21 січня 2025
Основні поняття теорії витрат у пневматичних системах. У пневматичних системах точне розуміння і вимірювання витрат — це ключ до ефективної роботи обладнання. В даній статті розглядаються базові поняття, пов'язані з витратами флюїдів (рідин і газів), особливості їх вимірювання, різновиди потоків та вимоги до умов встановлення витратомірів.
Що таке рідина і потік?
У технічному контексті термін «рідина» або флюїд охоплює як рідини (наприклад, вода, олія), так і гази (наприклад, повітря, азот). Це речовини, які здатні текти і змінювати форму під дією зсувного напруження.
Потік — це процес руху флюїду. У промислових умовах нас цікавлять два основні види витрат:
- Масові витрати – кількість маси, що проходить через переріз за одиницю часу (наприклад, кг/с);
- Об’ємні витрати – об’єм флюїду, що проходить через площу за одиницю часу (наприклад, л/с).
Масовий vs Об’ємний потік: у чому різниця?
Припустимо, що 1 кубічний дециметр (дм³) чистої води має масу 1000 грамів. Якщо об’ємний витратомір показує 1 дм³/с, то масовий витратомір покаже 1000 г/с. Але якщо ми додамо газ у воду (утворюючи бульбашки), то при тій самій об’ємній витраті масовий витратомір покаже лише ~995 г/с через зменшену густину суміші.
Цей приклад демонструє, як густина флюїду впливає на співвідношення між масовими та об’ємними витратами. Тому важливо обирати тип витратоміра залежно від точності, необхідної в процесі.
Які одиниці вимірювання використовуються?
Camozzi використовує міжнародний стандарт ISO 8778 для нормалізованих витрат. Наприклад, витрати можуть виражатися у:
- л/хв ANR – літри за хвилину при нормальних умовах: 20°C, 1 бар абс., 65% RH;
- Nl/min – нормальні літри за хвилину (інша назва ANR);
- SLPM – стандартні літри за хвилину (у США використовують 0°C замість 20°C).
Типи флюїдів та методи вимірювання
Рідини: мають об’єм, майже не стискаються, займають менше простору.
Гази: стискаються, займають увесь доступний об’єм, змінюють густину при зміні температури чи тиску.
Методи вимірювання витрат залежать від типу середовища:
- Електромагнітні витратоміри — для води, кислот;
- Термічні витратоміри — для газів, у т.ч. з низькими витратами;
- Турбінні, ультразвукові, диференційні — універсальні рішення.
Потік: ламінарний та турбулентний
Поведінка флюїду в трубопроводі визначається числом Рейнольдса:
- Ламінарний потік (Re < 2000) — упорядкований, стабільний, з мінімальною похибкою вимірювання;
- Турбулентний потік (Re > 4000) — хаотичний, із вихорами, складний для точних вимірів.
Аналогія: ламінарний потік — спортсмени, що біжать по доріжках; турбулентний — натовп у центрі міста.
Що таке зона спокою?
Зона спокою — це ділянка трубопроводу перед витратоміром, де потік стабілізується. Вона необхідна для:
- мінімізації турбулентності;
- досягнення максимально ламінарного режиму;
- отримання точних та відтворюваних вимірювань.
Довжина зони спокою залежить від типу витратоміра. Наприклад, термічні витратоміри потребують меншої прямолінійної ділянки порівняно з диференційними пристроями.
Термічні витратоміри Camozzi: принцип дії
Теплові витратоміри (на основі принципу термічної дисперсії) — один з ключових продуктів Camozzi для вимірювання витрат газу.
Принцип роботи:
- В середині сенсора є нагрівач і два температурні датчики (до і після по потоку);
- При проходженні газу тепло переноситься потоком і створюється різниця температур;
- Ця різниця пропорційна масовим витратам газу.
Переваги:
- Висока точність при низьких витратах;
- Мінімальний перепад тиску;
- Пряме масове вимірювання без температурної компенсації;
- Висока стабільність.
Детальніше про вимірювання витрат Camozzi
Висновок
Знання базових понять теорії витрат — це не просто академічна інформація. Це основа для точного проектування, вибору обладнання, налаштування та контролю витрат у пневматичних та автоматизованих системах.
Camozzi пропонує надійні рішення на основі сучасних стандартів та технологій. Правильне розуміння різниці між масовими і об’ємними витратами, а також врахування режиму потоку — запорука ефективності кожного пневматичного компонента.
Корисні посилання