Akademia automatyki – Przepływomierze objętościowe typu owalno-kołowego


Przepływomierze owalno-kołowe należą do grupy przepływomierzy objętościowych. Charakterystyczna budowa składająca się z dwóch ściśle zazębiających się elementów owalno-kołowych umożliwia pomiar przepływu różnego rodzaju cieczy, szczególnie tych o dużej lepkości. Specyfika przepływomierzy owalno-kołowych sprawia, że nadają się one także do większości przemysłowych i laboratoryjnych aplikacji związanych z precyzyjnym pomiarem przepływu cieczy. Przybliżmy zatem ich budowę, zasadę działania i najbardziej typowe zastosowania.

WYMOGI PRAWNE – JAK IM SPROSTAĆ?
JAK TO DZIAŁA?
Układ pomiarowy przepływomierzy owalno-kołowych składa się z dwóch elementów owalno-kołowych, poruszanych przez przepływające medium.

akademia1

Schemat działania przepływomierzy owalno-kołowych

Każdy obrót pary elementów owalno-kołowych odpowiada przemieszczeniu przez miernik dokładnie znanej objętości cieczy. Liczba obrotów jest proporcjonalna do prędkości przepływającego medium. W przypadku przepływomierzy firmy Macnaught serii MX jeden z wirników jest wyposażony w magnes umiejscowiony w górnej części wirnika (jest to tak zwany wirnik aktywny). Obrót wirników generuje tworzenie się pola magnetycznego, które następnie za pomocą aktywnego czujnika indukcyjnego przetwarzane jest na sygnał impulsowy. Ilość impulsów jest zliczana, określając tym samym przepływ w jednostkach objętości (litry, m3, galony itp.).

akademia2

Wnętrze komory pomiarowej

Głowica pomiarowa jest hermetycznie oddzielona od mechanizmu pomiarowego, czyli elementów owalno-kołowych. Ruch obrotowy obu elementów jest przekazywany za pomocą czujnika indukcyjnego do układu zliczania przepływu. Dużą zaletą przepływomierzy owalno-kołowych jest fakt, że nie wymagają one odcinków prostych przed i za przepływomierzem przy jego montażu. Umożliwiają one pomiar cieczy o bardzo dużych lepkościach sięgających nawet 1 000 000 cP, przy jednoczesnym niewielkim spadku ciśnienia na przepływomierzu. Dokładność sięgająca nawet 0,25% powoduje, że przepływomierze owalno–kołowe są niezastąpione tam gdzie wymagana jest duża precyzja pomiaru. Mierniki te mogą być także stosowane do pomiaru w strefie zagrożonej wybuchem z nadajnikiem impulsów w wykonaniu iskrobezpiecznym. Zakres zastosowanych do produkcji materiałów przepływomierzy owalno-kołowych powoduje, że mogą być zastosowane do praktycznie wszystkich mediów, również agresywnych chemicznie.

akademia3

Schemat budowy przepływomierza owalno-kołowego

Przepływomierz składa się z następujących części: korpusu, komory pomiarowej, elementów uszczelniających, wirników (w tym jednego „aktywnego” z magnesami), wałów, pokrywy przepływomierza oraz elementów mocujących. Poszczególne elementy konstrukcyjne takie jak korpus, komora pomiarowa czy elementy owalno-kołowe mogą być wykonane z różnych metali (aluminium, stal nierdzewna 316L), dzięki czemu przepływomierze znajdują szerokie zastosowanie w przemyśle.

ODCZYT WSKAZAŃ
Standardowym sygnałem wyjściowym z przepływomierzy owalno-kołowych jest sygnał impulsowy, realizowany za pomocą kompaktowo zabudowanego czujnika w obudowie z polipropylenu i maksymalnej temperaturze stosowania do 120°C.

akademia4

Model przepływomierza z licznikiem

Przepływomierze Macnaught serii MX posiadają również bogatą gamę dedykowanych wskaźników-liczników. Montowane są one błyskawicznie na korpusie przepływomierza za pomocą opatentowanego przez firmę Macnaught systemu M-Lock. Dostępne są wersje wskaźników do maksymalnej temperatury 60oC (z wyświetlaczem LCD o wielkości linii 12 mm) oraz do maksymalnej temperatury 80°C (z wyświetlaczem LCD o wielkości linii 17 mm). Oba te warianty posiadają dwa typy wykonamnia: z wyjściem analogowym 4-20 mA oraz wyjściem impulsowym bądź bez wyjść sygnałowych. Dodatkowo, możliwe jest wykonanie w wersji rozdzielnej, gdy temperatura jest wyższa niż 80oC (wersja możliwa również w wykonaniu iskrobezpiecznym). Jako opcja występuje wskaźnik-licznik z funkcją dozowania z wyjściem przekaźnikowym do sterowania zaworem elektromagnetycznym, pneumatycznym czy też pompą.

ZASTOSOWANIE
Seria przepływomierzy firmy Macnaught MX przeznaczona jest do pomiaru cieczy zarówno w warunkach laboratoryjnych (średnice od 1/4”), jak i dużych obiektach przemysłowych (średnice do 4”). Pomiar cieczy o lepkości powyżej 1000 cP jest możliwy dzięki zastosowaniu zazębień o specjalnym profilu oraz materiałów z jakich wykonane są wirniki. Pozwala to zredukować spadki ciśnienia przepływającej cieczy przy przejściu przez komorę pomiarową przepływomierza.

akademia5

Wersje przepływomierzy Macnaught MX

Co ważne, przepływomierze serii MX nadają się do pomiaru cieczy o nienewtonowskim module sprężystości oraz silnie żrących cieczy, takich jak kwas siarkowy czy oleum. Przepływomierze owalno-kołowe firmy Macnaught podzielone są na trzy grupy:
• dedykowane do paliw i olejów (grupa F – „Fuel”),
• dedykowane do rozpuszczalników (grupa S – „Solvents”),
• dedykowane do zastosowań przemysłowych (grupa P – „Industrial Process”).

Przepływomierze z grupy do paliw i olejów charakteryzują się wykonaniem komory pomiarowej z aluminium, wirników z tworzywa PPS (polisiarczek fenylenu) bardzo odpornego chemicznie (do temperatury maksymalnej 85oC) oraz elementów uszczelniających wykonanych z Vitonu. Przepływomierze te znajdują głównie zastosowanie do pomiaru przepływu wszelkiego rodzaju olejów (lekkich, ciężkich, przepracowanych), benzyn oraz olejów do układów hydraulicznych.
Przepływomierze z grupy dedykowanych do rozpuszczalników charakteryzują się wykonaniem komory pomiarowej z aluminium, wirników ze stali nierdzewnej oraz uszczelek wykonanych z teflonu. Przepływomierze te znajdują głównie zastosowanie do pomiaru wszelkiego rodzaju rozpuszczalników (BTX – benzen, toluen, ksylen), środków powierzchniowo-czynnych, farb, barwników oraz chemikaliów rolniczych.
Przepływomierze z grupy przeznaczonej do procesów przemysłowych posiadają komory pomiarowe oraz wirniki wykonane ze stali nierdzewnej i uszczelki z teflonu. Przepływomierze te znajdują głównie zastosowanie w przemyśle do pomiaru wszelkiego rodzaju chemikaliów, mediów agresywnych oraz substancji ściernych (np. pulp papierniczych).

akademia6

Przykład zastosowania – schemat dozowania

Głównymi aplikacjami gdzie zastosowanie znajdują przepływomierze owalno-kołowe to:
• dozowanie,
• rozdział,
• komponowanie,
• pomiar różnicowy zużycia paliwa,
• oraz inne wymagające solidnej precyzji pomiaru.

Przepływomierze owalno-kołowe mają szerokie zastosowanie do pomiaru przepływu:
• olejów lekkich i ciężkich,
• tłuszczów i lubrykantów,
• farb i lakierów,
• klejów,
• tuszów,
• chemikaliów,
• polimerów.

ZALETY I OGRANICZENIA
W artykule wspominałem już o głównych cechach przepływomierzy owalno-kołowych, które decydują o ich szerokim zastosowaniu. Wysoka dokładność – nawet 0,25% (w ograniczonym zakresie) i typowo 0,5%, znakomita powtarzalność 0,03% czy brak wymaganych odcinków prostych przed i za przepływomierzem to podstawowe zalety tych mierników. Jeśli dodamy do tego niezawodność, solidne wykonanie i łatwość w utrzymaniu, a także możliwość stosowania do bardzo lepkich cieczy nawet do 1 000 000 cP, widzimy, że przepływomierze owalno-kołowe marki Macnaught są po prostu dobrą propozycją dla wielu aplikacji.
Jak każde rozwiązanie, także przepływomierze owalno-kołowe mają swoje ograniczenia, z których najważniejsze to:
• dostosowane tylko do pomiaru cieczy,
• ciecze muszą być czyste (filtrowane),
• ciecze muszą być odgazowane (odpowietrzane),
• wymagana jest konserwacja elementów ruchomych.

autor:
Krzysztof Karasiak
kkarsiak@introl.pl