Sensorer, effektorer och fysik. Mätning av flöde, flödeshastighet, nivå och luftföroreningar

Storlek: px

Starta visningen från sidan:

Download "Sensorer, effektorer och fysik. Mätning av flöde, flödeshastighet, nivå och luftföroreningar"

Kjell Lindgren
för 8 år sedan
Visningar:

1 Sensorer, effektorer och fysik Mätning av flöde, flödeshastighet, nivå och luftföroreningar

2 Innehåll Volymetriska flödesmätare Strömningslära Obstruktionsmätare Mätning av massflöde Mätning av flödeshastighet Nivåmätning Mätning av luftföroreningar

3 Volymetriska flödesmätare Använder hinkprincipen Används av kommunala vattenverk Fördelar: Mäter korrekt, oberoende av flödesförhållanden. Drivs av fluidens tryck. Billig. Nackdelar: Stort tryckfall. Kräver ren fluid. Fungerar inte vid låga flöden.

4 Strömningslära Betrakta ett flöde i ett rör med en förträngning v 1 v Masskonservering ger för en inkompressibel fluid att Q = v A1 = 1 v A

5 Strömningslära Bernoullis ekvation: 1 1 ρ v1 + p1 + ρgz1 = ρv + p + ρgz Volymsflödet kan bestämmas mha kontinuitetsekvationen och Bernoullis ekvation Q = 1 ( A / A ) (( p + ρ gz ) ( p + ρ )) A 1 1 gz ρ 1

6 Obstruktionsmätare Det finns tre vanliga typer av obstruktionsmätare för att mäta volymsflöde: Venturirör Munstycke Strypfläns

7 Venturirör v 1 v Q = ( A / A ) (( p + ρ gz ) ( p + ρ )) CA 1 1 gz 1 ρ 1

8 Venturirör Konstanten C beror på förhållandet mellan diametrarna och Reynoldstalet Re = Fördelar och nackdelar: Låga tryckförluster Dyra ρvd µ

9 Strypfläns Strypflänsen, som är en platta med ett hål i, bildar en förträngning i röret. Genom att mäta trycket framför och bakom flänsen kan flödet bestämmas. Billig. Höga tryckförluster

10 Munstycke Mellanting mellan strypfläns och Venturirör

11 Laminära flödesmätare Vid laminärt flöde (låga Re) är volymsflödet proportionellt mot tryckgradienten ( p p ) 4 πd 1 Q = 18µ L Vid högre Reynoldstal blir flödet turbulent och tryckfallet blir proportionell mot kvadraten på flödeshastigheten.

12 Rotameter En rotameter består av en svävkropp i ett koniskt glas som hålls svävande av flödet. De krafter som verkar på svävkroppen är tyngdkraften, buoyancykraften (Archimedes princip) och strömningsmotståndet. FB FD W

13 Rotameter För att svävkroppen skall vara i jämvikt vid en ändring av flödeshastigheten så rör den sig vertikalt i röret. Om tvärsnittsytan ökar linjärt med höjden så blir volymsflödet proportionellt mot höjden.

14 Turbinflödesmätare Flödet driver ett turbinhjul på vilken det sitter magneter. Rotationsfrekvensen mäts med en magnetisk induktionsspole. Rotationsfrekvensen är proportionell mot volymsflödet. God noggrannhet Oftast inget behov av kalibrering. Stort linjärt mätområde. Bör inte användas för fluider som innehåller partiklar som kan sätta igen lager.

15 Mätning av massflöde Principen för en typ av termiska massflödesgivare bygger på att temperaturskillnaden mellan en uppvärmd och en icke uppvärmd temperaturgivare mäts. Temperaturskillnaden beror på massflödet. En annan metod är att mäta skillnaden i temperatur före och efter en elektrisk värmare med effekt q.

16 Mätning av massflöde Massflöde m& = c p q ( ) T T 1 Värmare, effekt q Temperatur givare T 1 Temperatur givare T

17 Mätning av massflöde Mätning av massflöde mha Corioliskraft A B B Sett från sidan A Sett uppifrån

18 Mätning av massflöde Ett horisontellt u-format rör svänger run axeln AA. Pga av Corioliskraften kommer röret att börja vrida sig runt axeln BB. Utslaget beror på massflödet genom röret.

19 Mätning av flödeshastighet Prandtl-rör (Pitot-static probe) Ett av de vanligaste givarna för mätning av flödeshastighet Mäter skillnaden mellan stagnationstrycket (stillastående fluid) och det statiska trycket (trycket i den strömmande fluiden). Flödeshastigheten kan bestämmas mha Bernoullis lag p V = ρ

20 Mätning av flödeshastighet Varmtrådsanemometern består av en tunn tråd av tantal, typiskt 1mm lång och 10 µm tjock. Två typer: konstant ström eller konstant temperatur. God rymdupplösning Komplicerad och relativt dyr

21 Mätning av flödeshastighet Principen bakom laser-doppler anemometern (LDA) är att mäta dopplerskiftet för laserljus som reflekterats mot stoftpartiklar i fluiden. Normalt används två laserstrålar som bildar ett interferensmönster med ljusa och mörka ränder. När stoftpartiklarna passerar detta mönster så sprider de ljus endast när de är i de ljusa områdena. Genom att mäta modulationsfrekvensen hos det spridda ljuset kan flödeshastigheten bestämmas.

22 Mätning av flödeshastighet Mikropropeller: flödeshastigheten kan bestämmas mha propellerns varvtal.

23 Nivåmätning Flottör Deplacementsmätare: mäter lyftkraften på en mätkropp som befinner sig i ett fixerat läge. Nivåmätning genom vägning. Tryckmätning Konduktansmätning Nivåmätning mha mätning av absorption av gammastrålning

24 Nivåmätning Kapacitansmätning: kapacitansen mellan elektroden och behållarväggen är ett mått på nivån i tanken.

25 Nivåmätning Mätning av nivå mha ultraljud L = ct

26 Mätning av luftföroreningar Icke-dispersiv IR-detektor (NDIR) Mäter absorptionen av IR strålning i ett visst våglängdsintervall. Används för att mäta koncentration av kolmonoxid, koldioxid och svaveldioxid.

27 Mätning av luftföroreningar Kemiluminiscens NO + O NO * 3 NO NO + ljus + O Används för att mäta koncentration av kvävemonoxid, kvävedioxid och ozon. *

28 Mätning av luftföroreningar Flamjoniseringsdetektorn (FID) bygger på principen att det bildas joner i flamman då kolväten förbränns tillsammans med syre. De laddade partiklarna i flamman fångas upp på två elektroder, vilket medför att en liten ström kan uppmätas. Strömmens storlek är ett mått på koncentrationen av kolväten.

Relevanta dokument

p + ρv ρgz = konst. [z uppåt] Speciellt försumbara effekter av gravitation (alt. horisontellt):

p + ρv ρgz = konst. [z uppåt] Speciellt försumbara effekter av gravitation (alt. horisontellt): BERNOULLIS EKVATION Vid inkompressibel, stationär strömning längs strömlinjer samt längs röravsnitt med homogena förhållanden över tvärsnitt, vid försumbara effekter av friktion, gäller Bernoullis ekvation: