Durchflussmesser und Durchflussanzeiger
So funktionieren Durchflussmesser
Durchflussmesser mit variabler Fläche sind im Grunde vertikale, innen konisch zulaufende Rohre, die mit dem großen Ende nach oben montiert sind. Ein Schwimmer oder Rotor mit einem Außendurchmesser, der etwas kleiner ist als der Mindestdurchmesser des Rohrs, wird in das Rohr eingesetzt. Der Freiraum zwischen dem Schwimmer und dem Rohr bildet einen ringförmigen Durchgang oder eine Öffnung. Da das Rohr konisch ist, ist die Fläche dieser Öffnung größer, wenn sich der Schwimmer nahe der Oberseite befindet, als wenn er sich nahe der Unterseite befindet. Wenn das Rohr so an eine Flüssigkeitsleitung angeschlossen wird, dass die Strömungsrichtung von unten nach oben verläuft, bewegt sich der Schwimmer nach oben und wird an einem Punkt gestützt, an dem die Öffnung gerade groß genug ist, um die durch das System fließende Flüssigkeit durchzulassen.
Es wirken mehrere Kräfte – Die präzise Position des Schwimmers innerhalb des Rohrs wird durch mehrere auf ihn einwirkende Kräfte bestimmt. Mit Präzision. Diese Kräfte sind: 1. Das Gewicht des Schwimmers; 2. Der Geschwindigkeitsdruck der strömenden Flüssigkeit multipliziert mit der Fläche des Schwimmers; 3. Der Auftrieb des Schwimmers (Gewicht des vom Schwimmer verdrängten Flüssigkeitsvolumens); 4. Der viskose aerodynamische oder hydrodynamische Widerstand der Flüssigkeit auf den Schwimmer. Das Gewicht des Schwimmers wirkt nach unten, während Geschwindigkeitsdruck, Auftrieb und Widerstand nach oben auf ihn wirken.
Anzeige und Skalen – Indem das Rohr transparent gestaltet wird, sodass die Position des Schwimmers sichtbar ist, und indem an der Seite eine Skala angebracht wird, können wir die Position des Schwimmers anhand der Zahlen auf der Skala „ablesen”. Diese Skalenwerte können zwei Arten haben: 1. Sie sind willkürlich (für sich genommen haben sie keine Bedeutung, werden aber im Vergleich mit einer Kalibrierungskurve aussagekräftig) oder: 2. Sie können für die direkte Ablesung vorkalibriert werden, um den tatsächlichen Volumenstrom (in cfm, cm³ pro Minute usw.) der Flüssigkeit anzuzeigen, für die der Durchflussmesser kalibriert ist.
Begrenzende Faktoren – Obwohl die oben beschriebene Grundbeziehung linear ist, neigen bestimmte Flüssigkeitseigenschaften dazu, diese Beziehung zu verändern. Diese Veränderungen werden verstärkt, wenn die variable Öffnung zwischen Schwimmer und Rohr entweder sehr groß oder sehr klein wird. Zum Beispiel...
Schallgeschwindigkeit – Wenn die Öffnung besonders groß ist und mit einem schweren Schwimmer kombiniert wird, können die Geschwindigkeiten von Gas oder anderen Flüssigkeiten durch den Öffnungsbereich die Schallgeschwindigkeit erreichen. In diesem Messbereich führen reflektierte Stoßwellen dazu, dass der Schwimmer instabil wird und in der Regel innerhalb der Bohrung von einer Seite zur anderen und von oben nach unten schwankt. Im besten Fall macht dieser Zustand eine Messung unmöglich, im schlimmsten Fall kann sogar der Durchflussmesser zerstört werden. Durch den Einbau von Strömungsleitblechen (die in bestimmten Dwyer Rate-Master®-Durchflussmessern integriert sind) lassen sich die Stabilität und Leistung des Systems oft verbessern, indem die Strömung in mehrere Ströme geleitet wird, die dynamische Effekte ausgleichen und ein Schwingen des Schwimmers verhindern. Dies hat den neuen Effekt, dass die Grenze für einen zufriedenstellenden Betrieb nach oben verschoben wird und dadurch der Messbereich und die Genauigkeit, die wir mit einem bestimmten Durchflussmesserrohr erreichen können, erweitert werden.
Laminare Strömung – In Durchflussmessern, bei denen die Öffnungsfläche extrem klein ist, führen die Bedingungen zu einer gleichmäßigen Strömung oder laminaren Strömung. Weitere Faktoren, die zum Übergang zur laminaren Strömung beitragen, sind eine geringe Geschwindigkeit (oft in Verbindung mit einem leichten Schwimmer), eine geringe Dichte oder ein geringes spezifisches Gewicht und eine hohe Viskosität der strömenden Flüssigkeit. Wenn laminare Strömungsbedingungen vorherrschen, ist in der Regel eine stark erweiterte Skala erforderlich. Messgeräte, die im laminaren Strömungsbereich arbeiten, sind sehr schwierig herzustellen und so zu kalibrieren, dass sie die Genauigkeit erreichen, die normalerweise von Durchflussmessern mit variabler Fläche erwartet wird.
Turbulente Strömung – Die meisten Durchflussmesser mit variabler Fläche arbeiten im Messbereich der turbulenten Strömung, die unterhalb der Schallgeschwindigkeit und oberhalb des laminaren Messbereichs auftritt. Bei einer turbulenten Strömung bewegen sich die fließenden Fluidpartikel auf zufälligen Bahnen innerhalb des Stroms – und nicht in heftigen Stoßwellen wie bei einer sonischen Strömung oder auf sehr glatten parallelen Bahnen wie bei einer laminaren Strömung. Bei turbulenter Strömung folgen die Variablen den Beziehungen, die in den Kurven dargestellt sind. Diese Kurven sind bei geringen Änderungen des Drucks und der spezifischen Dichte recht genau. Bei großen Änderungen oder wenn eine Änderung der Viskosität vorliegt, ist es viel besser, den Durchflussmesser für die spezifischen Bedingungen, unter denen er verwendet wird, neu zu kalibrieren.
Reynolds-Zahlen – Reynolds-Zahlen sind nützlich für die Untersuchung des Verhaltens von Flüssigkeiten und sehr hilfreich bei der Unterscheidung zwischen laminarer und turbulenter Strömung. Die Reynolds-Zahl eines Flüssigkeitsströmungssystems wird als dimensionsloser Index beschrieben. Sie entspricht dem Durchmesser der Öffnung in Fuß multipliziert mit der durchschnittlichen Geschwindigkeit der Flüssigkeit in Fuß pro Sekunde multipliziert mit der Dichte der Flüssigkeit in Pfund pro Kubikfuß geteilt durch die absolute Viskosität in Pfund pro Sekunde Fuß. Ein System, das im Betrieb mit einer Reynolds-Zahl von weniger als 2000 arbeitet, unterliegt einer laminaren Strömung, während Reynolds-Zahlen über 3000 eindeutig im Bereich der turbulenten Strömung liegen.
So funktionieren Durchflussanzeiger
Ein Durchflussanzeiger besteht im Wesentlichen aus einem kleinen Gehäuse mit einem Glasfenster, das in eine Rohrleitung eingesetzt wird, um den Durchfluss der Flüssigkeit in der Rohrleitung zu beobachten. Um die Sichtbarkeit des Durchflusses zu verbessern, wird häufig ein Spinner in den Strömungsstrom eingebaut, sodass die auf die Spinnerflügel auftreffende Flüssigkeit diesen zum Drehen bringt. Der Spinner hilft auch bei der Erkennung geringer Durchflussmengen und sorgt für eine gute Sichtbarkeit des Durchflusses aus der Entfernung. Darüber hinaus gibt die Drehzahl einen relativen Hinweis auf die Strömungsgeschwindigkeit. Midwest-Durchflussanzeiger sind auch mit klappbaren Klappen anstelle von Spinnern erhältlich, um einen bidirektionalen Durchfluss anzuzeigen.
Durchflussanzeiger können mit einem einzigen Fenster an der Vorderseite des Anzeigers oder mit zwei Fenstern, einem an der Vorderseite und einem an der Rückseite des Anzeigers, ausgestattet sein. Geräte mit zwei Fenstern eignen sich am besten, um die Klarheit oder Farbe einer Flüssigkeit zu beobachten. Die Geräte mit einem Fenster von Midwest sind immer mit Spinnern ausgestattet, um die Beobachtung klarer Flüssigkeitsströme zu geringsten Kosten zu ermöglichen.
Vertikale Durchflussanzeiger vom Rohrtyp bestehen aus einem klaren Glasrohr, dessen Durchmesser mindestens dem Durchmesser des Rohrs entspricht, in das es eingesetzt wird, und werden zur Beobachtung hoher Durchflussraten in vertikalen Rohrleitungen verwendet. Diese Geräte sind nicht mit Spinnern oder anderen Arten von Detektionsvorrichtungen ausgestattet. Daher bieten sie keinen nennenswerten Widerstand gegen den Durchfluss und sorgen somit für den geringsten Druckabfall aller Arten von Durchflussanzeigern. Midwest-Durchflussanzeiger sind mit speziellen Materialien für verschiedene Anwendungen erhältlich. Optionale Materialien sind für Dichtungen, Spinner und Gehäuse oder Flansche erhältlich.
Midwest Sight Flow Indicators are available with special materials to meet various applications. Optional materials are available for the sealing gaskets, spinners, and housings or flanges.
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