ANDURID
VOOLUHULGA ANDURID
Termin vooluhulk tähendab vedelike või gaaside liikumist torudes või avatud kanalites. Seda iseloomustavateks parameetriteks on vooluhulk ja voolamiskiirus.
Vooluhulk on aine kogus – vedelik või gaas, mis läbib torusid või avatud kanaleid kindla ajavahemiku jooksul. Vedelike või gaaside vooluhulga mõõtmise ühikud tuginevad aine mahule või kaalule teatud ajavahemiku jooksul.
Ruumala põhiühik on m3/s, mis määrab läbiva gaasi või vedeliku ruumala ajaühikus. Lisaühikuna võidakse kasutada l/s, mis määrab läbiva gaasi või vedeliku ruumala liitrites. Vedeliku vooluhulga saab arvutada voolamiskiiruse ja läbitava toru või kanali ristlõike pindala korrutisega.
Vooluhulga kaalu mõõtmiseks kasutatakse ühikut kg/s. See määrab läbiva vedeliku või gaasi kaalu (kilogrammides) ajaühikus.
Teised ühikud vooluhulga mõõtmiseks on ft3/s (kuuptolli sekundis) ning ka lb/s (naela sekundis).
Pöörlevad vooluhulga andurid
Pöörlevates vooluhulga andurites muundatakse propelleri või turbiini pöörlev liikumine vooluhulga parameetrite lugemiks. Vooluhulga suurenemisel rootori pöörlemiskiirus suureneb samuti.
Propelleriga vooluhulga andurid
Seda tüüpi vooluhulga muundurid põhinevad vooluga käitaval propelleril (joonis 6.1). Propelleri pöörlemist mõõdetakse anduritega ja seda saab lugeda elektrooniliselt teostatud mõõteahelaga. See on üks odavamaid praktiliselt kasutatavatest vooluhulga muundurite konstruktsioonidest.
1 – propeller, 2- vool
Joonis 6.1 Propelleriga vooluhulga andur [63]
Turbiini ja induktiivmuunduriga andurid
Seda tüüpi andurites on turbiiniga rootor monteeritud toru keskele ja kui aine (vedelik või gaas) liigub, paneb see turbiini pöörlema (joonis 6.2).
1 – mittemagnetilisest materjalist toru;2 – turbiin; 3 – ferromagnetiline varras;
4– püsimagnet; 5 - pool
Joonis 6.2
Turbiini on pressitud ferromagnetiline varras. Torust väljapoole selle vahetusse lähedusse on paigutatud püsimagnet. Magneti ümber on paigutatud mõõtemähis. Püsimagnet tekitab magnetvoo, mis on maksimaalne, kui varras on sellega paralleelne ja minimaalne, kui varras on risti. Magnetvoo muutuse tulemusena indutseeritakse mõõtemähises e.m.j., mis on võrdeline turbiini pöörlemiskiirusega
(6.1)
ja vastavalt – voolukiirusega. Selle kiiruse alusel saab arvutada aine vooluhulga.
Rõhu mõõtmisel põhinevad vooluhulga andurid
Kalibreeritud piluga
Kalibreeritud pilu on vedeliku või gaasi voolu suunas laienev avaga metalldiafragma (joonis 6.3). See on paigaldatud voolusuunaga risti. Pilu mõlemal poolel on mõõteavad, mis näitavad rõhku enne ja pärast pilu. Voolu väärtus määratakse rõhkude vahe alusel.
1 – kalibreeritud pilu, 2-mõõteavad
Joonis 6.3 Kalibreeritud piluga vooluhulga andur [63]
Venturi toruga
Venturi toruga voolumõõtja (joonis 6.4) kasutab kalibreeritud piluga sama põhimõtet, nimelt – rõhkude erinevust. Venturi toru tekitab kalibreeritud piluga võrreldes vähem keeriseid. Seetõttu neid ei kasutata suure läbimõõduga torudes. Rõhumõõteavad on paigutatud Venturi toru kõige laiemasse ja kitsaimasse ossa.
Joonis 6.4 Venturi toru vooluhulga andur [63]
Düüsiga
Seda tüüpi voolumuundur (joonis 6.5) töötab kalibreeritud pilu ja Venturi toruga sarnasel põhimõttel. Düüsi geomeetria on määratud toru diameetriga.
Joonis 6. Düüsiga vooluhulga andur [63]
Ultraheli vooluhulga andurid
Ultraheli vooluhulgaandurid mõõdavad ultrahelisignaali ajalist viivitust voolu läbimisel voolusuunas ja vastuvoolu. Ultrahelisignaali liikumiskiirus vedeliku voolusuunas on kiirem kui vastuvoolu.
Ultraheliga vooluhulga mõõtmiseks kasutatakse järgnevaid meetodeid:
- pideva ultrahelisignaaliga;
- tekitades ultraheli impulsse;
- kasutades Doppleri efekti.
Pideva ultrahelisignaaliga
Pideva ultrahelisignaali kasutamisel tekib faasinihe väljastatava ja tagastuva signaali vahel. Faasinihke alusel määratakse vooluhulga väärtus.
Tekitades ultraheli impulsse
Ultraheli impulssidega mõõtmisel (joonis 6.6) kasutatakse kahte ultraheli impulsside saatjat, mis väljastavad impulsse aine (gaasi) voolusuunas ja vastuvoolu. Mõõdetakse impulsside vastuvõtmise viivitust. Vooluhulga väärtus määratakse impulsside mõlemas suunas vastuvõtmise viivituste erinevuse alusel.
1- ultraheli emitterid-vastuvõtjad, 2- vool [63]
Joonis 6.6 Ultraheli vooluhulga andur
Kasutades Doppleri efekti
Teine tehnika vooluhulga mõõtmiseks kasutab nn Doppleri efekti. Doppleri efekt on vastuvõetava sageduse muutus signaaliallika ja/või vastuvõtja liikumisel üksteise suhtes. Sagedus suureneb, kui allikas ja vastuvõtja lähenevad ja väheneb, kui nad kaugenevad. Sageduse muutus, kui nii allikas kui vastuvõtja liiguvad, avaldub järgmise valemiga:
kus f’ on vastuvõetud sagedus, f on
väljastatav sagedus, v on heli kiirus
ning v0 ja vs on vastavalt vaatleja ja
allika kiirused.
Joonis 6.7 Ultraheli vooluhulga andur kasutades Doppleri efekti [63]
Selle meetodiga (joonis 6.7) tehakse kindlaks ultraheli peegeldumine voolavatelt osakestelt. Osakesele langemisel ultrahelisignaal peegeldub ja tema sagedus muutub. Voolamiskiiruse kindlaksmääramiseks kasutatakse sageduse muutust. Selle meetodi puuduseks on võimaliku mõõtevea kasv osakeste arvu suurenemisel.
Magnet-induktiivsed vooluhulga andurid
Magnet-induktiivsed vooluhulga andurid (joonis 6.8) põhinevad magnetväljas risti jõujoontega liikuva kindla pikkusega l voolujuhis tekkivale elektromotoorjõule. Sel juhul vedelik täidab liikuva voolujuhi rolli. Vedelik peab olema elektrit juhtiv. Toru mõlemale küljele on paigutatud elektroodid, mis praktiliselt määravad voolujuhi pikkuse l. Indutseeritud pinge on võrdeline aine kiirusega. Seda tüüpi andurid on täpsed aga kallihinnalised.
1- induktsioonpoolid; 2 - elektroodid
Joonis 6.8 Magnet-induktiivsed vooluhulga andur [63]
Kalorimeetrilised vooluhulga andurid
Meetod põhineb küttekeha tekitatud temperatuuri levimisele. Temperatuuri mõõdetakse küttekeha suhtes sümmeetriliselt paigutatud kahe anduriga (joonis 6.9). Vedeliku või gaasi liikumine on võrdeline kahe anduri näitude erinevusega. Tööpõhimõte hõlmab suure mõõtetäpsuse tagamiseks aine temperatuurikompensatsiooni.
1– küttekeha juhtimine; 2 – mõõteseade;
Joonis 6.9 Kalorimeetrilised vooluhulga andur [63]
Vooluhulga keerisandurid
Vooluhulga keerisandurid (joonis 6.10) põhinevad keeriste tekkimisele vedelikes või gaasides aine voogu paigutatud barjääri mõjul. Nad ei sisalda liikuvaid osi, mis on eeliseks mõnedes rakendustes. Keeriste sagedus ja hulk on võrdeline vooluhulgaga. Sellisel meetodil teostatud mõõtemuundurid on sobivad suuremate vooluhulkade mõõtmiseks, kuid väikeste vooluhulkade juures on viga suurem.
Keeriste arvu saab mõõta, kasutades termistore, ultraheli- ja optilisi andureid, samuti ka tensoandureid, mahtuvuslikke ja piesoelektrilisi andureid.
1- voolusuund; 2- barjäär; 3, 4 - andurid keeriste mõõtmiseks
Joonis 6.10 Vooluhulga keerisandur [63]
Vooluhulga andurid avatud kanalitele
Praktikas on sageli tarvis mõõta vedeliku voolu avatud kanalites. Sel juhul kasutatakse peamiselt kahte meetodit:
ülejooksuteega (spillway) (joonis 6.11a);
kanaliga (flume) (joonis 6.11b);
a b
1 – ülejooksutee, 2- tasemeandur, 3- ava (chute), 4- kanal
Joonis 6.11 Vooluhulga andurid avatud kanalitele [63]
