ak prietokomerom nepreteká tekutina, plavák zostáva v pokojiv najnižšej možnej polohe. Prúdiaca tekutina nadnesie plavák, pričom sa vytvorí štrbina medzi plavákoma trubicou prietokokmera, cez ktorú môže tekutina pretekať. Tým klesá tlakový spád na plaváku.Prietok je kvadratickou funkciou polohy plaváka, a preto je stupnica plavákového prietokomeranelineárna.Trubica prietokomera býva vyhotovená zo skla, pri vyšších teplotách a tlakoch sa vyrába z kovu.Plaváky prietokomerov sa líšia od seba materiálom a tvarom. Vo všeobecnosti existujú dva typy plavákov:a) nestabilné - plavák v trubici vedie tyč alebo struna (obr. 10.45a),b) stabilné - plavák má po obvode šikmé zárezy alebo priebežné šikmé otvory v telese plaváka, ktoréprúdom tekutiny uvedú plavák do rotácie (obr. 10.45b).Poloha plaváka sa sníma dotykovým alebo bezdotykovým spôsobom (napríklad pomocou indukčnostných,kapacitných, fotoelektrických snímačov a pod). Ak sa na plaváku nachádza magnet, môže sa rotametervyužívať aj ako prietokový spínač.Na meranie prietoku sa využívajú aj mnohotrubicové rotametre (obr. 10.46). V jednom prístroji sanachádza až 6 trubíc s plavákmi. Trubice majú stupnice s rôznymi rozsahmi. Pomocou systému ventilovsa dá usmerňovať prietok tekutiny cez jednotlivé trubice prietokomera.Plavákové prietokomery sa vo všeobecnosti používajú na meranie malých a stredných prietokov.Chyba merania sa pohybuje v rozmedzí 1 až 2 % z meracieho rozsahu. Na trhu sú dostupné aj rotametres meracím rozsahom do 7000 m 3 /h plynu.305

Modul M10Meranie prietoku, pretečeného množstva a rýchlosti prúdenia tekutínObr. 10.44 Plavákový prietokomera) so stabilným plavákom, b) s nestabilným plavákomObr. 10.45 Typy plavákova) stabilné, b) nestabilnéObr. 10.46 Mnohotrubicové rotametre306

Modul M10Meranie prietoku, pretečeného množstva a rýchlosti prúdenia tekutín10.3.5 Ultrazvukové prietokomeryUltrazvukové prietokomery merajú rýchlosť prúdiacej tekutiny bezkontaktne. Neobsahujú žiadne pohyblivéčasti a nezväčšujú odpor potrubia. S výhodou sa používajú na meranie objemového prietokuelektricky vodivých a nevodivých tekutín, ktoré môžu byť aj silne znečistené, agresívne alebo výbušné.Podstatou ultrazvukových prietokomerov je meranie zmeny rýchlosti šíriaceho sa ultrazvukovéhosignálu v prúdiacej tekutine. Keď sa ultrazvuk šíri v smere prúdenia tekutiny, jeho rýchlosť sa zvyšuje,keď sa šíri proti smeru prúdenia, jeho rýchlosť sa znižuje.Ultrazvukové prietokomery sa podľa uloženia prietokomera delia na:- pevné (omočené),- prenosné (upevňovacie).Využívaju:- spojitú metódu vysielania ultrazvukového signálu,- impulznú metódu vysielania ultrazvukového signálu,- Dopplerov jav.Pevné ultrazvukové prietokomery sú zabudované priamo do potrubia (obr. 10.47). Ich výhodou jemožnosť priameho nastavenia osi vyžarovania pod pevným uhlom. Prenosné prietokomery sa montujúz vonkajšej časti potrubia (obr. 10.48). Môžu pracovať v ľubovoľnej polohe aj na ťažko prístupnýchmiestach. Vyžadujú však korekciu na hrúbku a materiál steny potrubia.Obr. 10.47 Pevný ultrazvukový prietokomerPracovná frekvencia ultrazvukových prietokomerov býva 0,5 až 4 MHz. Používajú sa v rozsahurýchlostí prúdenia tekutiny od 0,03 do 30 m/s. Horný merací rozsah sa ohraničuje približne na 450 000m 3 /h pri dovolenom tlaku 10 MPa a viac, v rozsahu teplôt prúdiacej tekutiny -200 až 250 °C. Dovolenáchyba dosahuje štandardne 1 %, v špeciálnych prípadoch iba 0,5 %. Priemer potrubia môže byť vrozsahu od niekoľko mm až po 10 m.Ultrazvukový prietokomer založený na snímaní zmeny frekvenciíPevný prietokomer (obr. 10.47) má na jednej strane potrubia zabudovaný elektroakustický menič M 1,ktorý obsahuje vysielač (generátor) a prijímač (detektor). Ultrazvukové vlny sa z neho šíria spojito. Nadruhej strane potrubia sa nachádza podobný menič M 2. Obidva meniče pracujú vo funkcii vysielača aprijímača ultrazvukových vĺn zároveň. Pri vyhodnotení výstupného signálu sa zisťuje rozdiel fázy ale-307

Modul M10Meranie prietoku, pretečeného množstva a rýchlosti prúdenia tekutínbo rozdiel frekvencií medzi vysielaným a prijímaným signálom. Obidva rozdiely sú funkciou rýchlostiprúdenia meranej tekutiny.Obr. 10.48 Prenosný ultrazvukový prietokomer založený na snímaní času prechodua) prechodový, b) odrazovýUltrazvukový prietokomer založený na snímaní času prechoduSignál z elektroakustického meniča sa môže šíriť aj v tvare impulzu (obr. 10.47). V tom prípade sa súčasnez obidvoch meničov vyšle impulz. Stredná rýchlosť prúdiacej tekutiny je priamo úmerná rozdielučasov, za ktoré sa šírili obidva impulzy.Ultrazvukový prietokomer založený na využití Dopplerovho javuPrincíp činnosti ultrazvukového prietokomera založeného na využití Dopplerovho javu sa zakladá naodraze ultrazvukového signálu od pevnej častice, resp. plynovej bubliny, obsiahnutej v prúdiacej tekutine(obr. 10.49).Vysielaný ultrazvukový signál postupuje prúdiacou tekutinou rýchlosťou c až narazí na časticu,ktorú unáša prúd rýchlosťou w. Od nej sa ultrazvukový signál odrazí a zachytí ho prijímač (obr.10.49a). Stredná rýchlosť prúdenia tekutiny w sa vypočíta podľa vzťahucw = ( f v − f p )=∆f⋅ K(10.13)2⋅f ⋅cosαkdef v je frekvencia vyslaného signálu,f p je frekvencia prijatého signálu,K je kalibračná konštantavPodobne pracuje aj ultrazvukový prietokomer s vysielačom a prijímačom na protiľahlých stenách potrubia(obr. 10.49b).Keď sa koncentrácia čiastočiek mení, meranie sa zaťažuje chybami. Správna hodnota prietoku sazíska vtedy, keď ultrazvukový signál prechádza cez celé potrubie (obr. 10.50a). Ak sa signál odráža308

Modul M10Meranie prietoku, pretečeného množstva a rýchlosti prúdenia tekutínnajmä od čiastočiek v osi potrubia, nameria sa vyšší prietok ako v skutočnosti (obr. 10.50b). Pri odrazeblízko steny sa zistí nižší prietok, ako je v skutočnosti (obr. 10.50c). Chyba merania pomocou Dopplerovhoultrazvukového prietokomera sa zvyčajne pohybuje od 1 % do 5 % meracieho rozsahu.Obr. 10.49 Ultrazvukový Dopplerov prietokomera) na jednej strane potrubia, b) na opačných stranách potrubiaObr. 10.50 Vplyv koncentrácie čiastočiek na činnosť Dopplerovho prietokomeraa) celkový prienik, b) odraz blízko osi, c) odraz blízko steny10.3.6 Magnetické indukčné prietokomeryMeranie prietoku tekutiny pomocou elektromagnetického prietokomera sa zakladá na využití Faradayovhozákona. Ten hovorí, že ak sa v magnetickom poli pohybuje vodič dĺžky l rýchlosťou v kolmo namagnetické siločiary, vo vodiči sa naindukuje napätie U. V magnetickom prietokomere je týmto vodičomelektricky vodivá tekutina 1, ktorá prúdi kolmo na magnetické siločiary vonkajších magnetov 2(obr. 10.51). Dĺžka vodiča l je daná vzdialenosťou elektród 3, ktoré sa nachádzajú na protiľahlých309

Modul M10Meranie prietoku, pretečeného množstva a rýchlosti prúdenia tekutínstranách potrubia. Na nich sa sníma indukované napätie, ktoré je priamo úmerné rýchlosti prúdenia tekutinyw.Obr. 10.51 Magnetický prietokomer1 – tekutina, 2 – magnety, 3 - elektródyV dôsledku použitia trvalého magnetického poľa cez meracie elektródy neustále preteká jednosmernýprúd. Ten spôsobuje, že v pretekajúcej vodivej tekutine dochádza k elektrolýze. Pritom sauvoľňujú plyny, ktoré sa usadzujú na elektródach. Nevodivé plyny menia odpor elektrického obvodu aspôsobujú chyby výstupného signálu. Preto sa v magnetických prietokomeroch využíva pulzujúcemagnetické pole. Namiesto permanentných magnetov sa používajú elektromagnety. Tie sa napájajústriedavým prúdom alebo pulzujúcim jednosmerným prúdom.Magnetické indukčné prietokomery nie sú citlivé na hustotu a viskozitu meranej tekutiny, môžumerať prietok v obidvoch smeroch, neobsahujú pohyblivé časti. Neistotu merania neovplyvňujú zmenyteploty a tlaku pretekajúcej tekutiny. Zabudovanie magnetického prietokomera spôsobí v systémeiba malú tlakovú stratu.Magnetickým prietokomerom sa dá merať prietok len v prípade vodivých tekutín. Hraničnou vodivosťouje pritom hodnota 0,1 µS/cm. Túto podmienku spĺňa väčšina kvapalín aj plynov. S výhodou sapoužívajú na meranie prietoku špeciálnych materiálov - abrazívnych kalov, korozívnych a agresívnychkvapalín, celulózy a podobne.Bežné priemyselné prietokomery majú merací rozsah do 300 000 m 3 /h a dovolená chyba meradladosahuje 0,25 % až 0,5 % meracieho rozsahu. Pracovný tlak môže byť až 25 MPa, teplota média sapohybuje od -60 až do 200 °C, priemer potrubia od 2,5 do 3000 mm. Keď sa magnetický prietokomerkalibruje vcelku s vyhodnocovacím zariadením, neistota merania môže dosiahnuť až 0,01 % z meraciehorozsahu.Prietok tekutiny v potrubiach väčšieho prierezu (nad 400 mm) sa meria ponorným magnetickýmprietokomerom (obr. 10.52). V sonde snímača, ktorá býva vysunutá do celého prierezu potrubia, sanachádza 5 elektromagnetických cievok vytvárajúcich elektromagnetické pole. Päť párov uhlíkovýchelektród na povrchu sondy sníma elektrické napätie vytvorené pohybujúcim sa vodivým médiom. Tietoelektródy sú rozmiestnené tak, aby sa merala rýchlosť prúdenia v desiatich bodoch rýchlostnéhoprofilu. Ponorný prietokomer sa bežne používa do rýchlosti prúdenia tekutiny 4 m/s, pričom sa dosahujepresnosť 0,8 % z nameranej hodnoty.310

Modul M10Meranie prietoku, pretečeného množstva a rýchlosti prúdenia tekutínObr. 10.52 Ponorný magnetický prietokomer10.3.7 Špeciálne prietokomery10.3.7.1 Prietokomery využívajúce značkovanie prúdiacej tekutinyPri tejto metóde sa sníma pohyb značkovacej látky (značkovača) medzi dvoma snímačmi so známouvzdialenosťou. Meria sa doba prechodu látky cez túto vzdialenosť, z nej sa dá odvodiť prietok tekutiny.Existujú dve skupiny značkovacích metód:a) značkovacia látka sa pridáva vstrekovaním alebo indukčne (farbivo, plyn, rádioaktívny materiál apodobne),b) na značkovanie sa využíva látka už prítomná v tekutine (nečistoty, tuhé čiastočky, turbulencie).Prietokomery s pridávaním značkovacej látkyZnačkovacia látka (značkovač) sa pridáva do prúdiacej tekutiny vstrekovaním alebo indukčne. Na meraniepohybu značkovacej látky sa používa jedna alebo dve sady snímačov. Ak sa používa jedna sada,musí sa zaznamenať čas vstreknutia cez injekčný otvor, ako aj čas prechodu značkovača cez snímacíprvok. Ak sa používajú dve sady snímačov, meria sa iba čas prechodu pridanej látky medzi nimi.Najčastejšie sa vstrekovaním do prúdiacej tekutiny pridávajú značky:- vodivostné (elektrolyt, napr. soľ),- tepelné,- optické (farbivo),- ionizačné (prímesy rádioizotopu).311

Modul M10Meranie prietoku, pretečeného množstva a rýchlosti prúdenia tekutínPoužitie soli sa obmedzuje na meranie prietoku vody. V praxi sa pomocou sady dýz vstrekne do vodykoncentrovaný roztok soli, takže sa značkovač rovnomerne rozloží značkovač v celom priereze. Poprúde sa nachádza sada elektród, ktoré pri prechode označenej kvapaliny reagujú na zvýšenú vodivosť.Medzi bodom vstreku a prvou sadou elektród treba zachovať vzdialenosť rovnajúcu sa najmenejštvornásobku priemeru vodiaceho potrubia. To isté platí aj pre použitie dvoch sád elektród.Termický značkovač môže tvoriť malé množstvo tekutiny ohriatej resp. ochladenej na teplotu značnesa líšiacu od bežnej prevádzkovej teploty prúdiaceho média. Veľkou výhodou takéhoto postupu je,že meraná tekutina sa neznečistí značkovačom. Na zistenie prechodu ochladeného, resp. zohriatéhoznačkovača sa používajú bežné termistorové snímače teploty.Použitie plynu ako značkovača obmedzuje miera možného znečistenia meranej tekutiny značkovačom.Využívajú sa plyny s veľkou absorpčnou schopnosťou v infračervenej časti spektra, resp. priehľadnéplyny. Priechod značkovača sa zisťuje optickými snímačmi. Pri meraní prietoku plynov sachyba merania sa pohybuje v rozsahu od 0,5 % až do 1 %. Na jej dosiahnutie sa predpokladá vzdialenosťpribližne 30 m medzi injekčným otvorom a snímacou časťou prietokomera, resp. 100 m medzidvoma sadami snímačov.Často sa na značkovanie využívajú farbivá. Používajú sa najmä v spojení s optickými snímacímitechnikami.Ako rádioaktívny značkovač sa často využíva xenón, kryptón a radón. Do tekutiny sa vstrekuje voforme rádioaktívnych izotopov.Indukčné značkovanie meranej tekutiny neznečisťuje meranú tekutinu. Okrem toho sa vo väčšineprípadov ani nemusí porušiť stena potrubia.Pri meraní prietoku plynu sa dá značkovač vytvoriť pulzným ionizovaním meraného plynu pomocouelektrickej iskry alebo rádioaktívnym materiálom. Priechod ionizovaného plynu sa sníma pomocoudvoch čiastočne izolovaných kovových platní, upevnených izolovanou stranou na vnútornej stenepotrubia. Platne sú napájané malým napätím, ktoré sa pri prechode ionizovaného plynu výrazne zvýši.Obmedzením tejto metódy je krátky čas životnosti ionizovaných molekúl.V prietokomeroch využívajúcich nukleárnu magnetickú rezonanciu sa meraná tekutina najskôr dostávado magnetizačnej časti, kde sa vnáša isté množstvo nukleárneho magnetizmu. Po opustení magnetizačnejčasti tekutina často prechádza cez invertor, kde sa striedavo mení nukleárne magnetické pole,čím sa vytvára sínusová značka. Značkovač potom postupuje do druhej stanice, ktorá je v známejvzdialenosti oproti invertoru. V tejto stanici zaznamenáva cievka snímača indukované napätie, ktoréhoveľkosť je úmerná veľkosti zmagnetizovania značkovača a jeho frekvencia je úmerná meranému prietoku.Prietokomery využívajúce značkovaciu látku prítomnú v tekutineZnačkovacou látkou môžu byť napríklad nečistoty, či iné tuhé čiastočky, nachádzajúce sa v meranejtekutine, ale aj umelo vyvolané víry, či iné turbulencie. Prítomnosť takýchto látok využíva napríkladlaserový Dopplerov anemometer. Pomocou neho sa meria rýchlosť prúdenia tekutiny a pri známejgeometrii potrubia sa dá vypočítať objemový prietok tekutiny.10.3.7.2 Obtokový prietokomerTakýto prietokomer predstavuje veľmi výhodnú a ekonomickú alternatívu na meranie prietoku tekutinyv dlhých potrubiach s veľkým priemerom. Prietokomer, určený pre potrubie s veľkým priemerom,je veľmi nákladný. Prietokomer takej istej triedy presnosti pre potrubia s malým priemerom je oveľalacnejší. Dá sa odvodiť, že pomer prietokov cez obtokové a hlavné potrubie ostáva konštantný (obr.10.53).312

Modul M10Meranie prietoku, pretečeného množstva a rýchlosti prúdenia tekutínObr. 10.53 Obtokový prietokomer1 - potrubie s veľkým priemerom, 2 - potrubie s malým priemerom, 3 - škrtiaci orgán, 4 – prietokomer10.3.7.3 Výchylkový prietokomerVo výchylkovom prietokomere sa kolmo na smer prúdiacej tekutiny vysokou rýchlosťou vstrekujemeracia látka a zisťuje sa jej vychýlenie, ktoré závisí od jej rýchlosti. Často sa na vstrekovanie využívapriamo meraná tekutina, pričom sa predpokladá jej konštantná hustota. Jedno z konštrukčných riešenípredstavuje obr. 10.54. V tomto prípade sa zisťuje výchylka tryskajúcej tekutiny 1, ktorá sa cezdýzu 2 vstrekuje takmer rýchlosťou zvuku kolmo na smer prúdenia meranej tekutiny. Na protiľahlejstrane prietokomera sa nachádzajú dva citlivé tlakové snímače 3. Pri nulovom prietoku meranej tekutinysa lúč tryskajúcej tekutiny symetricky rozstrekuje na protiľahlej stene potrubia, teda obidva snímačezaznamenávajú rovnaký tlak (obr. 10.54a). Keď začne prúdiť meraná tekutina, oblasť rozstrekutryskajúcej tekutiny sa posunie a tlakové snímače zaznamenajú rozdielne hodnoty (obr. 10.54b). Veľkosťtlakového rozdielu je priamo úmerná rýchlosti, a tým aj objemovému prietoku meranej tekutiny.Obr. 10.54 Výchylkový prietokomera) prietokomer v základnom stave, b) prietokomer počas merania1 – vstrekovaná tekutina, 2 – dýza, 3 - tlakové snímače313

Modul M10Meranie prietoku, pretečeného množstva a rýchlosti prúdenia tekutín10.3.8 Hmotnostné prietokomeryV praxi sa často vyskytuje potreba merania hmotnostného prietoku. Dá sa získať prepočtom z objemovéhoprietoku, treba ale presne poznať hustotu prúdiaceho média. Problém nastáva vtedy, keď sa meniaprevádzkové podmienky a následne aj hustota média. Pomocou hmotnostných prietokomerov sameria hmotnostný prietok priamo. Veľmi často sa používajú hmotnostné prietokomery využívajúcepôsobenie Coriolisovej sily, okrem nich sa v praxi používa prietokomer využívajúci meranie silovéhoúčinku tekutiny a kalorimetrický prietokomer.10.3.8.1 Hmotnostné prietokomery, využívajúce pôsobenie Coriolisovej silyCoriolisova sila vzniká pri radiálnom pohybe telesa pohybujúceho sa určitou rýchlosťou v sústave,ktorá sa otáča uhlovou rýchlosťou ω (napr. ako pri chôdzi na rotujúcej platni). Pri meraní hmotnostnéhoprietoku sa často využíva rotujúce potrubie. Coriolisova sila pôsobí na každý element tekutiny a jepriamo úmerná hmotnostnému prietoku q m . Snímače hmotnostného prietoku nemerajú Coriolisovu siluF Cpriamo, ale využívajú meranie krútiaceho momentu M k, ktorý pôsobí na potrubie dĺžky L.Hmotnostné prietokomery, ktoré využívajú Coriolisovu silu, majú rôznu konštrukciu. Jedno zmožných riešení je na obr. 10.55. Do potrubia sa vloží rotor so sadou tenkých kovových lopatiek 3,tvoriacich niekoľko radiálnych kanálov. Elektromotor 1 rovnomerne roztáča rotor uhlovou rýchlosťouω. Ak tekutina v potrubí neprúdi, kladie otáčajúcemu sa rotoru určitý odpor, ktorý sa meria snímačomkrútiaceho momentu 2. Keď začne tekutina prúdiť, zvýši sa odpor tekutiny proti otáčaniu rotora ozložku Coriolisovej sily. Prejaví sa to nárastom krútiaceho momentu, ktorý sa meria.Obr. 10.55 Hmotnostný prietokomer s rotujúcimi lopatkami1 – elektromotor, 2 - snímač krútiaceho momentu, 3 – lopatkyPodobný princíp využíva aj prietokomer s obežným kolesom (obr. 10.56). Aj v tomto prípadeovplyvňuje pretekajúca tekutina frekvenciu otáčania rotora meradla. Kvapalina vteká do meradla cezturbínku 1, ktorú svojim tlakom roztáča na frekvenciu 100 až 150 ot/min. Hriadeľ spája turbínku 1 srotujúcim hladkým kotúčom 3. Kotúč spája pružina 4 s lopatkami 5. Zostavu upevňuje prepážka 2.Vzhľadom na pružné spojenie sa v dôsledku odporu prúdiacej tekutiny kotúč 3 a lopatky 5 pri rotáciivzájomne natočia. Veľkosť natočenia sa zisťuje externými snímačmi a je priamo úmerné hmotnostnémuprietoku. Meradlo sa používa v rozsahoch 2 až 350 kg/min, pričom sa dosahuje opakovateľnosť0,25 %. Typické nasadenie predstavuje meranie spotreby paliva v lietadlách.314

Modul M10Meranie prietoku, pretečeného množstva a rýchlosti prúdenia tekutínObr. 10.56 Hmotnostný prietokomer s obežným kolesom1 – turbínka, 2 – prepážka, 3 – kotúč, 4 – pružina, 5 - lopatkyIným typom hmotnostného prietokomera, využívajúceho Coriolisov jav, je gyroskopický prietokomer(obr. 10.57). Pri meraní prúdi tekutina cez otáčajúcu sa rúrku ustálenou rýchlosťou. Ak sa rúrkaotáča rovnomernou uhlovou rýchlosťou okolo osi prúdenia tekutiny, vzniká v rovine kolmej na rovinuotáčania moment úmerný rýchlosti prúdiacej tekutiny. Tento moment spôsobuje Coriolisova sila, pôsobiacav rovine otáčania rúrky.Obr. 10.57 Princíp gyroskopického hmotnostného prietokomeraIné riešenie predstavuje zariadenie pracujúce v kmitavom režime, ktorého základom je rúrka v tvarepísmena U (obr. 10.58). Tú vertikálne rozkmitáva elektromagnetický oscilátor silou F Mna rezonančnúfrekvenciu (obr. 10.58a). Keď rúrkou prúdi tekutina, na obe ramená trubice U pôsobí Coriolisovasila F C(obr. 10.58b). Jej veľkosť a znamienko sa periodicky mení v závislosti od kmitania rúrky.Coriolisova sila pôsobí v protiľahlých ramenách rúrky opačným smerom, čím vzniká moment M k, ktorýrúrkou pootočí v pozdĺžnej osi o uhol ψ.M k= 2 dF C= 4 d b ω q m(10.14)kde2d je vzdialenosť koncov trubice U.Krútiaci moment M knadobúda maximálnu hodnotu pri maximálnom uhle skrútenia ψ (obr. 10.58b). Vtomto okamihu je aj hodnota vektora F Cmaximálna, a teda zároveň musí byť aj maximálna hodnota315

Modul M10Meranie prietoku, pretečeného množstva a rýchlosti prúdenia tekutínvektora uhlovej rýchlosti ω pri prechode stredu trubice kľudovou polohou. Sníma sa miera tohto pootáčania,čiže fázový posun signálov a ten je úmerný hmotnostnému prietoku.Obr. 10.58 Princíp gyroskopického prietokomera v kmitavom režimea) bez prúdiacej tekutiny, b) prúdiaca tekutinaKonštrukčné riešenie tohoto princípu predstavuje obr. 10.59. Tekutina preteká cez dve rovnobežnérúrky 1. Tie sa navzájom rozkmitávajú na rezonančnú frekvenciu pomocou elektromagnetického budiacehozariadenia 2. Vzájomnú polohu rúrok zisťujú magnetické snímače 3 a 4, ktoré sú upevnené naoboch stranách rúrok. Ak kvapalina neprúdi, snímače 3 a 4 ukazujú rovnakú výchylku, teda rúrky saohýbajú symetricky. Keď začne prúdiť cez rúrky kvapalina, rúrky sa začnú ohýbať nesymetricky, toznamená, že snímač 3 ukáže menšiu amplitúdu ako snímač 4. Pri ďalšom kmite je situácia opačná. Tátozmena sa periodicky opakuje, teda výstupné signály z obidvoch snímačov majú sínusový priebeh asú fázovo posunuté. Fázový posun je priamo úmerný hmotnostnému prietoku.Obr. 10.59 Konštrukčná schéma gyroskopického prietokomera, pracujúceho v kmitavom režime1 – rúrka, 2 - elektromagnetické budiace zariadenie, 3, 4 – snímače polohyGyroskopický prietokomer, pracujúci v kmitavom režime, má pozoruhodné metrologické vlastnosti.Používa sa na meranie nominálneho hmotnostného prietoku do 680 000 kg/h v teplotnom rozsahu od -240 °C do 426 °C pri maximálnom tlaku meranej tekutiny do 30 MPa. Chyba merania je veľmi malá,od 0,1 do 0,15 %, v špeciálnych prípadoch dosahuje iba 0,05 %. Na výsledok merania pritom nemápodstatný vplyv teplota, tlak, viskozita, vodivosť či rýchlostný profil tekutiny, ale len jej rýchlosť amerná hmotnosť.316

Modul M10Meranie prietoku, pretečeného množstva a rýchlosti prúdenia tekutín10.3.8.2 Prietokomer využívajúci meranie silového účinku tekutinyZákladom prietokomera je kruhový terčík 1, umiestnený v osi potrubia (obr. 10.60). Tento terčík môžemať tvar plochého kotúča, pásika, alebo kužeľa, namiereného podstavou proti prúdiacej tekutine. Tekutinavyvoláva na terčíku silový účinok, ktorý sa dá merať napríklad tenzometrom 2.Prietokomer vyžaduje laminárne prúdenie tekutiny v rozsahu Reynoldsovho čísla 100 až 2000. Používasa na riadenie chladiacich a mazacích obvodov v atómových elektrárňach, indukčných pecí, papierenskýchstrojov, Dieselovho motora, generátora a pod., ako aj na ochranu pred nízkou hladinou vohrievačoch a v teplárňach. V kyslíkových rezacích strojoch riadi činnosť horákov.Obr. 10.60 Prietokomer s deformačným členom1 – terčík, 2 – tenzometer10.3.8.3 Kalorimetrický prietokomerKalorimetrický prietokomer využíva meranie rozdielu teplôt média, ktoré vstupuje a vystupuje z prietokomeraa ktoré sa v ňom ohrialo známym tepelným výkonom.Snímaciu časť kalorimetrického prietokomera tvoria dva teplomery, najvhodnejšie sú odporovékovové platinové teplomery (obr. 10.61). Nachádzajú sa na opačných koncoch prietokomera, navinutéako siete alebo mriežka, pričom kryjú celý prierez valca. Tým sa zaistí meranie priemernej teplotyprúdu tekutiny. Medzi teplomermi sa nachádza ohrievač (elektrická špirála) s konštantnou hodnotouohrevu.Prietokomer má dovolenú chybu merania 1 %. Výhodou je nízka cena, časová konštanta nepresahuje1 s. Teplotný rozsah pre plyn je od -10 °C do 70 °C.Obr. 10.61 Kalorimetrický prietokomer1 – zdroj, 2 – snímacia jednotka317

Modul M10Meranie prietoku, pretečeného množstva a rýchlosti prúdenia tekutín10.4 Prietokomery používané v otvorených kanálochV praxi sa využívajú aj prietokomery, určené na meranie prietoku kvapalín voľne prúdiacich v otvorenýchkanáloch. Využíva sa pritom meranie spádu kvapaliny, z ktorého sa pri známej geometrii meraciehokanála dá odvodiť objemový prietok.Pre otvorené kanály sa najčastejšie používajú dva základné typy prietokomerov - prepady a žľaby.10.4.1 PrepadyPredpokladajme prietok kvapaliny cez priehradu (obr. 10.62). Definujme vlákno prúdu s elementárnouhrúbkou. Tlak p, ktorý pôsobí na vlákno prúdu dy a ktorý následne spôsobuje pohyb kvapaliny, sa dávyjadriť pomocou vzdialenosti hladiny kvapaliny y akop = y ρ g (10.15)kdeρ je hustota kvapaliny,g je miestne tiažové zrýchlenie.V prípade prepadov aj žľabov sa tlak, spôsobujúci prúdenie, meria výškou voľného povrchu proti prúduprepadovej hrany priehrady (nazýva sa koruna). Teda meranie spádu v prípade prepadu alebo žľabuvyústi do merania jedného tlaku. Spádom sa pritom myslí zvislá vzdialenosť medzi úrovňou korunya hladinou kvapaliny. Merania spádu by sa mali vykonávať proti prúdu vo vzdialenosti od prepadovejhrany najmenej štyrikrát väčšej ako očakávaný maximálny spád kvapaliny.Obr. 10.62 Prietok kvapaliny cez prepad s pravouhlým výrezomObjemový prietok q mmôžeme vyjadriť v tvarekdeq m23= ε ⋅ L 2gh(10.16)3ε je koeficient stlačiteľnosti,L je šírka priehrady,h je nameraný spád kvapaliny.318

Modul M10Meranie prietoku, pretečeného množstva a rýchlosti prúdenia tekutínNajpoužívanejšie tvary výrezov sú:a) Cippolettiho alebo lichobežníkový výrez (obr. 10.63a),b) pravouhlý výrez (obr. 10.63b),c) trojuholníkový výrez (obr. 10.63c).Vo všeobecnosti sa obmedzuje maximálna výšku spádu najviac na 1/3 šírky koruny. Rýchlosť prúdeniakvapaliny pred prepadom nemá prekročiť 0,3 m/s. Kvapalina musí voľne odtekať a nesmie stekaťpo stene prepadu, inak sa do merania vnesie značná chyba.Prepady sa nepovažujú za veľmi presné meradlá prietoku. Všeobecne sa uvádza relatívna chybamerania 0,5 % až 4 % pri konfidenčnej hladine 75 % a 1 % až 9 % pri konfidenčnej hladine 95 %.Obr. 10.63 Rôzne tvary výrezova) lichobežníkový výrez (úkos 4:1), b) pravouhlý výrez, c) trojuholníkový výrez (bez koruny)10.4.2 ŽľabyDá sa povedať, že žľab je prispôsobenie Venturiho koncepcie merania prietoku na meranie prietokukvapaliny v otvorenom kanále. Žľab vznikne priblížením bočných stien a zvýšením prierezu spodnejsteny, takže sa vytvorí plytký kanál so širokou korunou. Na rozdiel od prepadov môžu žľaby pracovaťs malým celkovým spádom. Najčastejšie sa používajú tri základné typy:a) Parshallov žľab,b) Palmer-Bowlusov žľab,c) parabolický výtlačný žľab.Len Parshallov žľab sa používa v pravouhlom, otvorenom kanále, ostatné dva typy sa používajú včiastočne naplnenom kruhovom potrubí. Neistota merania prietoku pomocou žľabov je o niečo väčšiaako neistota merania pomocou prepadov.10.4.2.1 Parshallov žľabParshallov žľab sa skladá zo zbiehavej časti, hrdlovej časti a z rozširujúcej sa časti (obr. 10.64).V prípade Parshallovho žľabu sa koruna definuje ako základná línia, spájajúca zbiehavú časť a hrdlovúčasť. Veľkosť žľabu obmedzuje dĺžka koruny L a je totožná so vzdialenosťou medzi stenami hrdlovejčasti. Ak je dĺžka koruny L v rozsahu 0,075 m až 2,5 m, hovoríme o malých žľaboch. Keď jedĺžka koruny L väčšia ako 3 m, hovoríme o veľkých žľaboch.Na rozdiel od prepadu sa dá výška spádu merať proti prúdu (horný spád H u) a po prúde (dolný spádH b). Ak sa použije iba meranie horného spádu, nameraný prietok je zaťažený chybou. V prípade žľa-319

Modul M10Meranie prietoku, pretečeného množstva a rýchlosti prúdenia tekutínbov s dĺžkou do 3 m sa horný spád H umeria v bode ležiacom v 2/3 dĺžky zbiehavej časti od konca koruny,pri dĺžke nad 3 m to je bod vo vzdialenosti 1/3(L + 8) pozdĺž bočnej steny žľabu. Spodný spádH bsa zisťuje v bode ležiacom pri konci hrdlovej časti.Voľný prietok cez Parshallov žľab sa definuje ako podmienka, pri ktorej pomer H b/H u≤ 0,6 pre žľabydo veľkosti 0,3 m resp. H b/H u≤ 0,7 pre žľaby od 0,3 do 2,7 m. Za podmienky voľného prietoku saspodný spád H bzanedbáva.Obr. 10.64 Parshallov žľab1 – zbiehavá časť, 2 – hrdlová časť, 3 – rozširujúca sa časť10.4.2.2 Palmerov-Bowlusov žľabPalmerov-Bowlusov žľab (obr. 10.65) sa používa v neštandardných situáciách, najmä v prípade kruhovéhovedenia, napríklad v odvodňovacích vedeniach a sanitárnych kanáloch. Tvar žľabu zaisťuje, žekinetická energia kvapaliny v hrdlovej časti bude väčšia ako kinetická energia kvapaliny voľne prúdiacejv prívodnom vedení. Na zvýšenie kinetickej energie kvapaliny v hrdlovej časti sa využíva zúženiestien, aj zvýšenie dna. Dĺžka hrdlovej časti 1 je najmenej taká, ako je priemer prívodného vedenia.320

Modul M10Meranie prietoku, pretečeného množstva a rýchlosti prúdenia tekutínObr. 10.65 Palmer - Bowlusov žľab1 – hrdlová časť10.4.2.3 Parabolický žľabParabolický žľab sa používa na výstupnom konci potrubia (obr. 10.66). Základným rozdielom medziparabolickým žľabom a ostatnými dvoma žľabmi je ten, že výtok z tohto žľabu musí na konci vedeniavoľne padať. Žľab je vytvarovaný do tvaru paraboly, ktorej vrchol leží zarovno so spodnou časťou potrubia.Veľkosť žľabu sa rovná priemeru vedenia, v ktorom sa používa. Vzťah medzi hĺbkou kvapalinya prietokom sa stanovuje kalibráciou.Obr. 10.66 Parabolický žľab1 – potrubie, 2 – parabolická časť, 3 – hladinomer10.5 Meranie rýchlosti prúdenia tekutínMnohé z doteraz popisovaných prietokomerov, resp. meradiel pretečeného množstva sú založené narýchlostnom princípe merania, teda prietok, resp. pretečené množstvo sa vypočíta dodatočne z nameranejrýchlosti prúdenia tekutiny. Meradlá, ktoré sa používajú najmä na meranie okamžitej, resp, strednejrýchlosti prúdenia tekutín sa delia na rýchlostné sondy, anemometre a krídla.Najčastejšie využívajú zmenu kinetickej energie prúdiacej tekutiny na tlakovú (Pitotova trubica,Prandtlova trubica a rýchlostné sondy), dynamický účinok prúdiacej tekutiny (Woltmannovo krídlo,lopatkový, resp. miskový anemometer), prípadne sa využíva ochladzovanie žeravého drôtu alebo fólieprúdom tekutiny (žeravený anemometer). Presné bezdotykové meranie rýchlosti tekutín umožňuje laserovýDopplerov anemometer.321

Modul M10Meranie prietoku, pretečeného množstva a rýchlosti prúdenia tekutín10.5.1 Rýchlostné sondyRýchlostné sondy sú určené na meranie okamžitej alebo strednej rýchlosti prúdiacej tekutiny (najmäkvapaliny), ako aj na stanovovanie rýchlostného profilu v potrubiach, kanáloch a v riečnych korytách.Používajú sa najmä na laboratórne účely alebo na presné merania. Využívajú pritom zmenu kinetickejenergie na tlakovu.Medzi rýchlostné sondy sa zaraďuje Pitotova a Prandtlova trubica, valcová, guľová a viacotvorovávalcová sonda. Presnosť merania trubicami a sondami je ovplyvnená najmä správnou polohou ich nasmerovania.Čelo trubice, resp. sondy sa musí presne nasmerovať do smeru prúdenia tekutiny. Odchýlenietrubice od smeru prúdu o viac ako 5° spôsobuje chybu merania, ktorá sa už nedá zanedbať.10.5.1.1 Pitotova trubicaMeranie rýchlosti prúdiacej tekutiny pomocou Pitotovej trubice bolo známe už v 18. storočí. Vyhotoveniesa líši podľa toho, či sa používa na meranie rýchlosti plynu (obr. 10.67a) alebo kvapaliny (obr.10.67b). V druhom prípade sa skladá z dvoch samostatných trubíc, rovnej na meranie statického tlakua ohnutej na meranie dynamického tlaku. Pri správnom meraní má byť os ohnutej trubice totožná sosou potrubia a má smerovať proti prúdiacemu toku. Vplyvom celkového tlaku p cv nej vystúpi hladinatekutiny do výšky h c. V druhej (rovnej) trubici sa meria výška hladiny tekutiny h s(vplyv statickéhotlaku p s).Pitotova trubica sa používa v širokom spektre aplikácií, napr. používa sa na meranie rýchlosti prúdiacejkvapaliny v otvorených kanáloch alebo v riečnych korytách.Obr. 10.67 Pitotova trubicaa) pre plyn, b) pre kvapalinu10.5.1.2 Prandtlova trubicaPrandtlova trubica sa hodí najmä na meranie väčších rýchlostí prúdiacej tekutiny. Okamžitá rýchlosťprúdiacej tekutiny sa zisťuje v mieste ponoru trubice, pričom sa požaduje, aby prúdenie bolo laminárnea rovnomerné. Trubicu tvorí valcová sonda so zaobleným čelom a nosnou rúrkou, ktorá sa vysúvapo celom meranom priereze (obr. 10.68). V čele valcovej sondy s priemerom d sa nachádza vstupnýotvor. Tekutina prúdiaca týmto otvorom, je vyvedená k diferenčnému manometru, pomocou ktoréhosa zisťuje celkový tlak p cprúdiacej tekutiny. Po obvode valca vo vzdialenosti 3d sa nachádzajú odbe-322

Modul M10Meranie prietoku, pretečeného množstva a rýchlosti prúdenia tekutínrové otvory na snímanie statického tlaku p s. Odberové otvory sa umiestňujú do bodu, kde hodnota dynamickéhotlaku dosahuje nulu.Obr. 10.68 Meranie rýchlosti prúdiacej tekutiny pomocou Prandtlovej trubice10.5.1.3 Valcová sondaValcová sonda sa používa na zisťovanie rýchlosti a smeru tekutiny pri stacionárnom dvojrozmernomprúdení. Tvorí ju valcové teleso so štyrmi otvormi O 1až O 4, ktoré ležia v jednej rovine (obr. 10.69).Otvorom O 1, nastaveným proti smeru prúdenia, sa sníma celkový tlak p c, zadným otvorom O 2úplavový(statický) tlak p u. Bočné otvory O 3a O 4sú umiestnené symetricky voči pozdĺžnej osi a zisťuje sanimi smer prúdenia. Snímané tlaky sa vyvádzajú samostatnými vývrtmi k diferenčným manometrom.Otáčaním sondy v jednej rovine sa zistí správna hodnota smeru prúdenia tekutiny vtedy, keď budú tlakyv otvoroch O 3a O 4rovnaké, teda p 1= p 2. Sonda býva upevnená na držiaku, pomocou ktorého sa posúvav jednej osi prierezu po celej dĺžke.Obr. 10.69 Valcová sonda323

Modul M10Meranie prietoku, pretečeného množstva a rýchlosti prúdenia tekutín10.5.1.4 Guľová sondaNa priestorové meranie smeru a rýchlosti stacionárneho prúdenia je výhodné použitie guľovej sondy(obr. 10.70). Sondu tvorí guľa s priemerom 5 až 10 mm s piatimi otvormi O 1až O 5, ktoré sa nachádzajúv dvoch na seba kolmých rovinách. Tlaky p 1až p 5, ktoré sa snímajú týmito otvormi, sú vyvedenésamostatne vývrtmi k príslušným diferenčným manometrom. Otvorom O 1v priesečníku rovín sa snímacelkový tlak p c. Otvory O 2a O 3sú vytvorené symetricky v horizontálnej rovine pod uhlom ±45°vzhľadom k stredovému otvoru. V kolmej rovine sa nachádzajú symetricky uložené otvory O 4a O 5,umiestnené pod uhlom ±50° vzhľadom k stredovému otvoru. Princíp merania spočíva v natáčaní sondytak dlho, kým sa nerovnajú tlaky p 2a p 3(otvory O 2a O 3) a tlaky p 4a p 5(otvory O 4a O 5).Obr. 10.70 Guľová sonda10.5.1.5 Viacotvorová valcová sondaViacotvorová valcová sonda sa niekedy označuje ako integračná Prandtlova trubica. Konštrukčne jeprispôsobená na snímanie strednej rýchlosti toku tekutín, aj v prípade meniaceho sa rýchlostného profilu(obr. 10.71). Skladá sa z valcovej sondy, ktorá má štyri až desať otvorov na nábehovej strane a jedenotvor na bočnej strane sondy. Otvory na nábehovej strane sú rozmiestnené tak, aby sa snímalastredná hodnota celkového tlaku, napríklad podľa logaritmicko-lineárneho rozdelenia. Sú vyvedenéjedným spoločným vývrtom k diferenčnému tlakomeru. Otvor na snímanie úplavového tlaku p uje izolovanýod otvorov na nábehovej strane.Merací rozsah býva 1,7 až 48 m/s. Sonda sa s výhodou používa v prípade potrubí so štvorcovýmalebo obdĺžnikovým prierezom, pretože sa v nich ťažko dajú aplikovať iné spôsoby merania rýchlosti.324

Modul M10Meranie prietoku, pretečeného množstva a rýchlosti prúdenia tekutínObr. 10.71 Viacotvorová valcová sonda10.5.2 AnemometreAnemometre využívajú silový účinok prúdu meranej tekutiny alebo ochladzovanie citlivej časti anemometraprúdiacou tekutinou, najčastejšie plynom. Podľa konštrukcie sa anemometre delia na mechanické,žeraviace (elektrické) a laserové.10.5.2.1 Mechanické anemometreMechanické anemometre využívajú silový účinok prúdiacej tekutiny. Tá roztáča lopatky alebo miskyupevnené na rotore, ktorého os sa umiestňuje do osi prúdenia tekutiny. Rýchlosť prúdiaceho plynu(najčastejšie vzduchu) sa zisťuje podľa frekvencie otáčania rotora a pretečené množstvo podľa počtuotáčok rotora.Lopatkový anemometerHlavnou časťou lopatkového anemometra je hriadeľ, na ktorom sú pripevnené radiálne hliníkové lopatkyso skrutkovým zakrivením (obr. 10.72). Používa sa najmä na meranie rýchlosti plynov, ktoréprúdia potrubím alebo kanálom, ako aj na meranie rýchlosti vetra od 0,1 až do 10 m/s. Nehodí sa nameranie pulzujúceho prúdu a pri rýchlostiach nad 10 m/s je nespoľahlivý.Obr. 10.72 Lopatkový anemometer325

Modul M10Meranie prietoku, pretečeného množstva a rýchlosti prúdenia tekutínMiskový anemometerMiskový anemometer, známy ako Robinsonov miskový kríž (obr. 10.73), sa používa na meranie strednejrýchlosti prúdiaceho plynu. V meteorologických staniciach slúži na orientačné určovanie rýchlostivetra. Jeho merací rozsah pokrýva 5 až do 50 m/s.Obr. 10.73 Miskový anemometer10.5.2.2 Žeraviace anemometreŽeraviace anemometre sú v podstate elektrickérýchlostné sondy, ktoré slúžia na bodovémeranie miestnych rýchlostí prúdiacich tekutín,najčastejšie plynov. Tvar i konštrukcia žeraviacichanemometrov býva rôzna, majú alespoločný princíp merania: ohriate teleso, ktorésa vloží do prúdiacej tekutiny, sa ochladzujetým intenzívnejšie, čím je vyššia rýchlosťprúdenia tekutiny.Snímaciu časť žeraviaceho anemometramôže tvoriť buď tenké vlákno, alebo tenkýfilm. Tento drôt, resp. film sa môže žeraviťkonštantným prúdom, takže ho prúdiaca tekutinaochladzuje, a tým mení jeho odpor, ktorýsa meria. Inou možnosťou je udržiavanie konštantnéhoodporu, a teda aj teploty snímaciehoprvku premenlivým napájacím prúdom.V skupine žeraviacich anemometrov s tenkýmvláknom (obr. 10.74) snímaciu časť tvorívolfrámové, platinové, resp. platino-irídiovévlákno 1. Na teplotu 200 °C až 500 °C ho zohrievakonštantný prúd zo zdroja 3. Zmenateploty vlákna sa prejaví v zmene jehoohmického odporu. Meranie je jednoduché apoužíva sa pri pomalých rýchlostných zmenách,najmä v prípade pomaly prúdiacich tekutín.Obr. 10.74 Žeraviaci anemometer s kovovýmvláknom, napájaný konštantným prúdom1 – vlákno, 2 - držiak 3 – zdroj, 4 – odpor, 5 –zosilňovač, 6 – vyhodnocovacia jednotka326

Modul M10Meranie prietoku, pretečeného množstva a rýchlosti prúdenia tekutínV prípade merania žeraviaceho prúdu pri konštantnej teplote vlákna (teda pri konštantnom odpore).je snímač zabudovaný priamo vo Wheatstonovom mostíku ako jeden z odporov. Regulačným odporomsa udržuje konštantný odpor snímača. Takéto usporiadanie sa používa na meranie pri dynamickýchzmenách rýchlosti prúdenia do 300 m/s. Časová konštanta môže byť veľmi malá, až 0,002 s.Výhodou žeraviaceho anemometra s tenkým drôtikom sú malé rozmery, nevýhodou je náchylnosťna mechanické poškodenie.Závislosť sklonu snímača na smer prúdenia sa určuje kalibrovaním v rôznom stacionárnom prúdení.Typická statická charakteristika kovového anemometra pre prúdiaci vzduch je na obr. 10.75a.Žeraviace anemometre s kovovou fóliou sa osvedčili najmä pri meraní rýchlosti prúdenia kvapalína na meranie rýchlo prúdiacich plynov. Používa sa fólia s hrúbkou približne 2 µm. Typická statickácharakteristika fóliového anemometra pre prúdiacu vodu je na obr. 10.75b. Niektoré vyhotovenia snímacíchprvkov s tenkou fóliou predstavuje obr. 10.76. V jednom prípade pritom ide o fóliu obalenúokolo drôtika, takže pripomína predchádzajúci typ žeraviaceho anemometra s tenkým drôtikom. Fóliovéanemometre sa hodia najmä na dynamické merania.Obr. 10.75 Kalibračné krivky žeraviacich anemometrova) kovový anemometer pre vzduch, b) fóliový pre voduObr. 10.76 Rôzne vyhotovenia snímacích prvkov s tenkou fóliou327

Modul M10Meranie prietoku, pretečeného množstva a rýchlosti prúdenia tekutín10.5.2.3 Laserový Dopplerov anemometer (LDA)Prostredníctvom laserového Dopplerovho anemometra sa bezdotykovo meria bodová rýchlosť prúdiacejtekutiny v opticky priehľadnom prostredí. Používa sa v laboratórnej aj v priemyselnej praxi.Pri svojej činnosti využíva Dopplerov jav (obr. 10.77a). Základnou časťou anemometra je laser 1,ktorého lúč sa pomocou optiky 2 rozdeľuje na dve časti. Tie sa zbiehajú v bode, v ktorom sa má meraťrýchlosť prúdiacej tekutiny 3. Obidva lúče majú rovnakú frekvenciu. Molekuly meranej tekutiny, akoaj čiastočky ňou unášané prechádzajú cez bod, v ktorom sa lúče prekrižujú a čiastočne odrážajú, resp.rozptyľujú svetlo obidvoch lúčov. Rýchlosť prúdiacich čiastočiek spôsobuje, že odrazené svetlo má priobidvoch lúčoch inú frekvenciu. Svetlo rozptýlené z lúča, ktorý mieri po prúde tekutiny, má o vyššiufrekvenciu, svetlo rozptýlené z lúča, mieriaceho proti prúdu tekutiny, má o nižšiu frekvenciu. Svetlo zobidvoch lúčov s odlišnými frekvenciami navzájom interferuje a pritom vytvára tretiu frekvenciu. Táje priamo úmerná zložke rýchlosti, ktorá je v rovine lúčov kolmá na os uhla obidvoch lúčov. Pritom satvorí interferenčná mriežka, kde sa striedajú svetlejšie a tmavšie pruhy (obr. 10.77b). Pruhy sníma fotočlen4 a generuje elektrický signál úmerný rýchlosti prúdenia tekutiny. Vzdialenosť medzi pruhmizávisí iba od vlnovej dĺžky svetla lasera a od uhla medzi obidvoma lúčmi. Po vynásobení vzdialenostimedzi pruhmi frekvenciou výstupného elektrického signálu dostaneme rýchlosť prúdenia.Takýmto spôsobom sa meria jedna zložka rýchlosti prúdiacej tekutiny. Na meranie všetkých trochzložiek rýchlosti sa používajú viacrozmerné LDA. V každom prípade treba pri meraní dbať na použitievhodného polohovacieho zariadenia umožňujúceho presnú identifikáciu bodu, v ktorom sa meria rýchlosťprúdiacej tekutiny. Výhodou laserového Dopplerovho anemometra je veľký merací rozsah.V priemyselnej praxi sa dá LDA použiť na určenie prietoku plynov vo veľkých rozvodných potrubiach.Zisťuje sa rýchlostný profil, z ktorého sa odvádza objemový prietok plynu. Takéto riešenie dovoľujezníženie chyby merania na 1 % pri priemere potrubia až 1500 mm.Obr. 10.77 Laserový Dopplerov anemometera) schematické znázornenie činnosti, b) interferenčná mriežka1 – laser, 2 – optika, 3 – prúdiaca tekutina, 4 – fotočlen10.5.3 Hydrometrické krídloHydrometrické (tzv. Woltmannovo) nachádza široké uplatnenie pri meraní rýchlosti kvapalín (najmävody) v otvorených kanáloch a riečnych tokoch. Najčastejšie sa skladá z dvoch až štyroch lopatkovýchplôch v tvare lodnej skrutky (obr. 10.78). Tvar lopatiek je navrhnutý tak, aby prístroj bol čo najcitlivejšía aby počiatočná rýchlosť kvapaliny, potrebná na roztočenie krídla bola čo najmenšia. Otáčkyrotora sa prevádzajú cez prevod na počítadlo.Krídlo meria rýchlosť iba v jednom mieste prietoku, preto na určenie strednej rýchlosti prúdu trebavyjadriť rýchlostný profil. Používa sa v rôznych vyhotoveniach. Nechránené býva upevnené na pevnej328

Modul M10Meranie prietoku, pretečeného množstva a rýchlosti prúdenia tekutínnosnej tyči, alebo zavesené na lanku. Konštanty meradla sa určujú experimentálne v laboratórnych kanálochs daným typom prúdenia.Obr. 10.78 Hydrometrické krídlo329