Verschildruk

Eén van de meest gebruikte technieken voor het meten van flow is de verschildrukmeter (dP meter). Bij deze techniek wordt het dynamische drukverschil gemeten over een obstructie in de leiding die het primaire flowelement wordt genoemd. De gemeten verschildruk heeft een kwadratisch verband met het debiet door de leiding.

Verschildrukmeters kunnen worden ingezet voor zowel vloeistof- als gasapplicaties. Daarnaast zijn deze meters uitermate geschikt de debietmeting van stoom.

Er zijn verschillende flowelementen beschikbaar waaronder de orifice plaat, ISA & venturi nozzle, klassieke venturi, gekruiste sonde, annubar en cone-meters. Het desbetreffende dP element staat via impulsleidingen, en desgewenst condenspotjes (stoom) en een kranenblok, in verbinding met de externe verschildrukopnemer. Bij sommige typen is het geheel samengebouwd tot een compact instrument. Afhankelijk van de applicatie kan een flowcomputer/rekeneenheid worden meegeleverd voor de berekening van het genormaliseerd debiet, energiestroom en massadebiet.

Meest voorkomende primaire elementen:

Orifice plaat (meetplaat/meetschijf): De orifice plaat is het meest eenvoudige primair element beschikbaar. De orifice wordt als losse plaat tussen twee flenzen geklemd. Hierdoor zijn de aanschafkosten van dit element laag. De orifice plaat staat beschreven in hoofdstuk 2 van de EN ISO 5167 norm (Measurement of fluid flow by means of pressure differential devices inserted in circular cross-section conduits running full). In deze norm staat beschreven hoe een debietmeting m.b.v. verschildrukmeting moet worden uitgevoerd. De meetschijf heeft enkele nadelen waaronder de grote kans op vervuiling, slijtage van het element waardoor de meting zal verlopen en het hoge blijvende drukverlies (circa 50% van het de gemeten verschildruk).

Venturi: Een venturi meter heeft aan de inlaat een convergerende kegel met een hoek tussen de 15 en 20 graden. De verschildruk wordt gemeten vóór de kegel en in de keel (smalste deel) van de venturi. Na de keel wordt de diameter de leiding langzaam weer vergroot naar de leidingdiameter. Hierbij wordt de kinetische energie (snelheid) geleidelijk omgezet in drukenergie. Omdat deze omzetting geleidelijk verloopt, is het blijvende drukverlies laag. Andere voordelen van de venturi zijn het feit dat deze nagenoeg ongevoelig is voor vervuiling en dat hij staat beschreven in de ISO 5167.

ISA en long radius nozzle: Alle nozzles hebben een afgeronde ingang. Hierdoor zijn ze veel minder gevoelig voor slijtage dan een orifice, en daardoor is herkalibratie minder van toepassing. Daarnaast heeft een venturi nozzle een speciale uitloop (gelijk aan een verturi) waardoor het blijvende drukverlies laag is. De meeste typen nozzles zijn beschreven in de ISO 5167.

V-Cone: De V-Cone kan gezien worden als een omgekeerde venturi. In de leiding wordt in het centrum een kegel geplaatst. De verschildruk wordt over de kegel gemeten. Voordelen van dit element zijn de lage drukval, de hoge turn-down ratio (50:1) en ongevoeligheid voor vervuiling. Daarnaast werkt de cone als stromingsgelijkrichter waardoor de eisen ten aanzien van rechte lengte vóór en na de meter minimaal zijn. Dit element is dan ook uitermate geschikt voor locaties waarbij de beschikbare inbouwlengte beperkt is.

Het Autarkon systeem:

Speciaal voor utiliteitsmeting (stoom, water en inerte gassen) is de Autarkon serie ontwikkeld. Het Autarkon systeem maakt gebruik van de verschildrukmeting in combinatie met een geavanceerde rekenmethode (IAPWS-IF97) in combinatie met de nulstellingtechniek. Deze opnemer, in combinatie met de dP-sensor met geïntegreerd ventiel t.b.v. de automatische nulpuntsstelling, geeft u een nauwkeurige meting in een bereik van 1:20. Dat is voor een drukverschilmeting een opvallend resultaat. Een ander voordeel is dat het blijvend drukverlies gering is.

De desbetreffende dP meetopnemer staat via impulsleidingen en desgewenst condenspotten (stoom) en een kranenblok in verbinding met het primaire element. Bij sommige typen is het geheel samengebouwd tot een compact instrument.

Automatische nulpuntsinstelling
Een eigenschap van drukverschilmeters is dat met name een lage flow moeilijk te meten is, omdat nulpuntafwijkingen van het meetsysteem een significante rol gaan spelen. Daarom wordt bij deze meter een automatisch nulstelsysteem toegepast. Een ventiel sluit cyclisch de verschildruksensor kort, waarbij elektronisch de automatische nulpuntstelling plaatsvindt. Dit waarborgt een minimale nulpuntdrift en hoge nauwkeurigheid op de lange termijn.

Rekeneenheid
Omrekenen naar debiet:
Bij utiliteitsproducten zoals water is de dichtheid bekend. Met gebruikmaking van de kalibratiecurve berekent de elektronica vanuit de verschildruk de volumeflow.

Omrekenen naar massadebiet:
Voor utiliteitsproducten die samendrukbaar zijn zoals gassen is de dichtheid afhankelijk van de druk. In de meetwaarde omvormer wordt dan, naast de verschildruksensor, ook een sensor ingebouwd voor de meting van de absolute druk. Vanuit de twee druksignalen wordt de massaflow berekend.

Omrekenen naar energiestroom:
Voor producten zoals stoom wordt daarnaast nog een temperatuursensor toegevoegd, zodat de meetomvormer/energiecomputer ook de warmte(energie)stroom kan berekenen.

Warmtemeter/vermogenslevering:
Bij levering van vermogen via warmte-afdracht of koudelevering worden twee gepaarde temperatuursensoren toegepast. Het gemeten temperatuurverschil tussen aanvoer- en retourstroom, gecombineerd met de debietmeting resulteert in de berekening en meting van het afgeleverde vermogen.