Měření průtoku a výšky hladiny

Měření průtoku a výšky hladiny již po několik staletí patří mezi nejfrekventovanější úkoly měřicí a regulační techniky v průmyslové i laboratorní praxi. Proteklé množství a výška hladiny je nejčastěji měřenou veličinou v průmyslových podnicích (41 %), dalšími v pořadí jsou teplota a tlak. Průtokoměry, dávkování množství suroviny a měření výšky hladiny patří mezi přístroje nejčastěji užívané pro fakturační měření a stanovení hmotnostní bilance materiálových toků podniku. Metrologické vlastnosti (nejistoty) průtokoměrů a hladinoměrů se tedy přímo promítají do cenových a nákladových relací podniku. Rozsah použití průtokoměrů je velmi široký: od měření průtoku krve až po měření rychlosti proudění říčných toků nebo mořských proudů. Vývojem, výrobou a distribucí průtokoměrů nejrůznějších rozsahů (od 0,1 g/h do 5000 t/s), rozměrů (pro průměry potrubí od 0,1 mm do 15 m) fyzikálních principů a konstrukcí, se zabývá více než tisícovka společností rozptýlených po celém světě s roční produkcí dosahující několik milionů kusů. Rozmanitost pracovních podmínek průtokoměrů je neobyčejně široká a to jak z hlediska složení a vlastností měřených látek (od čistých tekutin až po agresivní třífázové směsi nenewtonovského charakteru), rozsahu teplot proudícího média (od kryogenických teplot do teplot tekutých kovů),tak i rozsahu tlaků proudící tekutiny (od vakua do několik tisíců barů). Situaci dále komplikuje nutnost respektovat vlastnosti kanálů v nichž tekutina proudí (uzavřené potrubí nebo otevřené kanály, vlastnosti stěn potrubí apod.). I když v posledním období se projevuje silný odklon od průtokoměrů a metod měření výšky hladiny založených na tradičních mechanických principech k metodám s elektrickou výstupní veličinou (indukční, ultrazvukové) a k hmotnostním průtokoměrům Coriolisovým nebo tepelným, bude zachován převážně encyklopedický přístup publikace podáním celkového přehledu metod měření průtoku a výšky hladiny. Perspektivní metody a senzory (např. radarové hladinoměry typu FMCW a TDR) budou ovšem preferovány rozsahem a hloubkou výkladu. Výběr, správná instalace a provoz průtokoměrů vyžadují důkladné pochopení nejen jejich fyzikálních principů, ale také zákonů proudění tekutin a termodynamiky. Rozvoj moderních metod číslicového zpracování signálů a mikropočítačové techniky podstatně zasahuje do vyhodnocení výstupních signálů průtokoměrů a hladinoměrů. Tím se dále rozšiřuje objem znalostí nutných i pro pouhý výběr typu a provoz průtokoměrů a to již na úrovni technického úředníka a provozního technika. Je proto logické, že průtokoměrům je věnována řada obecně a firemně orientovaných publikací, mnohé informace lze najít také na internetu, avšak souborné, přehledné a stručné pojednání o průtokoměrech v naší literatuře schází. S průtokoměry přichází do styku pracovníci s různým základním vzděláním a to jak co do oboru (strojírenství, elektrotechnika, chemické, stavební a ekonomické inženýrství), tak i do hloubky (od absolventů učňovských škol, techniků až po vysokoškolsky vzdělané kádry). Je proto nutné poskytnout výklad principů průtokoměrů tak, aby se respektovaly rozdíly v odborných zaměřeních uživatelů. Záměrem publikace je tedy přístupný výklad fyzikálních principů metod a senzorů pro měření průtoku a výšky hladiny vedený tak, aby získané teoretické poznatky byly použitelné při výběru průtokoměru a zdůvodnění podmínek jejich instalace a správného provozu. Kniha je koncipována s ohledem na sjednocení, doplnění a fyzikální podstatu informací, uváděných v dokumentaci (instalace, manuály a provozní pokyny) dodávané výrobci průtokoměrů. Výklad bude doplněn množstvím názorných obrázků. Zde autoři využijí své dlouholeté zkušenosti s výukou měření neelektrických veličin - senzoriky na technických vysokých školách doma i v zahraničí a publikační činností v odborných časopisech a na konferencích. Publikace je určena pro širokou technickou veřejnost zabývající se měřením průtoku, může posloužit konstruktérům strojů a projektantům, inženýrům útvarů obchodně-technických služeb a technickým pracovníkům výroby. Navíc lze očekávat, že v publikaci uvedené poznatky poslouží také při řešení nestandardních úkolů z oblasti měření průtoku a výšky, přinejmenším alespoň jako inspirační materiál. Je vhodná také jako učební pomůcka pro studenty středních odborných škol a příp. i pro studenty vysokých škol technických. Předpokládají se základní znalosti středoškolské matematiky a fyziky a elektrotechniky. Avšak pro získání přehledných znalostí encyklopedického charakteru lze vystačit pouze se znalostí elementárních zákonů fyziky a matematiky.