De første flowmålere anvendt indenfor industrien, var baseret på bestemmelse af differenstrykket over en restriktion. På trods af introduktionen af mange nye måleprincipper, der både er mere nøjagtige, og måler over et større område, er differenstrykmålere forsat meget udbredte til kontinuerlig flowmåling. Dette skyldes ikke mindst princippets umiddelbare fordele:
Det grundlæggende måleprincip
Det grundlæggende princip for differenstrykmålere er kontinuitetsligningen og Bernoulli's ligning, der siger noget om mediets hastighed stiger når det strømmer igennem en indsnævring. Den øgede hastighed betyder at bevægelsesenergien stiger, og som konsekvens heraf, falder det statiske tryk, idet energien er konstant.
Ved at simplificere de matematiske udtryk, kommer man frem til en formel, der hedder:
Q = k * √(2 * dP * r)
hvor –
Q er volumenflow
K en konstant der afhænger af primær elementet
dP er det målte differenstryk
r er produktets densitet
Som det kan ses af formlen, skal kvadratroden af differenstrykket uddrages, før der fås et lineært flowsignal. Desuden har disse målertyper den ulempe, at de forårsager et blivende tryktab, som kan være meget dyrt.
Måleblænder
Måleblænder har været brugt i mange år og har derfor vundet stor udbredelse. I dag er måleblænder så veldokumenterede under de forskellige driftsforhold, at der findes internationale normer m.h.t. udformning og montage af disse
Den norm, der anvendes her i landet, er oftest DIN-normen DIN 1952. Heri er angivet al væsentlig information, som kan have interesse eller betydning for, hvordan en måleblænde anvendes og opfører sig under forskellige forhold.
Afhængig af medie og måleopgave vælges blænder enten som koncentriske eller excentriske blænder (hullets placering i forhold til centrum), og samtidig tilpasses det opståede differenstryk og det blivende tryktab til den aktuelle opgave.
Den kvadratiske afhængighed mellem flowhastighed og differenstryk betyder at enhver måling af denne type vil være et kompromis mellem hvor stort differenstryk man ønsker til målingen (mindre hul i blænden = større dP) ctr. hvor stort blivende tryktab man ”kan leve med” (større hul i blænden = mindre tryktab).
Andre primær elementer
Derfor er der gennem tiden blevet arbejdet for at finde frem til andre typer af primærlementer, som giver et mindre blivende tryktab. Her er de mest populære typer:
Pitotrør, der i sin enkleste form består af et stykke bukket rør, som rettes imod flowet, vil måle det totale tryk (dynamiske + statiske) ved pitotrørets spids, mens en almindelig trykmåling på rørsystemet vil angive det statiske tryk. Differensen mellem disse to tryk vil være et udtryk for det dynamiske tryk og derved, når kvadratroden er uddraget, et mål for flowet.
Pitotrør har fundet stor udbredelse, især inden for ventilationsbranchen. De har dog den ulempe, at de kun måler flowet i ét punkt, og derved vil en sådan måling være meget følsom over for profilændringer. For at imødegå nogle problemerne med flowprofilet er der udviklet forskellige former for midlende pitotrør, der på forsiden, v.hj.a. flere huller, måler en middelværdi for det dynamiske tryk, mens de på bagsiden måler det statiske tryk. Det midlende pitotrør er også kendt under navnet Annubar – som dækker over et handelsnavn for en type pitotrør med en speciel udformning.
Fordelen ved pitotrør er lav anskaffelsespris og enkel installation, mens den største ulempe det relativt lave differenstryk elementet skaber.
Venturirør er et forsnævret rør, hvor differenstrykket måles som forskellen mellem trykket i indsnævringen og før denne – resultatet er atter det dynamiske tryk, som igen er et udtryk for mediets hastighed. Udformningen af Venturirøret sikrer ”blødere” overgange før og efter indsnævringen, og dermed et mindre blivende tryktab over denne.
Da rørstrækket omkring indsnævringen er veldefineret kan enheden leveres som en kalibreret enhed, og derfor tilbyde høj målenøjagtighed i det definerede måleområde.
Dyser er mere kostbare at fremstille end måleblænder, men billigere end venturirør. De har den fordel, at det blivende tryktab over dem ofte er meget lille, samt at de kan anvendes ved måling direkte ud til atmosfæren, dvs. uden modtryk. Et andet område, hvor de har fundet anvendelse, er til slidende medier, idet de ikke har nogle skarpe kanter, der kan slides.
Behandling af målesignalet
En flowmåling baseret på et trykfald vil altid involvere en eller anden form for differenstrykmåling, for at kunne give et udtryk for volumenflowet, men da måleprincippet ofte benyttes til gas og damp er det vigtigt at bemærke grundligningen, hvor mediets densitet også indgår, og man skal derfor huske at definere referencepunktet for målingen. Kompenserer man ikke for variationerne – vil der kunne opleves store udsving i måleresultatet, således vil en forandring i lufttrykket på blot 17mbar fremkalde en fejl på over 1% i luftens vægtfylde, hvorfor en korrektion for temperatur og tryk variationer påkrævet for at sikre præcis, massebaseret måling.
Udover densitets afhængigheden skal man være opmærksom på at den differenstrykmåler der vælges skal måle over et område, der er kvadratisk i forhold til flowområdet. Det betyder med andre ord at såfremt der ønskes et måle span på 1:10, vil dette medføre, at differenstrykmåleren skal kunne arbejde over et område på 1:100.
Dette stiller store krav til den transmitter der vælges. Den skal både kunne registrere de lave differenstryk som benyttes til målingen, ligesom den skal sikre at opløsningen ”i bunden” lever op til de krav der ønskes af målesystemet.
Tryk- og temperaturkompensationen kan selvfølgelig foretages i kontrolsystemet ved individuelle målinger af driftstryk og -temperatur, men de færreste systemer er i stand til at tage højde for variationer forbundet med flow elementer og varierende strømningsprofiler. Derfor er den multivariable transmitter blevet udviklet - en transmitter, der samtidig måler differenstryk, procestryk og temperatur. Transmitterens mikroprocessor indeholder ASME 1989 algoritmer for de mest almindelig primære elementer, og giver en optimal nøjagtighed på det samlede målepunkt. Typisk vil denne type transmitter tilbyde nøjagtigheder bedre end 0,1oC på procestemperaturen; 0,04% af span for dP og 0,0375% for driftstrykket, hvilket samlet giver nøjagtighed bedre end +/- 0.6% over et flowområde på 20:1.
Læs mere om flowmåling med differenstryk her: https://www.klinger.dk/products/instruments/trykmaaling/smartline-tryktransmittere/type-smv800/