Ugrás a tartalomhoz

Géptan

Stein Vera (2014)

Óbudai Egyetem, Bánki Donát Gépész és Biztonságtechnikai Mérnöki Kar

14.2. Térfogatáram-mérés

14.2. Térfogatáram-mérés

A közegáram kivételes folyamatjellemző, amelynek mérésére az ipari folyamatokban a teljesítmény meghatározásán túl, még szabályozási célból is szükség lehet.

Közegáram mérésére nincs univerzális módszer. A mérőműszer alkalmassága függ, többek közt, a mérendő közeg halmazállapotától, az áramlási csatorna geometriai viszonyaitól, a közeg viszkozitásától, a mérendő közeg és a mérőműszer járulékos kölcsönhatásától és a kívánt mérési tartománytól, ill. pontosságtól.

A térfogatáram mérésére alkalmas eszközöket, a sebességeloszlástól való függés alapján, három csoportba szoktuk sorolni.

A "köböző" vagy "térfogat-kiszorításos" eljárások számára az áramlás sebességeloszlása közömbös. Közös vonásuk, hogy a mérés alkalmával jól meghatá­rozott térfogat telik meg, majd ürül ki, és a berendezés a leürülések frekvenciáját számlálja. Ide sorolhatók pl. vegyszerek adagolószivattyúi, ömlesztett, szemcsés anyagok cellás adagolóberendezései, vagy a forgódugattyús gázmérő stb. Hátrányuk, hogy viszonylag terjedelmesek, elhasználódásra hajlamosak, karbantartás- és kalibrálásigényük jelentős, és drágák.

Az átlagsebesség-mérő eljárások alapelve változatos. Közös vonásuk, hogy a sebességeloszlás kisebb hibái a mérési pontosságot alig befolyásolják. Alkalmazási körük széles. Egy német felmérés szerint az iparban alkalmazott áramlásmérő eszközök túlnyomó része ide tartozik. A megoszlásban még a szűkítő elemes (38%) eszközök vezetnek, de figyelemre méltó az indukciós mérők (15%) előretörése is. Ide sorolható a szűkítő elemes eszközökön kívül pl. a mérőturbina, az indukciós-, az örvényes-, és az ultrahangos elven működő mérők.

A szűkítő elemes áramlásmérő eszközök közül jegyzetünkben a Venturi-csövet, és mérőperemet fogjuk bemutatni. Egyszerűségével és elterjedt használatával kiemelkedik közülük a mérőperem.

A pontbeli sebességmérésre alapozott eljárások akkor alkalmazhatók, ha a sebességeloszlás állandó, ilyenkor a rögzített ponton mért áramlási sebesség a térfogatárammal arányos.

14.2.1. A köbözés

A köbözés a folyadékot szállító nyitott rendszerek esetén a legegyszerűbb, és pontos módszer a közegáram meghatározására.

A csővezetékben áramló folyadékot egy olyan tartályba vezetik, amely alkalmas a beömlő közeg mennyiségének meghatározására súlyméréssel, vagy - ismert A keresztmetszet esetén - Δh szintváltozás mérésével. Az adott mennyiség beömlése közben eltelt Δt időt külön kell mérni, és a mért értékek hányadosaként a térfogatáramot meghatározni:

q V Q = A · Δ h Δ t .

14.2.2. Venturi-cső

A Venturi-csövet áramlási sebességek méréséhez használják, és lehetőséget biztosít a térfogatáram meghatározására is. Zárt csővezetékbe épített konfúzorból és diffúzorból áll, melyek között rövid, állandó keresztmetszetű szakasz van. Az elrendezés a konfúzor előtti és utáni nyomás különbségének mérésére alkalmas úgy, hogy a megcsapolásokat egy U csöves manométerhez csatlakoztatjuk.

123. ábra. Venturi-cső

123. ábra. Venturi-cső

Mivel az 1 és 2 pontok geometriai magassága megegyezik, így ezek a tagok a csőre felírt Bernoulli-egyenletből elhagyhatók:

p 1 ρ · g + v 1 2 2 · g = p 2 ρ · g + v 2 2 2 · g

p 1 p 2 = Δ p = ρ 2 · v 2 2 v 1 2

Ha a manométerben ρmf sűrűségű mérőfolyadék van, akkor a manométer legalsó közegváltási szintjére felírt egyensúlyi egyenlete:

p1 + Δhρg = p2 + Δhρmfg

p1p2 = Δp = Δhg ⋅ (ρ − ρmf).

Mivel a kontinuitás törvénye miatt

A1v1 = A2v2,

így a három egyenletből a folyadékáram már kiszámítható:

v 1 = 2 · g · Δ h · ρ mf ρ 1 A 1 A 2 2 1

q V Q = A 1 · v 1 = A 1 · 2 · g · Δ h · ρ mf ρ 1 A 1 A 2 2 1

Levezetésünkben a keresztmetszetet módosító elemek veszteségeit elhanyagoltuk. A pontos mérés érdekében a Venturi-csövet kalibrálni kell.

14.2.3. Mérőperem

A Venturi-cső elvén működő szabványosított mérőeszköz a mérőperem.

124. ábra. Mérőperem

124. ábra. Mérőperem

Előnye a Venturi-csővel szemben, hogy a megcsapolások nem az örvénylő zónába nyúlnak, így ingadozásoktól mentes értékeket mérhetünk vele.