Az ipar minden területén ugrásszerűen növekszik napjainkban az igény az elektronikus, mozgó alkatrész nélküli és távadásra is képes áramlásmérőkre. Ezek a 21. század szigorú követelményeinek megfelelő, karbantartást nem igénylő, digitális jelfeldolgozáson alapuló, joghatású mérésekre is alkalmas áramlásmérők többféle mérési elv alapján működhetnek.Rövid áttekintést adunk a főbb működési elvekről és egy gyártó konkrét megoldásairól

Elektromágneses áramlásmérők

A Faraday-féle indukciós törvényen alapuló áramlásmérés (röviden: indukciós áramlásmérők) a legalább 5 mS/cm vezetőképességgel rendelkező folyadékok esetén a legkedvezőbb árú és mérési pontosságú, elektronikus elvű áramlásmérő. A különböző belső bevonatoknak és elektródáknak köszönhetően gyakorlatilag minden telt szelvényben áramló folyadék (víz, szennyvíz, sav, lúg, alkohol, tej stb.) pillanatnyi és összegzett térfogatáramának mérésére és távadására alkalmasak.
A mérés során az érzékelő - egy acélcső, karimákkal, gerjesztőtekercsekkel, szigetelt elektródapárral - tekercseit mágnesezőárammal gerjesztik. A cső belsejében keletkező inhomogén mágneses térben elmozduló folyadék a vele érintkezésben lévő két mérőelektródában az áramló folyadék átlagsebességével arányos feszültséget indukál. Ezt az analóg feszültségjelet egy A/D átalakító digitális jellé konvertálja, és egy digitális szűrő segítségével kiszűri az esetleges zajokat. A jelfeldolgozó hosszú távú és hőmérséklet-elkúszásból adódó pontatlanságait egy belső ellenőrző áramkör folyamatosan figyeli és kompenzálja. A mérés során létrejött pillanatnyi térfogatáram értéke megjeleníthető a távadó elektronika kijelzőjén, és elvezethető az analóg és digitális kimenetek felhasználásával.
Az indukciós áramlásmérők távadó-elektronikája programozható áram-, frekvencia- és relékimenettel is rendelkezik, két irányban összegzi az áramló folyadék mennyiségét, üres cső esetén letiltja a mérést, valamint beállítható az áramlási alulvágás értéke. Adagolás-üzemmóddal rendelkeznek, alsó és felső áramlási határérték-figyelést is végeztethetünk a készülékkel, valamint öndiagnosztikai rendszere szöveges üzeneteket ír ki a műszer működéséről az alfanumerikus LCD-kijelzőjére. Relé- és digitális kimenete egy-egy konkrét jelenség monitorozására programozható. Az analóg 4 ... 20 mA kimenete a NAMUR-előírás szerint hibajelzést képes adni. Alternáló polaritású, egyenáramú előmágnesezése révén a nullapontfelvétele automatikus. A 20 mA-hez tartozó maximális áramlási érték és annak mértékegysége, valamint a tizedespont utáni kijelzett számjegyek száma szabadon programozható.
A Siemens cég által forgalmazott indukciós áramlásmérők esetén a digitális kommunikációs modulok akár utólag, szabadkézzel bepattinthatóak, illetve cserélhetőek. A rendelkezésre álló digitális protokollok: HART, MODBUS/RTU, Profibus DP/PA, Fundation-Fieldbus. Az áramlásmérők helyszíni, kiépítés nélküli minőség-ellenőrzésére egy terepi tanúsítóbőrönd zárt rendszerű bevizsgálást végez. A víziparban gyakran szükséges, hogy egy külső elektromos parancs hatására a mérés érzékenysége változtatható, így éjszakai és nappali vízfogyasztás nagy átfogással mérhető és regisztrálható legyen. Elemes változata is létezik, amely MID-tanúsítvánnyal is szállítható, azaz nem igényel hazai hitelesítést elszámolástárgyú mérések esetén.
Az indukciós elven működő áramlásmérők előnyei között szerepel, hogy forgó, mozgó, kopó, belógó alkatrészük nincs, így nem okoznak nyomásesést, emellett ezek az áramlásmérők különleges karbantartást sem igényelnek. Főbb alkalmazási területük: víz-, szennyvíz-, élelmiszer- és vegyipar.

Tömegáramlás-mérők

A tömegáramlás mérése egy szimmetrikus csőrendszer középpontjában rezgetett és a gerjesztésre szimmetrikusan elhelyezkedő, parányi rezgésérzékelőiben a Coriolis-erő által okozott deformáció keltette fáziseltérés mérésén alapul. Ez a mérési elv 0,1% mérési pontosságot biztosít a mindenkori mért tömegáram értékére vonatkozóan.

A mérés során a meghajtó áramkör a rezonanciafrekvenciát megkeresve rezgeti a mérőcsövet. Ha a rezgetett csőben folyadék vagy gáz áramlik, akkor a fellépő Coriolis-erő következtében a cső két vége rugalmasan deformálódik, amely deformáció a két érzékelőtekercsen vett rezgések közötti fáziseltéréseként mérhető. Nyugalomban lévő közeg esetén nincs fáziskülönbség a két jeladó jelei között, de áramlás esetén a tömegárammal arányos a mért fáziskülönbség. A tömegáram mérése mellett rugóállandókompenzáció céljából szükség van a pillanatnyi mérőtest hőmérsékletére, amelyet Wheatstone-hídba kötött Pt1000-es érzékelő figyel. A harmadik paraméter, amit a mérő szolgáltat, a mért közeg sűrűsége, ami a rezgőrendszer mért rezonanciafrekvenciájával arányos.
A két érzékelőtekercsről, a hőmérséklet-érzékelőből és a vezérlő áramkörből jövő jelet a jelfeldolgozó digitálisan feldolgozza, és átszámítja tetszőlegesen kiválasztható mértékegységű tömegáram-, sűrűség-, hőmérséklet- és térfogatáram-értékekre.
A Siemens által gyártott tömegáramlás-mérő sajátossága a belső elágazásoktól és hegesztésektől mentes, hajlított, egycsöves rendszer, amely a felépítési elv biztosította viszonylagos nagy elmozdulások miatti kiemelkedően nagy érzékenységgel, robusztus falvastagsággal és jó zavartűréssel, valamint önleürülő képességgel rendelkezik. Jellegzetessége, hogy a mérés pontossága független a mért közeg viszkozitásától, sűrűségétől és nyomásától. Az elektronikában alkalmazott egyedi mikroprocesszor-lapka által formázott jelek a kijelzőn kívül analóg, digitális, illetve relékimeneteken is elérhetőek. Az indukciós áramlásmérőknél említett kommunikációs modulok ehhez az elektronikához is alkalmazhatóak.
Főbb alkalmazási területe: vezetőképesség nélküli, kisebb átmérőjű csövek esetén: olajipar, vegyipar, élelmiszeripar, gyógyszeripar.

Ultrahangos elven működő áramlásmérők

Az ultrahangos elven működő áramlásmérők mérőcsövében az áramlási iránnyal azonos, majd ellentétes irányban ferdén átlőtt ultrahangcsomagok nem azonos idő alatt futják be a piezoelven működő adó-vevők közti távolságot. A futásidő-különbség a közeg áramlási sebességével, egy adott áramlási profil és csőkeresztmetszet esetén a térfogatáram nagyságával lineárisan arányos, 0,5%-os tipikus mérési pontossággal.
Ennek a mérési elvnek azon területeken van nagy jelentősége, ahol az indukciós áramlásmérők az elvárt minimális vezetőképesség hiánya miatt nem alkalmazhatóak, illetve olyan nagy átmérőjű csővezetékek esetén, ahol a tömegáramlás-mérők nem gazdaságosak, vagy gyártásuk már nem lehetséges.
A Siemens cég az 1200 mm feletti átmérőjű csövek esetén költségoptimalizálás céljából nem csak a megszokott karimás kivitelt, hanem utólag, a cső falára felcsatolható (ún. clamp-on rendszerű) ultrahangos áramlásmérőt is ajánl (vagy a cső falába utólag befúrható kivitelt, ha elvárás, hogy az érzékelőszondák az áramló közeggel közvetlen kapcsolatban legyenek). Ezek rendeléséhez mindössze a mérendő cső külső átmérőjét, falvastagságát és anyagát kell megadni, pl.: beton, szénacél vagy rozsdamentes acél. Az ultrahangos elvű áramlásmérők előnye, hogy a mérés független a folyadékban bekövetkezett hőmérséklet-, sűrűség-, nyomás- és vezetőképesség-változástól. Ha a mérendő folyadék nem tiszta, zavaros emulziók vagy szennyvíz áramlásmérése esetén Doppler-elvű mérőfej ad megbízható mérési eredményt. Akkumulátoros táplálású, Rb-s és IP65-ös kivitelű elektronikák is rendelkezésre állnak.
Fő alkalmazási területük: erőművi sótalanított vizek mérése, távfűtő rendszerek, hőmennyiségmérők, petrokémiai ipar.

Örvényleválásos elven működőáramlásmérők

Vortex mérőknek is nevezi a szakirodalom az angol elnevezés alapján. Áramló közeg esetén a mérőcsőben egy átmérő mentén elhelyezkedő ún. zavaró test után ébredő Kármán-féle örvények váltakozó, alternáló fázisban jelentkeznek a zavaró test utáni nyomásérzékelőkben (mint egy zászlórúdon csapkodó zászló). A nyomásérzékelés történhet kapacitív vagy piezoelektromos elven.

Egy adott Reynolds-szám-tartományban a mért örvények frekvenciája egyenesen arányos az áramlási sebességgel és így az átáramlott közeg mennyiségével. Differenciálerősítők segítségével azonos fázisban érkező (zavaró) rezgések kioltják, míg a váltakozó fázisban érkező hasznos mérendő jelek erősítik egymást, növelve ezzel a mért feszültség jel-zaj viszonyát.
A Siemens által forgalmazott örvénymérők elektronikája a mérőbe beintegrált belső hőmérsékletmérővel és opcionálisan szintén beépíthető nyomásérzékelővel a mért gáz, gőz vagy folyadék nyomás- és hőmérséklet-korrigált értékét méri és összegzi, illetve közvetíti a folyamatirányító számítógépek felé. A mért három paraméter alapján az átáramlott gőz energiáját is képes mérni, a hagyományos t/h mértékegység helyett kWh vagy GJ mérésére is alkalmasak.
Alkalmazásuk gázok, telített gőz, túlhevített gőz, levegő és kis viszkozitású folyadékok esetén előnyös.

További információ