A szerkesztő előszava: Az áramló közegek mennyiségmérése és számítása igen komoly szakmai feladat. Megtisztelő, hogy a magyar profi áramlásmérési cégek legjelentősebbjei közül kettő - a Process Control Kft. és a Flow-Cont Kft. - vezetői vállalták, hogy ismeretterjesztő cikksorozatot készítenek a PID.hu olvasói számára. Lássuk az első, bevezető részt!

Anyagáramlás-, mennyiségmérési igények meghatározásának szempontjai

cso

Mielőtt megtervezünk bármilyen anyagáramlást (mennyiséget) mérő rendszert, és kiválasztjuk a hozzá szükséges mérőeszközöket, tisztában kell lennünk azzal a feladattal és azokkal az igényekkel, amelyeknek kielégítésére a mennyiségmérő rendszer hivatott. Az igény meghatározásának nagyon sokféle szempontja lehet, ám úgy tartjuk, hogy a méréspontosságának és megbízhatóságának ismérvei azok a legfontosabb jellemzők, amelyek alapján csoportosítani lehet az áramlásmérési igényeket. Az itt bemutatott csoportosítás egyúttal a mérés megvalósításához szükséges költségszinteket is elég jól meghatározza.

Etalonok:

Az úgynevezett etalon mérések állnak a hierarchia csúcsán. Ezek a mérési eljárások és mérőberendezések valósítják meg az adott mérési terület legfejlettebb technikai színvonalát. Ilyen mérőberendezésekkel rendelkeznek az áramlásmérő eszközöket gyártó világcégek, a nemzeti kalibráló laboratóriumok, a nemzetközileg elismert és feljogosított mérőállomások, esetleg némely kiemelt oktatási intézmény vagy kutatóhely. Általában a folyadék- és gázáramlások etalon mérő állomásai külön-külön szerveződnek, továbbá az olaj- és gázipar szintén külön tart fenn magának világszerte ilyen mérőállomásokat. Az etalon mérések, illetve mérőeszközök osztályozására jó példát találunk az ISO/TR 5168:1998 (E) kiadványban. A fizikai módszereket tekintve mérőetalonként használhatók:

  • golyós kalibráló berendezések (pro verek),
  • precíziós mérlegek
  • köböző edények,
  • szonikus mérőtorkok,
  • precíziós mérőturbinák,
  • ultrahangos mestermérők stb.

Ezek a berendezések és az ezekkel megépült mérőállomások természetesen rendkívül drágák.

Elszámolási mérések:

A pénzügyi elszámolás alapmérései jelentik a következő csoportot. Ilyen elszámolási mérőállomásokat szoktak építeni nagy anyag- és energia mennyiségek átadásakor vagy átvételekor, energiatermelő és nagy fogyasztó létesítmények ki- és bemeneti pontjain. Ide tartoznak például az országhatárokon áthaladó olaj- és földgáz vezetékek mérőállomásai,vagy a fűtőerőművek un."kapumérései" stb. Az angol, amerikai szakirodalom "custody transfer" méréseknek nevezi ezt a kategóriát. A legismertebb eljárások és eszközök: - mérőperemes mérőszakaszok, - turbinás mérőállomások, - több sugárutas ultrahangos folyadék- és gázmérők, - újabban közvetlen tömegárammérők. Az ilyen elszámolási mérések alapvető tartozékai a nagyon pontos érzékelők, távadók és hozamszámító (flow-computer) készülékek. Földgáz elszámolási mérések esetében a mérőállomások gyakran gázkromatográfot is tartalmaznak. Példaként említjük, hogy egy DN 400, PN 40 méretű földgáz átadó mérőállomás hozzávetőleges költsége jelenleg 12...20 millió Ft!

Üzemviteli mérések:

Az ipari technológiák minden területén fontos a különféle csővezetékeken áthaladó anyagmennyiségek meghatározása. Ezt a típusú anyagmennyiség-számlálást a fentiekhez képest már olcsóbb mérőeszközökkel is gazdaságosan meg lehet valósítani. Ilyen méréseket tartalmaznak a különféle technológiai részlegek közötti vezetékrendszerek, valamely üzemek vagy üzemrészek energia-betáplálási helyei, adagolási- és kimérési folyamatok mérőpontjai stb. Erre a feladatra folyadékok esetében kiválóan alkalmasak a térfogat-kiszorításos mérőeszközök (oválkerekes, bolygódugattyús, lapátkerekes stb mérők). Folyadékokra, gőzökre és gázokra egyaránt jól használhatóak a mérőperemek, az örvénymérők, a turbinás áramlásmérők stb. A fogyasztásméréshez itt is elengedhetetlen a megbízható hozamszámító készülék alkalmazása. Az ilyen mérések tervezésekor és kiépítésekor különösen nagy tere van a gazdaságossági elemzéseknek, a beruházási, üzemeltetési, karbantartási költségek, valamint a megtérülés józan felmérésének. Ugyanarra a feladatra gyakorlatilag ugyanolyan jó lehet két különböző típusú és gyártmányú készülék, amelyek között viszont 4-5-szörös árkülönbség lehet!

Egyéb mérések:

Külön csoportba oszthatók az anyagmozgások figyelésére és anyagáramlások jelzésére szolgáló módszerek és eszközök. Ide tartoznak a tájékoztató jellegű technológiai mérések, amelyek többnyire csupán valamilyen átlagos mennyiségi érték becslésére, fogyasztások szélső értékeinek megállapítására szolgálnak. Ugyancsak ide sorolhatók az áramlásjelző és áramláskapcsoló eszközök amelyeknek feladata, valamely határértékek figyelése, vezérlési, üzembiztonsági, esetleg részjelzési háttér-funkciók megvalósítása. Az ilyen eszközökkel szemben a legfontosabb követelmény a megbízható ismétlőképesség és másodlagos az abszolút értelemben vett pontosság. A fizikai elvek és eszközök közül kiemeljük a torlótárcsás, torlórugós áramláskapcsolókat, valamint a hőelvonásos (termikus diszperziós) tömegáram jelző készülékeket. Természetesen bármely üzembiztosan működő áramlásmérő eszköz használható erre a célra, amennyiben a folyamatos jelet szolgáltató jelképzőhöz vagy távadóhoz határérték kapcsoló (komparátor) egységet illesztünk. Az önálló áramláskapcsoló eszközök ma már elég olcsón kaphatók és ahol a folyamatos mérés nem igény, ott ezek alkalmazása ajánlott.

Az előzőekben felsorolt mérésfajták képezik mind az iparban, mind a kommunális szolgáltató hálózatokban alkalmazott áramlásmérések zömét. Külön kell említést tennünk a gyógyászatban és az orvostechnikában alkalmazott speciális áramlásmérő berendezésekről, amelyek minősítése és kezelése teljesen elkülönült az ipari eszközökétől. Ezeken az oldalakon a továbbiakban ilyen mérésekkel nem foglalkozunk.

Ismét csak külön csoportba oszthatók a kísérleti kutatási mérések. Ebben a kategóriában az eddig említett bármely mérési mód vagy mérőeszköz előfordulhat és alkalmas lehet, sőt bizonyos kísérletek esetében a legmeglepőbb kombinációban állítják össze a kísérletek idejére a mérőrendszert.

Az ipari áramlásmérési módszerek és eszközök választékának áttekintése

A választékot a működés alapvető fizikai elve és módszere, valamint az ezeket alkalmazó eszközök megkülönböztethetősége alapján állítottuk össze. Minden más rendező elv (a mérendő anyag halmazállapota, a szerkezeti jellemzők, pontosság, gyártmány-típus stb.) kevésbé alkalmas a mérés/mérő működési lényegének megértésére, ezáltal az alkalmazás előnyeinek és korlátainak felelős mérlegelésére. Az alábbiakban az iparban használatos legelterjedtebb mérési elveket és a készülékféleségeket soroljuk fel. A tudományos kutatás és a nagy kalibráló laboratóriumok ezeken kívül is használnak eszközöket, melyeket most nem tárgyalunk.

Áramlási sebességet mérő eszközök:

  • Turbinás mérők
  • Szárnykerekes mérők
  • Örvényleválást és örvényhaladást mérők
  • Elektromágneses folyadékmérők
  • Ultrahangos áramlásmérők
  • Különféle nyomjelzős mérőberendezések

guadalupe

Ezekkel az eszközökkel közvetlenül mindig csak a tényleges térfogatáramot mérjük, a tömegáram meghatározásához még sűrűségszámításra vagy közvetlen mérésre is szükség van. Az elektromágneses, a turbinás és az ultrahangos mérők másodlagos és használati etalonokként is jól alkalmazhatóak. Fenti képünkön a Mexico melletti Guadalupe sziget által keltett felhőörvények láthatóak, illusztrálandó az örvényleválásos mérők elvét.

Térfogatkiszorításos mérők: 

  • Forgódugattyús mérők
  • Bolygódugattyús mérők
  • Oválkerekes átfolyásmérők
  • Fogaskerekes átfolyásmérők
  • Bolygótárcsás mérők
  • Forgódobos térfogatszámlálók
  • Membrános gázmérő(órá)k

oval

Jellemzőjük a finoman illesztett mechanikus mérőművel végrehajtott térfogat(adag)számlálás megvalósítása. Legtöbbször önálló, kompakt mérőként gyártják, helyi kijelző és számlálószerkezettel. Opcióként távadóval, távszámlálásra alkalmas impulzusadóval stb. is szállítják ezeket a típusokat. Az oválkerekes, a forgó- és bolygódugattyús átfolyásmérők a legpontosabb folyadékmérőknek számítanak ( 0,1...0,25 % !)

Tömegáram-mérő eszközök:

Ezek jellemzője, hogy a mérőmű és/vagy mérőjelképző szerkezet kimenőjele közvetlenül az áthaladó tömegárammal arányos.

  • Termometriás (hőelvonásos, DT-szenzoros stb.) áramlásmérők
  • Coriolis erő hatását használó mérők
  • Giroszkópos mérők
  • Hangsebességű (szónikus) mérőtorok és Venturi -fúvóka
  • Hidraulikus Wheatstone híd

coriolis

A giroszkópos mérő és a hidraulikus Wheatstone híd nálunk (és általában Európában) a ritkán használatos eszközök közé tartozik. Folyadékok tömegáramának mérésére használják. A hidraulikus Wheatstone híddal 50...100-szoros átfogás is megvalósítható, és elérhető a 0,5 % relatív mérési hiba.

Közvetett vagy összetett működésű mérők:

Az elnevezés onnan adódik, hogy az ide sorolt jelképző eszközök legalább kétféle fizikai, pontosabban áramlástani jellemző együttes hatásából képződő kimenőjelet szolgáltatnak. Általában összetett hidromechanikai és kinematikai jelenségek illetve folyamatok zajlanak le a primer eszközben és annak áramlástechnikailag mérvadó környezetében. Ilyenek:

  • Mérőperem, mérőtorok, Venturi cső
  • Torlócsövek (átlagoló Pitot-cső)
  • Rotaméter (változó keresztmetszetű mérő)
  • Torlórugós mérők
  • Céltáblás áramlásjelző, -mérő

perem

Az első három típusba tartozó eszközök az iparban eléggé elterjedtek, nagy hagyománnyal rendelkező, kipróbált és bevált áramlásmérőknek számítanak. A mérőperemet, mérőtorkot, Venturi csövet és torlócsövet Dp (nyomáskülönbség) elvű mérőknek is nevezik. A velük kiépített mérőkörök dp-távadót és intelligens hozamszámító készüléket igényelnek. Az ilyen típusú mérőrendszerek képezik az elszámolási mennyiségmérések 65-80 %-át szerte a világon!