Μετάβαση στο περιεχόμενο

ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ ΜΕΤΡΗΣΗΣ ΡΟΗΣ

Ροόμετρα διαφορικής πίεσης: η κλασική, τυποποιημένη μέτρηση για υγρά, αέρια και ατμό

Το ροόμετρο (ή παροχόμετρο) διαφορικής πίεσης έχει δύο μέρη: ένα πρωτεύον στοιχείο μέσα στη σωλήνωση — διάφραγμα, σωλήνα venturi, ακροφύσιο ή σωλήνα pitot — που δημιουργεί μια διαφορά πίεσης, και έναν πομπό (μεταδότη) διαφορικής πίεσης που τη μετρά. Η παροχή υπολογίζεται από την τετραγωνική ρίζα αυτής της διαφοράς. Είναι από τις παλαιότερες και πιο διαδεδομένες μεθόδους, τυποποιημένη διεθνώς (ISO 5167), και μετρά υγρά, αέρια και ατμό, ακόμη και σε υψηλές θερμοκρασίες και πιέσεις. Ο κατάλογός μας περιλαμβάνει τους πομπούς διαφορικής πίεσης· τα πρωτεύοντα στοιχεία δεν είναι στον κατάλογο, και σε αυτό το άρθρο περιγράφονται ως μέρος της τεχνολογίας.

Οι πομποί διαφορικής πίεσης του καταλόγου μας

Πώς λειτουργεί ένα ροόμετρο διαφορικής πίεσης

Όταν ένα ρευστό περνά από ένα στένωμα, αναγκάζεται να επιταχυνθεί, και καθώς επιταχύνεται η πίεσή του πέφτει — το ενεργειακό ισοζύγιο που περιέγραψε ο Bernoulli. Το πιο συνηθισμένο στένωμα είναι το διάφραγμα: μια λεπτή πλάκα, σφιγμένη ανάμεσα σε δύο φλάντζες, που έχει στο κέντρο της μια κυκλική οπή με κοφτερή ακμή. Μία λήψη πίεσης βρίσκεται πριν από την πλάκα και μία μετά, και ένας πομπός διαφορικής πίεσης μετρά τη διαφορά τους, Δp.

Η ταχύτητα μέσα από το στένωμα αυξάνεται με την τετραγωνική ρίζα της Δp, και το ίδιο η παροχή: τετραπλάσια διαφορική πίεση σημαίνει μόλις διπλάσια παροχή, και στη μισή παροχή η διαφορική πίεση πέφτει στο ένα τέταρτο. Ο πομπός ή το σύστημα αυτοματισμού υπολογίζει την τετραγωνική ρίζα της Δp που μετριέται, ώστε η ένδειξη να είναι ανάλογη της παροχής. Η ίδια τετραγωνική ρίζα στενεύει το εύρος που μπορεί να αξιοποιηθεί: σε μικρή παροχή η Δp γίνεται τόσο μικρή, ώστε ένα μικρό σφάλμα της γίνεται μεγάλο σφάλμα στην παροχή.

Για να μετατραπεί η Δp σε παροχή, ο υπολογισμός χρειάζεται επίσης τη διάμετρο της οπής και του σωλήνα, τον συντελεστή εκροής του στοιχείου και την πυκνότητα του ρευστού. Για τα διαφράγματα, τα ακροφύσια και τους σωλήνες venturi, το πρότυπο ISO 5167 δίνει αυτές τις σχέσεις, έτσι ένα τυποποιημένο στοιχείο διαστασιολογείται με υπολογισμό, από τις διαστάσεις του. Με γνωστή πυκνότητα, το αποτέλεσμα είναι παροχή όγκου ή μάζας. Στα αέρια και στον ατμό η πυκνότητα αλλάζει με την πίεση και τη θερμοκρασία, γι’ αυτό μετριούνται κι αυτές και η παροχή διορθώνεται — συνήθως στον πομπό ή σε έναν υπολογιστή ροής.

Το πρωτεύον στοιχείο επιλέγεται ανάλογα με την εφαρμογή. Το διάφραγμα είναι το πιο απλό και το πιο φθηνό, αλλάζει εύκολα ή αντικαθίσταται με άλλο για διαφορετικό εύρος παροχής, αλλά το μεγαλύτερο μέρος της διαφορικής πίεσης που δημιουργεί χάνεται οριστικά. Ο σωλήνας venturi στενεύει και ανοίγει ξανά σταδιακά, άρα ανακτά το μεγαλύτερο μέρος της πίεσης· είναι όμως μακρύτερος και ακριβότερος. Το ακροφύσιο βρίσκεται κάπου ανάμεσα και αντέχει καλά τον ατμό με μεγάλη ταχύτητα. Ο σωλήνας pitot — συνήθως pitot μέσης τιμής, που μετρά σε πολλά σημεία κατά μήκος της διαμέτρου — μπαίνει από μια μικρή οπή και ταιριάζει σε μεγάλους σωλήνες και αεραγωγούς, με πολύ μικρή πτώση πίεσης.

  • Το υγρό, το αέριο ή ο ατμός που κυλά μέσα στον σωλήνα
  • Το διάφραγμα: μια λεπτή πλάκα με οπή στο κέντρο, που στενεύει τη ροή
  • Οι γραμμές ροής: στενεύουν μέσα από την οπή και ανοίγουν ξανά μετά από αυτήν
  • Οι λήψεις πίεσης πριν και μετά την πλάκα, και οι πιέσεις p₁ και p₂ που μεταφέρουν
  • Ο πομπός διαφορικής πίεσης, πάνω σε πολλαπλή βαλβίδων: μετρά τη Δp = p₁ − p₂
  • Η πίεση κατά μήκος του σωλήνα: πέφτει απότομα μετά την πλάκα και ανακτάται μόνο εν μέρει· η πτώση ανάμεσα στις λήψεις είναι η Δp (πορτοκαλί), και ό,τι δεν ανακτάται ποτέ είναι η μόνιμη πτώση πίεσης
  • Η παροχή αυξάνεται με την τετραγωνική ρίζα της Δp: τετραπλάσια διαφορική πίεση, διπλάσια παροχή

Πού ταιριάζει ένα ροόμετρο διαφορικής πίεσης — και πού όχι

Ιδανικό για

  • Ατμό, κορεσμένο ή υπέρθερμο, σε υψηλές θερμοκρασίες και πιέσεις — με διόρθωση πίεσης και θερμοκρασίας, από τις συνήθεις επιλογές
  • Υγρά και αέρια σε υψηλή πίεση και θερμοκρασία: το πρωτεύον στοιχείο είναι ένα απλό μεταλλικό εξάρτημα στη γραμμή, και ο πομπός βρίσκεται πάνω σε γραμμές λήψης, μακριά από τη διεργασία — το DP-4000 του καταλόγου μας αντέχει στατική πίεση έως 160 bar (προαιρετικά 250 bar)
  • Μεγάλους σωλήνες και αεραγωγούς, με pitot μέσης τιμής που μπαίνει από μια μικρή οπή: χαμηλό κόστος και πολύ μικρή πτώση πίεσης
  • Μετρήσεις που πρέπει να ακολουθούν πρότυπο: τα διαφράγματα, τα ακροφύσια και οι σωλήνες venturi κατά ISO 5167 διαστασιολογούνται με υπολογισμό, και ένα διάφραγμα αντικαθίσταται εύκολα για νέο εύρος παροχής
  • Αέρα καύσης και καυσαέρια σε αεραγωγούς και κλιβάνους, όπου οι διαφορικές πιέσεις είναι μικρές — ο D34 του καταλόγου μας είναι φτιαγμένος για εφαρμογές καύσης και ροής αέρα, όπως η μέτρηση ελκυσμού
  • Εγκαταστάσεις που ήδη χρησιμοποιούν πομπούς διαφορικής πίεσης για πίεση και στάθμη: το ίδιο όργανο, τα ίδια ανταλλακτικά και η ίδια τεχνογνωσία και για την παροχή

Χρειάζεται προσοχή όταν

  • Το εύρος παροχής είναι μεγάλο: λόγω της τετραγωνικής ρίζας, εύρος 1:100 στη διαφορική πίεση αντιστοιχεί σε μόλις 1:10 στην παροχή, και το κάτω άκρο του εύρους είναι το λιγότερο ακριβές
  • Η ενέργεια άντλησης ή συμπίεσης έχει σημασία: το διάφραγμα αφήνει μόνιμη πτώση πίεσης — ένας σωλήνας venturi, ή μια τεχνολογία χωρίς τίποτα μέσα στον σωλήνα, χάνει πολύ λιγότερη
  • Το ρευστό είναι βρόμικο ή λειαντικό, ή αφήνει επικαθίσεις: τα στερεά μαζεύονται στην πλάκα ή φράζουν τις γραμμές λήψης, και μια φθαρμένη ακμή της οπής αλλάζει την ένδειξη χωρίς καμία προειδοποίηση
  • Το υγρό είναι πολύ παχύρρευστο, όπως το βαρύ μαζούτ σε χαμηλή ταχύτητα: η σχέση ανάμεσα στη Δp και στην παροχή παύει να είναι σταθερή — ένα ροόμετρο θετικής εκτόπισης ή ένα Coriolis ταιριάζει συνήθως καλύτερα
  • Το ευθύ τμήμα είναι μικρό: ένα ροόμετρο διαφορικής πίεσης θέλει τυπικά 10–40 D ανάντη, περισσότερο από τις περισσότερες τεχνολογίες
  • Χρειάζεστε τη μεγαλύτερη δυνατή ακρίβεια: η συνολική ακρίβεια εξαρτάται από το πρωτεύον στοιχείο, την εγκατάστασή του και τα στοιχεία του ρευστού, όχι μόνο από τον πομπό — στα υγρά, ένα Coriolis δίνει καλύτερη ακρίβεια

Σύγκριση με τις άλλες τεχνολογίες

Τυπική ακρίβεια κάθε τεχνολογίας μέτρησης ροής, ± % της μέτρησης, σε λογαριθμική κλίμακα. Όσο πιο αριστερά, τόσο ακριβέστερη. Τονισμένη είναι η τεχνολογία αυτού του άρθρου.
  • Coriolis±0,1–0,2 %
  • Ηλεκτρομαγνητικά±0,2–0,5 %
  • Υπέρηχοι±0,5–2 %
  • Διαφορική πίεση (η τεχνολογία αυτού του άρθρου)±0,5–2 %
  • Μεταβλητή διατομή±1,6–4 % *
  • Vortex±0,75–2 %
  • Θερμική μέτρηση μάζας±1–3 %
  • Θετική εκτόπιση±0,2–0,5 %
  • Τουρμπίνα±0,5–1 %

Τυπικά εύρη για υγρά (θερμική μέτρηση μάζας: αέρια), ± % της μέτρησης· για μεταβλητή διατομή, η κλάση ακρίβειας (*). Η ακρίβεια ενός συγκεκριμένου οργάνου εξαρτάται από το μοντέλο, το μέγεθος και την εγκατάσταση — την επιβεβαιώνουμε για τη δική σας εφαρμογή.

 Όλες οι τεχνολογίες

Εγκατάσταση ροομέτρου διαφορικής πίεσης

Οι σχέσεις του ISO 5167 ισχύουν μόνο για σταθεροποιημένο προφίλ ροής, χωρίς περιστροφή, γι’ αυτό το πρωτεύον στοιχείο θέλει ευθύ σωλήνα πριν και μετά από αυτό. Πόσο, εξαρτάται από το στοιχείο, από τον λόγο β (διάμετρος οπής προς διάμετρο σωλήνα) και από το εξάρτημα ανάντη: τυπικά 10 έως 40 D ανάντη και 5 D κατάντη (D = ονομαστική διάμετρος) — τα περισσότερα μετά από δύο καμπύλες σε διαφορετικά επίπεδα, μια μισάνοιχτη βάνα ή ένα μεγάλο β. Ο σωλήνας venturi θέλει λιγότερο από το διάφραγμα, και ένας ευθυγραμμιστής ροής μπορεί να μικρύνει το ευθύ τμήμα.

Ο πομπός πρέπει να «βλέπει» τις πραγματικές πιέσεις στις λήψεις, άρα οι γραμμές λήψης δεν πρέπει να παγιδεύουν αέριο όταν μετράμε υγρό ούτε υγρό όταν μετράμε αέριο. Η θέση του πομπού εξαρτάται από το ρευστό: κάτω από τις λήψεις στα υγρά, πάνω από αυτές στα αέρια, και κάτω από αυτές, με δοχεία συμπυκνώματος, στον ατμό. Οι γραμμές πρέπει να είναι όσο γίνεται πιο κοντές, να έχουν συνεχή κλίση χωρίς ψηλά ή χαμηλά σημεία, και να περνούν η μία δίπλα στην άλλη, ώστε να έχουν την ίδια θερμοκρασία:

Ευθύ τμήμαΤυπικά 10 έως 40 D ευθύ σωλήνα πριν από το πρωτεύον στοιχείο, ανάλογα με το στοιχείο, το β και το εξάρτημα ανάντη, και 5 D μετά από αυτό.
Υγρά: πομπός κάτω από τις λήψειςΠάρτε την πίεση από το πλάι του σωλήνα — όχι από την κορυφή, όπου μαζεύεται αέριο, ούτε από τον πυθμένα, όπου κατακάθονται στερεά. Οι γραμμές κατεβαίνουν με κλίση προς τον πομπό, ώστε οι φυσαλίδες να ανεβαίνουν πίσω στον σωλήνα.
Αέρια: πομπός πάνω από τις λήψειςΠάρτε την πίεση από την κορυφή του σωλήνα και τοποθετήστε τον πομπό από πάνω, ώστε το συμπύκνωμα ή οι σταγόνες υγρού να επιστρέφουν στον σωλήνα αντί να γεμίζουν τις γραμμές.
Ατμός: δοχεία συμπυκνώματοςΟι λήψεις είναι στο πλάι του σωλήνα, και κάθε γραμμή έχει ένα δοχείο συμπυκνώματος στο ίδιο ύψος. Κάτω από τα δοχεία οι γραμμές μένουν γεμάτες με συμπύκνωμα, που κρατά τον ατμό μακριά από τον πομπό, τοποθετημένο από κάτω.
Πολλαπλή βαλβίδων (manifold)Μια πολλαπλή τριών βαλβίδων απομονώνει κάθε πλευρά του πομπού και, με τη βαλβίδα εξίσωσης, ενώνει τις δύο πλευρές, ώστε να ελεγχθεί το μηδέν χωρίς να αφαιρεθεί ο πομπός.
  • Τοποθετήστε το διάφραγμα με τη σωστή φορά, με την κοφτερή ακμή της οπής προς τα ανάντη (τα περισσότερα έχουν σήμανση), κεντραρισμένο στον σωλήνα, και με παρεμβύσματα που δεν προεξέχουν μέσα στον σωλήνα.
  • Μην ανοίγετε ποτέ τη βαλβίδα εξίσωσης όσο είναι ανοιχτές και οι δύο βαλβίδες απομόνωσης: το ρευστό θα περνούσε μέσα από την πολλαπλή, και στον ατμό θα χανόταν το συμπύκνωμα των γραμμών. Ακολουθήστε τη σειρά ανοίγματος και κλεισίματος των βαλβίδων που ορίζει ο κατασκευαστής.
  • Στον ατμό, γεμίστε τις γραμμές και τα δοχεία με νερό πριν από την εκκίνηση, ώστε ο ατμός να μη φτάσει ποτέ στον πομπό: το DP-4000 του καταλόγου μας, για παράδειγμα, έχει όριο θερμοκρασίας διεργασίας −20…+80 °C (προαιρετικά +100 °C).
  • Η τετραγωνική ρίζα υπολογίζεται μία φορά — στον πομπό ή στο σύστημα αυτοματισμού, όχι και στα δύο — και το εύρος του πομπού ρυθμίζεται στη μέγιστη διαφορική πίεση του πρωτεύοντος στοιχείου.

Ροόμετρα διαφορικής πίεσης ανά κλάδο

Ενέργεια & ΙσχύςΑτμός προς στροβίλους και καταναλωτές, νερό τροφοδοσίας λεβήτων και καύσιμο — στον ατμό με διόρθωση πίεσης και θερμοκρασίας — καθώς και αέρας καύσης και καυσαέρια στους αεραγωγούς των λεβήτων, όπου ο D34 του καταλόγου μας είναι φτιαγμένος για μετρήσεις ελκυσμού και θαλάμου καύσης.Πετρέλαιο & Φυσικό ΑέριοΦυσικό αέριο και αέρια διεργασίας με διαφράγματα κατά ISO 5167, και γραμμές υδρογονανθράκων σε υψηλή πίεση και θερμοκρασία, όπου ο πομπός βρίσκεται πάνω σε γραμμές λήψης, μακριά από τη διεργασία — το DP-4000 αντέχει στατική πίεση έως 160 bar (προαιρετικά 250 bar).ΧημικάΑτμός και βοηθητικά δίκτυα, καθώς και γραμμές διεργασίας με αέρια ή διαβρωτικά υγρά: το DP-4000 διατίθεται και με μεμβράνη από Hastelloy C ή ταντάλιο για διαβρωτικά ρευστά.Τρόφιμα & ΠοτάΑτμός προς δοχεία μαγειρέματος, αποστειρωτές και συστήματα καθαρισμού (CIP), για να φαίνεται πού πηγαίνει η ενέργεια. Οι ίδιες οι γραμμές προϊόντος θέλουν συνήθως όργανο υγιεινού σχεδιασμού χωρίς τίποτα μέσα στη ροή, όπως ένα ηλεκτρομαγνητικό ή ένα Coriolis.Νερό & ΛύματαΑέρας αερισμού από τους φυσητήρες προς τις δεξαμενές βιολογικού καθαρισμού, συχνά με pitot μέσης τιμής ή venturi σε μεγάλους αεραγωγούς και σωλήνες, όπου η πτώση πίεσης πρέπει να μένει μικρή. Για το ίδιο το νερό, πρώτη επιλογή είναι συνήθως ένα ηλεκτρομαγνητικό ροόμετρο.Ορυχεία, Μεταλλεύματα & ΜέταλλαΑέρας καύσης, αέρια διεργασίας και ατμός σε καμίνους, κλιβάνους και ξηραντήρες. Για πολτούς μεταλλεύματος και απορρίμματα εμπλουτισμού, που θα έφραζαν τις γραμμές λήψης, ασφαλέστερη επιλογή είναι ένα ηλεκτρομαγνητικό ροόμετρο.

Ροόμετρα διαφορικής πίεσης: συχνές ερωτήσεις

Ρωτήστε για μέτρηση παροχής με διαφορική πίεση

Πείτε μας ποιο είναι το ρευστό (υγρό, αέριο ή ατμός), τη διάμετρο του σωλήνα, το εύρος παροχής, την πίεση και τη θερμοκρασία, και αν υπάρχει ήδη πρωτεύον στοιχείο στη γραμμή — και οι μηχανικοί μας θα σας προτείνουν τον κατάλληλο πομπό, με τιμή και χρόνο παράδοσης.