Co je to hmotnostní průtokoměr a jak funguje?

Tepelný hmotnostní průtokoměr měří průtok hmoty plynu na základě konvekčního přenosu tepla z ohřátého povrchu do proudící tekutiny. Základní součástí tepelného hmotnostního průtokoměru jsou dva teplotní snímače s elektrickým ohřívačem mezi nimi. Ohřívač může vyčnívat do proudu tekutiny nebo může být vně potrubí.

V minulosti se hmotnostní průtok často vypočítával z výstupů objemového průtokoměru a hustoměru. Hustota byla buď přímo měřena, nebo byla vypočtena pomocí výstupů snímačů prosesní teploty a tlaku.

Tato měření hmotnostního průtoku nebyla příliš přesná, protože vztah mezi procesním tlakem nebo teplotou a hustotou není vždy přesně znám – každý snímač přidává svou vlastní samostatnou chybu k celkové chybě měření a rychlost odezvy u takovýchto výpočtů obvykle není dostatečná pro detekci skokových změn průtoku.

Jak funguje hmotnostní průtokoměr?

Hmotnostní průtokoměry fungují buď na principu zavedení známého množství tepla do proudícího média a měření související změny teploty, nebo udržování sondy na konstantní teplotě a měření energie k tomu potřebné.

Tepelné průtokoměry poskytují široký rozsah měření (10:1 až 100:1), pokud jsou provozovány v režimu konstantního teplotního rozdílu. Alternativně, pokud je přívod tepla konstantní, schopnost detekovat velmi malé teplotní rozdíly je omezená a přesnost i rozsah klesá. Při normálním průtoku jsou chyby měření obvykle v rozsahu 1-2% z plného rozsahu.

Běžné aplikace hmotnostních průtokoměrů

Tepelné hmotnostní průtokoměry se často používají při monitorování nebo řízení procesů souvisejících s hmotností, např. chemické reakce, které závisí na relativních hmotnostech nezreagovaných složek, jako jsou různé receptury, stanovení materiálové bilance a operace fakturace a dohledu. Protože se jedná o nejkritičtější měření průtoku ve zpracovatelském závodě, je spolehlivost a přesnost měření hmotnostního průtoku velmi důležitá.

Při zjišťování hmotnostního toku stlačitelných par a plynů není měření ovlivněno změnami tlaku a/nebo teploty. Jednou ze schopností tepelných hmotnostních průtokoměrů je přesně měřit nízké průtoky plynu nebo nízké rychlosti plynu (méně než 0,7 metrů za minutu) – mnohem nižší, než lze detekovat jakýmkoli jiným zařízením.

Tepelné průtokoměry poskytují široký rozsah, pokud jsou provozovány v režimu konstantního teplotního rozdílu. Na druhou stranu, pokud je přívod tepla konstantní, schopnost detekovat velmi malé teplotní rozdíly je omezená a přesnost i rozsah měření klesá. Při normálních průtocích jsou chyby měření obvykle v rozsahu 1-2% z plného rozsahu.

Tyto snímače jsou k dispozici ve vysokotlakém a vysokoteplotním provedení a v provedení ze speciálních materiálů- včetně skla, Monelu a PFA. Provedení snímačů s přímým průtokem se používají k měření malých průtoků čistých látek (tepelná kapacita je konstantní, pokud je plyn čistý), zatímco konstrukce typu bypass a sonda mohou detekovat velké průtoky v potrubích, spalovacích komínech a sušičkách.

Principy hmotnostních průtokoměrů

Tepelné hmotnostní průtokoměry se nejčastěji používají pro regulaci malých průtoků plynu. Fungují buď zavedením známého množství tepla do proudícího média a měřením související změny teploty, nebo udržováním sondy na konstantní teplotě a měřením energie k tomu potřebné. Základní součásti tepelného hmotnostního průtokoměru jsou dvě teplotní čidla a mezi nimi elektrický ohřívač. Ohřívač může vyčnívat do proudu tekutiny nebo může být vně potrubí.

Výkon potřebný k udržení teplotního rozdílu je přímo úměrný hmotnostnímu průtoku. Hmotnostní průtok (m) se vypočítá na základě naměřeného teplotního rozdílu (T1 – T2), koeficientu měřícího přístroje (k), hodnoty elektrického tepla (q) a měrného tepla tekutiny (Cp).

Zde je vzorec:

M=Kq/(Cp(T1 – T2))

Jaká jsou omezení hmotnostního průtokoměru?

Teplotní hmotnostní průtokoměry mohou mít velmi vysoký rozsah měření a přiměřenou přesnost, ale mají také vážná omezení. Mezi potenciální problémy patří kondenzace vlhkosti (v nasycených plynech) na teplotním detektoru. Taková kondenzace způsobí snížení měřené teploty a může vést ke korozi. Povlak nebo nahromaděný materiál na snímači také zabrání přenosu tepla a způsobí snížení měřené teploty. Další potenciální zdroje chyb zahrnují změny měrného tepla způsobené změnami ve složení plynu.

Tepelné hmotnostní průtokoměry se běžně používají pro měření průtoku spalovacího vzduchu ve velkých kotlích, měření polovodičových procesních plynů, vzorkování vzduchu v jaderných elektrárnách, měření procesních plynů v chemickém a petrochemickém průmyslu, výzkumné a vývojové aplikace, plynovou chromatografii, včetně filtrace a testování těsnosti. Pro měření čistých plynů při nízkých rychlostech jsou rovněž vhodné anemometry se žhaveným tělískem/drátem. Pro některé aplikace s prouděním kapalin (včetně kašovitých médií) jsou vhodné Venturiho snímače. Tepelné hmotnostní průtokoměry jsou vhodné pro aplikace s velkým rozsahem a přesností měření velmi malých průtoků, ale lze je použít i při měření velkých průtoků jako je spalovací vzduch, zemní plyn nebo rozvody stlačeného vzduchu.

► UKÁZAT PRŮTOKOMĚRY