Flowmåling med pitotrør er ved mange applikationer det oplagte valg, alligevel er det ofte et overset måleprincip.
Mange steder anvendes stadig måle-blender og venturirør, til trods for at pitotrøret i mange tilfælde vil være en bedre løsning. Her tænkes blandt andet på trykfald og krav til lige rørstrækninger før og efter sonden, ligesom der ved større rørdiametre vil være en betydelig økonomisk fordel i at vælge pitotrøret.
Anvendelsesmuligheder
Pitotrøret kan måle på gas, damp og væske og er uafhængigt af ledningsevne. Ligeledes kan der måles på for eksempel forbrændingsluft eller røggas med askeindhold.
Pitotrøret er nemt at installere, og der er ingen vedligehold i forhold til eksempelvis en måleblende, som skal være skarp. Med pitotrøret har man endvidere mulighed for at måle to veje. Hvis dp-transmitteren har indbyggede kondenspotter kan der i nogle tilfælde monteres direkte på pitotrøret, når der måles på damp.
Figur 1: Komplet system til måling af masseflow. Her ses et pitotrør med 3-vejs ventil og en Multivariabel dp-transmitter med densitetskompensering.
Bag om pitotrøret
I sin simpleste form er et pitotrør blot et bukket rør, som indsættes i procesrøret, og forbindes til en differenstryktransmitter. Dette er dog ikke særligt præcist, da der kun måles i et punkt. Hvis vi i stedet kigger på Deltaflow fra Systec er det et midlende pitotrør, som dækker hele diameteren, og derved måles der et midlet differenstryk. Dette betyder blandt andet, at kravene til lige rørstrækninger kan mindskes.
Pitotrøret monteres på tværs af procesrøret på hele diameteren og består af et rør med to kanaler med huller i siden, som vender imod og med flow-retningen. Røret, som vender imod flowretningen, vil måle det totale tryk i procesrøret, og det andet rør vil måle det statiske tryk. Forskellen på de to er det dynamiske tryk, som hvis dets kvadratrod udrages, er lineært med hastigheden på mediet.
Anført som en formel vil det se ud som følgende:
Qm = k · √(dP · P)
hvor k faktoren blandt andet dækker over sondens usikkerhed, ekspansionstal og areal beregning.
Denne k faktor er kun konstant så længe flowet eller mere præcist Reynold’s tal* er konstant.
Ligeledes skal tryk og temperatur også være konstante, for at flowet kan beregnes med en konstant
k faktor.
I virkeligheden er formlen for flowet lidt mere kompleks og ser ud som følgende:
Blokeringsfaktoren
Blokeringsfaktoren er et udtryk for den usikkerhed, som differenstrykket kan måles med, og den største bidrager til denne faktor, er mediets slippunkt på sonden.
Slippunktet
Slippunktets placering er væsentligt for korrekt optagelse af det dynamiske tryk. Flytter slippunktet sig afhængig af Reynold’s tal, vil det dynamiske tryk fordele sig forskelligt rundt på sonden og vil ikke blive korrekt optaget. En sådan sonde er svær at kalibrere korrekt.
Figur 2: På billedet ses en rund sonde, hvor det tydeligt kan ses at slippunktet flytter sig med et skiftende Reynold's tal.
Er Reynold’s tal over 8000, får man med deltaflow et fast slippunkt uanset flowhastighed, og dermed altid korrekt optagelse af det dynamiske tryk, og der opnås typisk en unøjagtighed på <1 %. Årsagen til dette skal findes i deltaflow’s specielle udformning, som er udviklet og optimeret på baggrund af utallige testprøvninger hos Systec og det tyske universitet i Erlangen.
Deltaflow består af tre dele, som maskinsvejses sammen i et ukritisk punkt på sonden, og man opnår derved en tolerance på kun ±0,025 mm for sondebredden. Dette er et væsentligt punkt at bemærke, da ±1 mm giver op til 10 % målefejl ved et DN100 rør.
Figur 3: viser et snit af Systec’s pitotrør, hvor bla. de såkaldte speed-up curves kan ses. Slippunktet er konstant fra Reynold’s tal >8000.
Ekspansionstallet
Ekspansionstallet er ligesom blokeringsfaktoren afhængig af Reynold’s tal og kompenserer for den densitetsændring, som opstår ved kompressible medier pga. trykfaldet henover sonden. Ved anvendelse af deltaflow er den uden betydning, da tryktabet ved kompressible medier (gas og damp) er få mbar, og derfor kan regnes som værende = 1. Ved en måle-blende er denne faktor væsentlig større og skal udkompenseres.
Densiteten
Densiteten indgår også i formlen og varierer med tryk og temperatur for gasser og damp. Da væsker regnes for inkompressible, vil det kun være temperaturen, som påvirker densiteten.
Har man varierende tryk og temperatur, skal dette udkompenseres. Den konventionelle metode har været en flowcomputer samt ekstern temperatur- og tryktransmitter. Dette er dog forbundet med en del ekstra installation og montagearbejde samt ekstra fortrådning.
Et komplet måling
Med pitotrøret fra Systec er det muligt at få en integreret temperaturføler, hvor et PT100 element føres ind i procesrøret via pitotrøret.
Kombineres pitotrøret for eksempel med en differenstryktransmitter fra Yokogawa, som også kan måle det statiske tryk ud over differenstrykket, fås et komplet instrument med densitetskompensering og kun en enkelt procestilslutning.
Yokogawa har en multivariabel differenstryktransmitter, som udover at måle dp-trykket, også kan måle det statiske tryk, og har en indgang for temperatur, samt indbygget flowcomputer. Med en sådan løsning kan en og samme transmitter måle flowet ud fra dp-trykket, samt klare tryk- og temperaturkompensering.
