Zrozumienie zasad działania przepływomierzy: wyjaśnienie turbinowych, elektromagnetycznych i Coriolisa

Dokładny pomiar przepływu jest sercem kontroli procesów. Niezależnie od tego, czy jest to woda w zakładzie komunalnym, ropa naftowa w rurociągu, czy mleko w zakładzie mleczarskim, wybór odpowiedniego przepływomierza zaczyna się od zrozumienia jak działa każda technologia.

Poniżej omówimy trzy najczęściej używane typy przepływomierzy — turbinowe, elektromagnetyczne (Mag) i Coriolisa — badając ich zasady, zalety, ograniczenia i najlepsze zastosowania.

1. Przepływomierze turbinowe

Zasada działania

Przepływomierz turbinowy wykorzystuje energię kinetyczną płynącej cieczy do obracania wirnika z wieloma łopatkami zamontowanego w korpusie miernika.

• Prędkość wirnika jest wprost proporcjonalna do objętościowe natężenie przepływu.
• Odbiornik magnetyczny lub optyczny wykrywa przechodzące łopatki, generując impulsowy sygnał wyjściowy.

Zalety

• Wysoka dokładność dla czystych, stabilnych cieczy
• Szeroki zakres pomiarowy (dobry współczynnik regulacji)
• Stosunkowo niski koszt

Ograniczenia

• Wymaga czystych cieczy lub gazów — cząstki mogą uszkodzić wirnik
• Ruchome części oznaczają zużycie z czasem
• Wydajność wpływa na zmiany lepkości

Typowe zastosowania

• Przekazywanie własności czystych paliw
• Dystrybucja wody w systemach HVAC
• Pomiar chemikaliów o niskiej lepkości

2. Przepływomierze elektromagnetyczne (Magmetry)

Zasada działania

Oparte na prawie indukcji elektromagnetycznej Faradaya:

Gdy przewodząca ciecz przepływa przez pole magnetyczne, indukowane jest napięcie proporcjonalne do jej prędkości.

• Magmetr generuje kontrolowane pole magnetyczne w poprzek rury przepływowej.
• Elektrody odbierają napięcie wytworzone przez płynącą ciecz.
• Ten sygnał napięciowy jest konwertowany na objętościowe natężenie przepływu.

Kluczowa uwaga: Ciecz musi być przewodząca elektrycznie (np. > 5 µS/cm).

Zalety

• Brak ruchomych części → niskie koszty konserwacji
• Niezależny od ciśnienia, temperatury lub lepkości (w granicach)
• Może mierzyć brudne lub korozyjne ciecze

Ograniczenia

• Nie może mierzyć cieczy nieprzewodzących (np. oleje, gazy)
• Wymaga pełnej rury, aby zapewnić dokładność

Typowe zastosowania

• Uzdatnianie wody i ścieków
• Przepływ szlamu i pulpy w przemyśle wydobywczym i papierniczym
• Dozowanie chemikaliów

3. Przepływomierze masowe Coriolisa

Zasada działania

Miernik Coriolisa mierzy przepływ masy bezpośrednio wykorzystując efekt Coriolisa:

• Miernik ma jedną lub więcej wibrujących rur.
• Gdy ciecz przepływa, masa powoduje przesunięcie fazowe (skręcenie) w wzorcu wibracji.
• Czujniki wykrywają to skręcenie, które jest proporcjonalne do masowego natężenia przepływu.
• Ten sam pomiar ujawnia również gęstość cieczy.

Zalety

• Bezpośredni pomiar przepływu masy (brak potrzeby kompensacji temperatury/ciśnienia)
• Mierzy gęstość i temperaturę jednocześnie
• Wysoka dokładność dla cieczy i gazów
• Obsługuje lepkie, brudne lub wielofazowe ciecze

Ograniczenia

• Wyższy koszt niż inne typy
• Większe rozmiary mogą być ciężkie
• Wrażliwy na zewnętrzne wibracje, jeśli nie jest prawidłowo zainstalowany

Typowe zastosowania

• Przekazywanie własności produktów naftowych
• Precyzyjne dozowanie w przemyśle spożywczym i napojów
• Kontrola podawania reakcji chemicznych

4. Wybór odpowiedniego przepływomierza

Ostateczne przemyślenia

Przepływomierze nie są rozwiązaniem uniwersalnym.

• Turbinowe: doskonałe dla czystych cieczy o niskiej lepkości, gdzie kluczowy jest koszt.
• Magmetry: idealne dla cieczy przewodzących, nawet gdy są brudne lub korozyjne.
• Coriolis: niezrównane, gdy precyzyjny przepływ masy i gęstość mają największe znaczenie.

Dopasowując zasadę działania do warunków procesowych, inżynierowie zapewniają dokładny pomiar, zmniejszone koszty konserwacji i optymalne koszty cyklu życia.