Questo principio di funzionamento rende la tecnologia particolarmente utile per oli puliti e altri liquidi viscosi, ma gli stessi giochi interni che rendono possibile uno spostamento accurato creano anche limiti importanti. Viscosità, contaminazione, aria intrappolata, usura, portata e caduta di pressione possono tutti influenzare le prestazioni nel mondo reale-.
La seguente guida spiega il principio di funzionamento del misuratore di portata a ingranaggi ovali dal movimento degli ingranaggi all'uscita elettrica, quindi mostra come tale principio influisce sulla precisione, sull'idoneità all'applicazione, sull'installazione e sulla selezione del misuratore.
Cos'è un misuratore di portata a ingranaggi ovali?
Un misuratore di portata a ingranaggi ovali è uno strumento volumetrico contenente due rotori ovali all'interno di una camera strettamente lavorata. Quando il liquido entra, la pressione differenziale attraverso il misuratore fa girare i rotori. Le tasche formate tra i rotori e la parete della camera trasportano volumi discreti dall'ingresso all'uscita.
A seconda della progettazione meccanica, i rotori possono interagire direttamente o utilizzare un sistema di sincronizzazione separato. Il principio essenziale di misurazione è lo stesso: ogni movimento completo corrisponde a un volume spostato prevedibile.
Puoi vedere questo tipo di strumento nel sitogamma di misuratori di portata ad ingranaggie uno specificoconfigurazione del flussometro ad ingranaggi ovali.
Il meccanismo di base è documentato anche negli OMEGAmanuale tecnico del misuratore volumetrico, che descrive i rotori ovali che trasferiscono un volume preciso attraverso la camera di misurazione durante la rotazione.
Come funziona un misuratore di portata a ingranaggi ovali?
1. Il liquido entra nella camera di misurazione
Il liquido di processo entra nell'ingresso del misuratore e crea una differenza di pressione tra i lati a monte e a valle dei rotori. Questa pressione fornisce la forza meccanica che fa girare gli ingranaggi. Gli elementi di misura quindi normalmente non necessitano di un motore esterno.
2. Un volume definito è isolato
Quando un rotore si allontana dalla parete della camera, si apre una tasca tra la superficie del rotore e l'alloggiamento. Il liquido riempie quello spazio. I giochi interni di precisione limitano le perdite incontrollate dall'ingresso all'uscita, quindi la maggior parte del liquido segue il percorso di spostamento previsto.
Questa è la differenza fondamentale tra la misurazione dello spostamento positivo e le tecnologie inferenziali: il misuratore gestisce ripetutamente un volume fisicamente definito invece di misurare prima la velocità e convertire tale valore in flusso volumetrico.
3. I rotori trasferiscono il liquido
I due rotori continuano a girare in sequenza sincronizzata. Il liquido intrappolato all'esterno di ciascun rotore viene trasportato verso l'uscita mentre un'altra camera si riempie all'ingresso.
Un punto importante è che il numero esatto di eventi di spostamento per giro dipende dalla geometria del misuratore. Dovrebbe quindi derivare dai dati di progettazione e calibrazione del produttore piuttosto che da un presupposto generico su tutti i contatori a ingranaggi ovali.
4. Il volume misurato lascia lo strumento
Quando una camera piena raggiunge il lato di valle, il suo liquido viene scaricato. Un'altra camera si sta già riempiendo, quindi la rotazione ripetuta dell'ingranaggio produce un trasferimento quasi continuo di volumi liquidi discreti.
5. La rotazione diventa un segnale di flusso utilizzabile
Il movimento meccanico può azionare un registro locale o essere rilevato elettronicamente. I contatori elettronici possono utilizzare l'effetto magnetico, l'effetto Hall- o altri dispositivi di rilevamento per generare impulsi corrispondenti al movimento del rotore.
Un segnale di impulso può essere inviato a un display, PLC, controller batch ototalizzatore di flusso. L'elettronica ricevente utilizza il fattore contatore per convertire tali impulsi in volume accumulato e portata istantanea.
Come vengono calcolati il volume totale e la portata?
La relazione sottostante è semplice:
Volume totale=volume spostato per ciclo di misurazione × numero di cicli
La portata aggiunge una componente temporale:
Portata=volume misurato ÷ tempo trascorso
I misuratori elettronici a ingranaggi ovali esprimono comunemente questa relazione attraverso un fattore K-o fattore contatore, spesso definito come un certo numero di impulsi per unità ingegneristica di volume. Un controller che conta questi impulsi può totalizzare il liquido, mentre la frequenza degli impulsi indica la velocità con cui il volume passa attraverso il misuratore.
Il fattore K- non deve essere trattato come un numero universale arbitrario. Appartiene al misuratore specifico e alla sua calibrazione. Per i sistemi di misurazione in cui la precisione è importante, utilizzare il fattore fornito o stabilito durante la calibrazione anziché calcolarne uno solo dalle dimensioni nominali degli ingranaggi.
Guida del NIST sucalibrazione del misuratore di portata del liquidoillustra perché il fattore contatore e la sua incertezza fanno parte del risultato completo della misurazione. Per ulteriori contenuti del sito su questo argomento, consultare la guida ametodi di calibrazione e tracciabilità del misuratore di portata per liquidi.
Perché la viscosità è importante?
La viscosità influenza la misurazione degli ingranaggi ovali in due modi diversi e osservarne solo uno può portare a una scelta inadeguata del misuratore.
Innanzitutto, una parte del liquido può passare attraverso i piccoli spazi tra i componenti mobili e fissi senza essere completamente rappresentato dal ciclo di spostamento previsto. Questo è generalmente descritto come perdita interna o scivolamento. Con un liquido molto fluido, le perdite attraverso tali spazi possono diventare più significative, in particolare a flusso basso.
All'aumentare della viscosità, il flusso attraverso gli spazi vuoti è generalmente più limitato. Questo è uno dei motivi per cui i misuratori a spostamento positivo possono funzionare bene con oli viscosi e liquidi simili.
Tuttavia, l'elevata viscosità aumenta anche la resistenza al movimento. Potrebbe essere necessaria una maggiore pressione differenziale per far girare i rotori e la caduta di pressione attraverso il misuratore potrebbe aumentare. Con una viscosità sufficientemente elevata, potrebbe essere necessario ridurre il flusso massimo utilizzabile.
La guida di KOBOLD sumisuratori di portata volumetrici, ad esempio, rileva specificamente che i fluidi altamente viscosi possono richiedere un flusso massimo ridotto per mantenere la caduta di pressione entro un intervallo accettabile.
La lezione pratica è che la viscosità non dovrebbe mai essere valutata da sola. Controllarlo insieme alla portata, alla pressione differenziale disponibile, alla temperatura di processo e alle dimensioni del contatore.
Precisione, ripetibilità e scorrimento interno non sono la stessa cosa
Le specifiche del misuratore di portata spesso utilizzano diversi termini che sono facili da considerare intercambiabili.
Precisionedescrive quanto il risultato indicato concorda con il riferimento o il valore accettato in condizioni specificate.
Ripetibilitàdescrive la coerenza con cui lo strumento produce lo stesso risultato quando la misurazione viene ripetuta nelle stesse condizioni.
Un misuratore può essere altamente ripetibile e presentare comunque un errore di misurazione sistematico. La calibrazione può identificare e correggere parte di quella differenza sistematica, ma non elimina i problemi meccanici, le condizioni operative inadeguate o le modifiche delle proprietà del processo.
Per un misuratore a ingranaggi ovali, diversi fattori meritano particolare attenzione.
Basso flusso
A flusso basso, la perdita attraverso gli spazi interni diventa maggiore rispetto alla quantità totale che passa attraverso il contatore. Anche se lo scorrimento assoluto cambia molto poco, la sua percentuale della portata misurata può aumentare. Ciò aiuta a spiegare perché il limite inferiore del range operativo merita un'attenzione particolare.
Le applicazioni centrate su piccole quantità dovrebbero quindi essere abbinate ad un contatore dimensionato per l'effettivo campo di funzionamento piuttosto che semplicemente al collegamento della tubazione. Le pagine del sito sucontatori ad ingranaggi per basse portatefornire contesto aggiuntivo per questo tipo di applicazione.
Temperatura
La temperatura influisce sui materiali del misuratore, ma modifica anche il fluido. Un olio può essere notevolmente più viscoso durante un avviamento a freddo che dopo che il processo ha raggiunto la temperatura di esercizio. Il contatore potrebbe quindi presentare diverse cadute di pressione e comportamenti di scorrimento in diversi punti dello stesso ciclo produttivo.
Indossare
L'usura delle superfici del rotore, dei cuscinetti o della camera di misurazione può alterare i giochi interni. Giochi maggiori possono modificare le caratteristiche delle perdite ed eventualmente alterare le prestazioni del misuratore. Questo è il motivo per cui la cronologia della calibrazione può essere utile: un cambiamento graduale nel fattore del misuratore può indicare qualcosa di più di un problema elettronico.
Aria intrappolata
Un misuratore ad ingranaggi ovali misura il volume che occupa la sua camera di misura. Se parte di quella camera contiene gas invece del liquido previsto, il rotore può ancora muoversi e il misuratore può ancora registrare il volume spostato. Il risultato visualizzato potrebbe quindi non rappresentare più il volume di liquido che l'operatore intendeva misurare.
Dove funzionano bene i misuratori di portata a ingranaggi ovali?
Le applicazioni più impegnative riguardano generalmente liquidi puliti in cui è utile la misurazione volumetrica diretta. Esempi tipici includono olio lubrificante, olio idraulico, carburante, resina, adesivo, sciroppo, olio commestibile e prodotti chimici di processo compatibili.
Il nome esatto del fluido non è sufficiente per approvare una richiesta. Devono ancora essere verificati la sua viscosità alla temperatura di esercizio, la pulizia, la compatibilità chimica, la pressione, il campo di portata previsto e la perdita di pressione ammissibile.
La tecnologia degli ingranaggi ovali è rilevante anche per i sistemi di dosaggio e di controllo dei processi- poiché lo spostamento volumetrico ripetuto produce un segnale che può essere totalizzato o conteggiato. Altri esempi-orientati all'applicazione sono disponibili nelle sezioni del sito sumisurazione del flusso degli ingranaggi per il controllo del processoEapplicazioni di misuratori di portata ad ingranaggi industriali.
Quando un misuratore a ingranaggi ovali è una scelta sbagliata?
- Liquidi abrasivi o carichi di particelle-:i solidi possono danneggiare le superfici interne vicine o limitare il movimento del rotore.
- Processi con quantità significative di gas intrappolato:il gas che occupa parte della camera di misurazione può distorcere il risultato del volume del liquido- previsto.
- Sistemi con pressione differenziale disponibile molto limitata:lo spostamento meccanico crea una perdita di pressione, soprattutto quando la viscosità e il flusso aumentano.
- Liquidi chimicamente incompatibili:corpo, rotori, guarnizioni, cuscinetti e altri componenti a contatto con il fluido devono essere compatibili con il fluido di processo.
- Applicazioni che richiedono un flusso di massa diretto:un misuratore a ingranaggi ovale misura fondamentalmente il volume piuttosto che la massa.
Ingranaggi ovali rispetto ad altre tecnologie di misuratori di portata
| Tecnologia | Caratteristica di misura | Motivo tipico per considerarlo |
|---|---|---|
| Ingranaggio ovale | Misurazione del volume dello spostamento positivo | Pulisci liquidi viscosi, batching e applicazioni a basso flusso- |
| Turbina | Misurazione del rotore-correlata alla velocità | Liquidi puliti, che scorrono relativamente liberamente-dove le condizioni di pressione e flusso sono adatte al misuratore |
| Elettromagnetico | Misura della velocità basata sull'induzione elettromagnetica | Liquidi conduttivi, inclusi molti processi idrici e chimici |
| Coriolis | Misurazione diretta del flusso di massa | Processi che richiedono informazioni sul flusso di massa, sulla densità o un'elevata capacità di misurazione in condizioni di fluido mutevoli |
Queste sono distinzioni generali, non regole di selezione universali. I lettori che confrontano le tecnologie possono rivedere le tecnologie del sitomisuratori di portata a turbina, misuratori di portata elettromagneticie guida alPrincipio di funzionamento del misuratore di portata Coriolisprima di scegliere un metodo di misurazione.
Come selezionare un misuratore di portata a ingranaggi ovali
Non iniziare solo con il diametro del tubo. Inizia con il processo.
- Identificare il liquido.Registrare il mezzo effettivo e, se pertinente, la sua composizione o concentrazione.
- Determinare la viscosità alla temperatura di esercizio.Se la temperatura cambia sostanzialmente, fornisci l'intervallo di viscosità anziché un singolo valore di temperatura-della stanza.
- Definire il flusso minimo, normale e massimo.Il dimensionamento in base al campo operativo reale aiuta a evitare prestazioni scadenti a basso-flusso o una velocità eccessiva del rotore.
- Controllare la pressione e la pressione differenziale disponibile.Il misuratore deve soddisfare la pressione nominale del sistema senza creare perdite di processo inaccettabili.
- Confermare i limiti di temperatura.Controllare sia i materiali meccanici che l'elettronica.
- Controlla la compatibilità dei materiali- bagnati.Includono corpo, rotori, guarnizioni e altri componenti esposti al fluido.
- Selezionare l'uscita richiesta.Decidi se il sistema necessita di indicazione locale, uscita a impulsi, trasmissione analogica, totalizzazione o integrazione con un controller.
- Definire le prestazioni di misurazione richieste.Separa i requisiti di precisione effettivi dalla ripetibilità o dalle semplici esigenze di monitoraggio-del processo.
Se le condizioni applicative non sono stabili, definire il peggior caso operativo credibile anziché selezionare il contatore solo dalle condizioni normali.
Pratiche di installazione e messa in servizio
Tenere i contaminanti fuori dalla camera di misurazione. Un filtro a monte adatto è comunemente consigliato quando possono essere presenti corpi estranei. La documentazione dell'ingranaggio ovale di OMEGA avverte inoltre che lo sporco può danneggiare il meccanismo e consiglia di riempire lentamente il contatore anziché sottoporlo a un improvviso spurgo dell'aria.
Lo strumento dovrebbe rimanere pieno di liquido durante la misurazione. Laddove l'aria può entrare nel processo, affrontarne la fonte anziché trattare le letture instabili solo come un problema elettronico.
Seguire la direzione del flusso e i limiti operativi indicati dal produttore. Evitare il funzionamento continuo al di sopra del campo di portata nominale e considerare la pulsazione della pompa laddove l'apparecchiatura a monte produce un flusso fortemente variabile.
Dopo l'installazione, verificare la catena del segnale e il misuratore stesso: l'uscita del sensore, la scala degli impulsi, il fattore K-, la configurazione del display e le impostazioni del PLC o del totalizzatore dovrebbero rappresentare tutte le stesse unità ingegneristiche.
Problemi comuni e cosa controllare prima
| Sintomo | Probabili cause | Primi controlli |
|---|---|---|
| La lettura è inferiore al previsto | Scivolamento interno, usura, fattore K-errato o funzionamento al di sotto dell'intervallo adeguato | Controllare l'intervallo di flusso, la viscosità, il fattore di calibrazione e la cronologia della manutenzione |
| La lettura è instabile | Aria intrappolata, flusso pulsante o condizioni di processo instabili | Ispezionare la linea del liquido e confrontare l'instabilità con il funzionamento della pompa |
| I rotori si fermano o il flusso si restringe | Contaminazione, viscosità eccessiva o danni interni | Controllare il filtro, la caduta di pressione e la libertà di movimento del rotore secondo le istruzioni di manutenzione |
| La caduta di pressione aumenta | Filtro bloccato, contaminazione, viscosità elevata o flusso eccessivo | Confronta la temperatura, la viscosità e il flusso attuali con le normali condizioni operative |
| Il volume visualizzato è costantemente sbagliato | Ridimensionamento, fattore K-o spostamento della calibrazione errati | Verificare la configurazione degli impulsi prima di sostituire il contatore meccanico |
Quando è necessaria la calibrazione, utilizzare un metodo di riferimento documentato e conservare i risultati in modo da poter confrontare le modifiche nel tempo. L'articolo del sito sucome calibrare un flussometrofornisce uno sfondo aggiuntivo.
Domande frequenti
Un misuratore di portata ad ingranaggi ovali è un misuratore volumetrico?
SÌ. Misura il liquido isolando e trasferendo ripetutamente volumi definiti attraverso una camera di misurazione, che rappresenta il principio fondamentale dello spostamento positivo.
Un misuratore a ingranaggi ovali misura il flusso di massa?
No. La sua quantità misurata primaria è il volume. Il flusso di massa richiede informazioni sulla densità o una tecnologia progettata per misurare direttamente la massa.
Perché i misuratori a ingranaggi ovali vengono spesso utilizzati per l'olio?
Molti oli sono puliti e relativamente viscosi, condizioni che possono adattarsi alla misurazione dello spostamento positivo. La scelta finale dipende ancora dal campo di portata, dalla viscosità alla temperatura di processo, dalla caduta di pressione, dai materiali e dalla precisione richiesta.
La viscosità influisce sulla precisione?
Può influire sulle prestazioni perché la viscosità influenza lo scorrimento interno e la perdita di pressione. Un liquido sottile può fuoriuscire più facilmente attraverso i giochi interni, mentre un liquido altamente viscoso può richiedere una maggiore pressione differenziale per spostare i rotori.
Un contatore a ingranaggi ovali necessita di lunghi tratti di tubo rettilinei?
La sua misurazione non dipende dallo sviluppo di un profilo di velocità come fanno molti misuratori basati sulla velocità, quindi i requisiti del percorso diretto sono spesso meno impegnativi. È comunque necessario seguire le istruzioni di installazione per il modello specifico.
Perché è importante un filtro?
Il misuratore contiene elementi in movimento e spazi ravvicinati. Il materiale estraneo può limitare la rotazione, accelerare l'usura o modificare le prestazioni di misurazione.
Quali informazioni devono essere fornite prima di selezionare un contatore?
Fornire il fluido, la viscosità alla temperatura operativa, il flusso minimo e massimo, la pressione, la temperatura, i requisiti di connessione, i requisiti dei materiali-umidi, l'output desiderato e l'obiettivo delle prestazioni di misurazione-.
Conclusione
Il principio di funzionamento del flussometro a ingranaggi ovali si basa sullo spostamento volumetrico diretto. I rotori isolano ripetutamente volumi di liquidi noti, li muovono attraverso la camera di misurazione e convertono la loro rotazione in un'indicazione meccanica o in un segnale elettronico.
Questo meccanismo spiega sia i punti di forza che i limiti della tecnologia. I liquidi viscosi puliti possono essere particolarmente adatti alla misurazione di ingranaggi ovali, mentre contaminazione, aria intrappolata, perdita di pressione eccessiva, materiali inappropriati e funzionamento al di fuori dell'intervallo di flusso previsto possono ridurre le prestazioni.
Per la selezione, concentrarsi sulla condizione operativa completa piuttosto che su una singola specifica. Le proprietà del fluido, la viscosità, l'intervallo di flusso, la temperatura, la pressione, i materiali, i requisiti di uscita e di misurazione dovrebbero essere valutati insieme. Quando questi fattori corrispondono al principio dello spostamento positivo, un contatore a ingranaggi ovali può fornire una soluzione pratica per la misurazione volumetrica, il dosaggio e il monitoraggio del processo.
