Mekaniske mengemålere
(Bilde: Endress+Hauser)

Flowskolen 2:8

Mekaniske mengemålere

Automatiserings ”Flowskole” del 2 dekker de vanligste mekaniske mengdemålere for industrielle formål.

Dette inkluderer måleblende, venturirør, annubar, vortex, ”Variable Area”/rotameter, turbinmålere og IMO-målere.

 

Vi starter med trykkdifferansemeterne (DP – Differential Pressure), måleblende, venturirør og annubar. Felles for teknologien, er måling av trykkforskjellen før og etter sensoren. Differansetrykket er et uttrykk for gjennomstrømnings-volumet.

 

Måleblende

 

Måleblende er, ved siden av elektromagnetiske mengdemålere, det mest brukte måleprinsippet. Det skapes et trykkfall, som er proporsjonalt med kvadratet av gjennomstrømningshastigheten

 

Mediet må være i en fase. Ved flere faser, oppstår stor måleusikkerhet. Dersom faseforholdet er kjent, kan det måles med en nøyaktighet på 10 – 50 %. Men normalt blir feilen langt større, og målingene blir derfor helt uten mening.

 

I en ideell verden skal mediet være rent. Urenheter tetter trykk uttakene. Avleiringer påvirker også måleblendens strømningsgeometri.

 

Trykk og temperatur påvirker målingen. Disse parameterne må enten være konstante eller korrigert for.

 

Densiteten må oppgis i formelen for beregning av både masse og volumstrøm.

 

En måleblende kan kun benyttes på en turbulent (fullt utviklet flowprofil) strømning. Det bør unngås et differansetrykk på over 1 bar, da det er fare for deformasjon av selve platen. Normalt anbefales en beregning som tilsvarer et differansetrykk på 0,5 bar.

 

Blenden skal plasseres i et rør der profilen er fullt utviklet uten rotasjon. Pulserende strømninger bør unngås, da dette fenomenet reduserer målingens nøyaktighet. Oppstrømskanten på blendeplaten skal være skarp. Dersom denne avrundes, øker målefeilen betraktelig. Der det måles på et eroderende medium, er det spesielt viktig at måleblenden kontrolleres med faste intervall.

 

Målingen fra en blende er ikke lineær, kvadratroten må tas av hver målte verdi.

 

Installasjon

 

Det er ikke uvanlig med visse feil på selve transmittermontasjen og rørføringen frem til denne. Det er viktig at blenden blir plassert riktig når det gjelder eksentrisitet. Dette er en av de mest vanlige feilene, og som forårsaker store feilmålinger. Pass også på pakninger mellom blende og flens. Feil med innstikk i røret skaper stor unøyaktighet. En måleblende som monteres feil vei, kan gi feilmålinger i en størrelse på 15 – 30 %. Følg leverandørens anvisninger nøye.

 

Impulsledningen, trykkuttak, bør ha en diameter over 6 mm. Rørene skal helle nedover fra trykkuttaket ved væskemåling, mens de bør stige oppover ved gassmåling. Det er viktig å passe på god isolasjon dersom mediet er nær duggpunkt eller kokepunkt.

 

Venturirør

 

Venturirøret kan skilte med laveste trykktapet blant differansetrykkmålerne. Dette skyldes den strømlinjeformede utførelsen. Trykktapet begrenser seg til 15 % av målt differansetrykk, mens tilsvarende trykktap for måleblenden er 50 – 100 %.

 

Venturirørets kompliserte form er allikevel en ulempe, da den medfører høye fremstillingskostnader.

 

Annubarmåleren

 

Denne gjennomstrømningsmåleren skaper i prinsippet en middelverdi. Måleren består av to målesonder. Den fremre måler det dynamiske trykket, den bakre det statiske trykket. Trykkforskjellen er, ifølge Bernouilli, proporsjonalt med kvadratet av gjennomstrømningshastigheten.

 

Middelverdien oppnås ved at den fremre sonden måler det dynamiske trykket i et antall punkter langs rørdiameteren. Dette fører til at en middelverdi automatisk dannes.

 

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

 

Vortex

 

Vortexmåleren utnytter en effekt som kalles ”virvelutløsning” rundt en obstruksjon i rørtverrsnittet. For at denne egenskapen skal kunne utnyttes, og gi en tilstrekkelig grad av nøyaktighet, må visse betingelser være oppfylt. Effekten av avviket fra disse betingelsene, vil i stor grad avhenge av konstruksjonsdetaljer som utformingen av obstruksjonen, og metoder for deteksjon av virvelutløsningene. Det finnes en rekke patenterte utforminger og løsninger.

 

Vortex-målere er beregnet for måling av enfase medier, væske eller gass. I en blanding vil måleprinsippet ikke fungere. Dette er tilfelle dersom kavitasjon opptrer. Kavitasjon unngås dersom oppstrømstrykket er større en 4 x Dp + 1.25pv, hvor Dp= trykkfallet over måleren og pv= væskens damptrykk ved de aktuelle driftsbetingelsene.

 

Sårbar sensor

 

Vortexmåleren skal kun måle på renest mulig medier. Partikler kan ødelegge for deteksjonen av virvelene, fordi deler av målerens sensordel kan blokkeres.

 

Høye temperaturer kan skade sensoren, og kan utvide væsken i trykksensoren. Lave temperaturer, i forbindelses med væskemåling, øker faren for kavitasjon. En stor forskjell mellom kalibreringstemperatur og driftstemperatur, vil påvirke kalibreringskonstanten.

 

Måleren fungerer godt for et stort densitetsområdet, ved gassmåling bestemmer densiteten det nedre måleområdet. Densiteten må også være kjent for å beregne massemengden. I slike tilfeller skal densiteten måles ca. 0,5 x Diameter nedstrøms obstruksjonslegemet.

 

Maksimal måling må ikke ligge i den frekvensen som skaper problemer for detektorens tidsrespons. Det er også viktig at maksimalt måleområde ikke skaper kavitasjon ved virvelavløsningen.

 

Installasjon

 

Måleren er laget for å operere i en rotasjonsfri og turbulent strømning. Kravene til rettstrekk, før og etter måleren, er derfor vitale. For eksempel et bend, med en avstand på 10 x rørdiameter, kan medføre en feil på +/-3 %. En strømningsretter kan derfor være et viktig verktøy for god installasjon av dette måleprinsippet.

 

Alle anslutninger, til måleren, må ha samme indre diameter som måleren. Pakninger må ikke påvirke strømningsprofilen, da ethvert avvik vil medføre målefeil. Sjekk derfor diameter nøye, og tilpass eventuelle rør og flenser til måleren. Forsøk å bruke rør som beholder den opprinnelige ruhet.

 

Vibrasjoner fra prosessrøret er uønsket, da dette kan påvirke sensorene. Målerne kan både plasseres horisontalt eller vertikalt.

 

”Variable Area”/Rotameter

 

”Variable Area” (VA) mengdemålere kalles ofte rotameter, selv om det ikke er likhetstegn mellom de to navnene. Rotameter er en målertype som er enkel i bruk, og lite følsom overfor installasjonseffekter. Men dette må sees i forhold til den moderate nøyaktighet målertypen har.

 

Måleprinsippet består av en flyter i et rør. Den beveger seg avhengig av mediets trykk. Tre krefter påvirker flyteren:

  • Oppstrømskraften, skapt av mediet.
  • Oppdriften, som er konstant ved konstant densitet.
  • Tyngdekraften, som er konstant.

 

Materialene i måleren må være tilpasset mediet. Leverandørene passer normalt på at måleren er designet for oppgitte medier. Dette er meget viktig, da en korrosjon eller erosjon på noen få hundredels millimeter kan bety feil i området 10 - 20 %.

 

Rotameteret er beregnet for måling av medier som kun er i en fase, enten ren gass eller ren væske. Ved urenheter gir måleren feil målinger.

 

Densitet og viskositet

 

Strømningsraten, gjennom måleren, er avhengig av densitet og viskositet. For gasser, er det derfor nødvendig å korrigere for trykk og temperatur. Viskositeten må ikke overstige den grense som produsenten oppgir, for å opprettholde den oppgitte nøyaktighet. Densiteten må være konstant.

 

Måleområdet, for de fleste rotametere, er 1:10 til 1:12, med andre ord et godt dynamisk området. Usikkerheten er betydelig større ved de laveste 20% av området i forhold til mellom 50% og 100 % av måleområdet.

 

Rotameteret er ikke avhengig av hastighetsprofilen ved innløpet til måleren. Det er derfor ikke krav til rett strekk før eller etter måler. Rotameteret skal monteres vertikalt, tommelfinger regelen sier at måleren skal plasseres i lodd. Det finnes VA-metere for horisontal montering. Riktig avlesning for gjennomsiktige rotametere er meget viktig.

 

Les også

Mediets egenskaper og strøming.

Riktig måler på rett plass.

De ti mengemålingsbud.

Mesterlig mengdemåling.