Měření proudu plynu i = pS • měření malých proudů plynu v vakuové technice • průtokoměry Výběr průtokoměru: • přesnost • reprodukovatelnost • měřící rozsah (S.Ďaďo, L.Bejček, A. Platil: Měření průtoku a výšky hladiny, Ben,Praha 2005) Měření malých proudů plynu v vakuové technice • plynová byreta • měření pomocí kapky Hg • měření pomocí vodivosti • měření na základě silového působení • dynamická expanze □ B> 2/39 Plynová byreta r ;* N- T |2 Obr. 5.94. Jednoduché zařízení na měření a přípravu určitého proudu plynu ľ - zásobník; 1" - trubice; 2 — k nádobe s kapalinou; 3 - kohouty; 4 - vpouštěcí kohouty; 5 - k vakuové aparatuře 3/39 v, v, J^^ =&$ M. .VS P/L Obr. 7-43a. Měření proudu plynu vpouštěného do vakuového systému. B — byreta h — posun výšky hladiny M — manometr K, — vpouštěcí kohout Vt — kohout P — zásobní objem plynu VS— vakuový systém. □ B> - - Obr. 13: Plynová mikrobyreta: M - měrná kapilára s dělením podle objemu; Z - zásobník kapaliny; 0 - ochranná nádobka; K - kohout (pro vyrovnání tlaků), P - přívod plynu; JV - jehlový ventil pro řízené napouštění plynu do vakua. Obr. 7-43b. Měření objemu plynu cirkulující kapkou P — vpouštěný plyn VS — vakuový systém, do nějž se vpouští plyn. □ s - = > / 39 Měření pomocí vodivosti JL -í jft JL M ji k výveve Obr. 5.95. Vakuové zařízení pro měření proudu plynu /, 2 - vakuometry; G - trubice se známou vodivostí I = G(pi-p2) □ r3> ' j 39 Obr. 7-45. Měření proudu plynu vpouštěného do vakuového systému (metoda dle Trendelen-burga a Hengevosse) Ař„ M2 — manometry PS - — pomocný vakuový systém V1 — vpouštěcí ventil zs - — zásobní systém Ví, v, — ventily DV - - difúzni vývěva MV — elektromagnetický ventil RV - - rotační vývěva OMV — elektronický obvod ovlá- P - - zásobní plyn dající MV podle údaje M, VS - - vakuový systém, do nčjž se vpouští plyn S / 39 I = G(pi-p2)^ t - celkový čas, ť - doba otevření ventilu. Tlak v pomocném vakuovém systému: ~ 1 — 2.10-7 torr. □ B1 9/39 Měření na základě silového působení ////// F6450 10 / 39 F = (pi - p2)7rr2 = -nm(va + u)2 - -nm(va - u)2 vír2. t^ ^ a 2 4u 2 /27rm 2 _b = —nm4vaU7rr9 = p—71T9 = puW -——71T9 8 2 va V kT 2 u = vrrfp F = ,/^^| I kT Vri □ S Dynamická expanze Délková stupnice MKSSRG-2CE Hlavní turbomolekulámí vývěva Predčerpavaci vývěva F6450 12 / 39 3682 □ s F6450 13 / 39 Etalon na principu dynamické expanze rozsah 1.10 — 10 Pa chyba měření O.í /o — z/o T .1 1 Pref = í ( g + q Vi - V2 I = p------------ ti — t2 F6450 14 / 39 Prutokoměry • plováčkové prutokoměry • turbínové prutokoměry • ultrazvukové prutokoměry • prutokoměry založené na Coriolisově sile • prutokoměry založené na tlakové diferenci • prutokoměry tepelné F6450 15 / 39 Re<2000 ^ laminárníproudění Re = guD 2000 F6450 16 / 39 ■*- přechod-----*- laminární turbulentní —r- -w —►> r^jLt laminární podvrstva T □ s F6450 17 / 39 Princip průtokoměru Tekutina (K. P, Pa) Přesnost (typická hodnota) Clona K, P, Pa 0,6-2 % z rozsahu Venturiho trubice K, P 0,6-2 % z rozsahu Rotametr K. P 2 % z rozsahu Terčík K, P < 0,1-1 % z údaje Turbina K, P, Pa 0,1-2% z údaje Vírový K, P, Pa 0,5-1 % z údaje Elektromagnetický K 0,2-1 % z údaje Ultrazvukový (Doppler) K, P 1 % z údaje - 2 % z rozsahu Ultrazvukový (klasický) K, P, Pa 0,5 % z údaje - 2 % z rozsahu Coriolisův K, P, Pa 0,1-0,5% z rozsahu Tepelný K, P, Pa 0,5 % z údaje - 2 % z rozsahu Vážící systémy K, pevné látky 0,1 % z údaje LDA K, P, Pa 1 % z údaje Značkovací K, P, Pa 1-2 % z údaje Přepady (otevřené kanály) K 3-5 % z údaje Žlaby (otevřené kanály) K 3-5 % z údaje □ gp - = -a-OQ.0 F6450 18 / 39 Princip průtokoměru Opakovatelnost Rozsah Min. hodnota Reynoidsova čísla Clona 0,5 % z údaje 3-10:1 3000 Venturiho trubice 0,5 % z údaje 4-10:1 10000 Rotametr 1 % z údaje 10:1 - Terčík 0,02 % z údaje 50:1 >100 Turbina 0,02 % z údaje 25:1 5000 Vírový 0,2 % z údaje 15:1 5000 Elektromagnetický 0,1 % z údaje >100:1 2000 Ultrazvukový (Doppler) 0,5 % z údaje >20:1 5000 Ultrazvukový (klasický) 0,25 % z údaje >20:1 10000 Coriolisův 0,02 % z údaje >100:1 1000 Tepelný 0,5 % z údaje >100:1 5000 Vážící systémy 0,01 % z údaje 50:1 >100 LDA 0,02 % z údaje 2000:1 >100 Značkovací 1 % z údaje 1000:1 5000 Přepady (otevřené kanály) 1-2 % z údaje 400:1 - Žlaby (otevřené kanály) 1-2 % z údaje 120:1 - Korelace 0,5% z údaje 100:1 5000 □ éji ' < s ► < -a ► -a -OQ.O F6450 19 / 39 Plováčkové prutokoměry faA Fot A.v2 A.v1 F6450 20 / 39 A ( ^r + Pi ) + YSQ = Ap2 + Vg£2 qv = CdA2^/?f (íi - l) = /(A2) A2 - plocha mezi plovákem a trubicí, £2 - hustota plováku, Cd -koeficient ztrát - pro turbulentní proudění přibližně konstantní F6450 21 / 39 Turbínové prutokoměry senzor průchodu lopatek -frekvence impulzů úměrná průtoku F6450 22 / 39 Ultrazvukové prutokoměry Obr. 10.1 Ultrazvukové senzory průtoku: a) princip, Vx, V\ je označení pro vysílací a Px, P2 přijímací funkci měniče, b) prodloužení dráhy šířeni ultrazvukového vlnění reflektory R □ Ö - = = -OQ.O F6450 23 / 39 Změna rychlosti nebo frekvence ultrazvukového vlnění průchodem kapalinou. frekvence 500 kHz - 1MHz spíše se používají pro měření kapalin, i kryokapalin (tekutý argon, dusík, helium) F6450 24 / 39 Průtokoměry založené na Coriolisově sile □ S - F6450 25 / 39 CO □ B1 F6450 26 / 39 amplituda kmitů 0.8 mm, rezonanční kmitočet 100-250 Hz □ s F6450 27 / 39 nulový průtok _1£l nulový průtok F6450 28 / 39 v = 0 m = částice - o - - a = úhlová rychlost Fc = -2m.v.co v _ radiá|n[ rychlost F~ = Coriolisova síla o = úhlová rychlost Fc = Coriolisova síla Acp = fázový posuv A, B = senzory t = čas amplituda kmitů 0.1/xm, rezonanční kmitočet 500-700 Hz □ tg? F6450 29 / 39 upevnění dvojitého rámu podpůrný rám výstup tekutiny vstup tekutiny trubice ve tvaru dvojité smyčky Obr. 12.14 Mikromechanicky zhotovený Coriolisův průtokoměr rnax. průtok 5 ml.h \ frekvence kmitů 8 kHz, vstupní otvor 0.5 nim □ s Prutokoměry založené na tlakové diferenci o o Diferenční tlakoměr clona qv = i(y/Sp) □ s F6450 31 / 39 vtokplynu --------r proud plynul p. dielektrikum elektroda □ S1 F6450 32 / 39 laminární proudění, qv = f(p~ □ s - F6450 33 / 39 Termoanemometr T média p topení i AT ] O -°n ^u ŕm Ujy R senzoru ^Y ^U f¥\ U/- R topení konstantní rozdíl teplot □ s F6450 34 / 39 Kalorimetrický hmotnostm prutokoměr Tt .. T2 tt H L/2 O l/2 □ S F6450 35 / 39 Diferenční termoanemometr □ S1 F6450 36 / 39 Indikace teplotního rozdílu Hodnota průtoku Topení a) Teplotní senzor t'ToPem Teplotní senzor T,' b) □ rS1 F6450 37 / 39 I„i qm*o □ s1 F6450 38 / 39 o Snímač průtoku na Si čipu 2x6 mm [15-12] průtok 2 - 500 ml.h-1, přesnost měření 2%, příkon vyhřívání 5-50 mW, reakční doba < 2 ms □ gl - = = -o^o F64B0 39 / 39