Tecnologie dei Sistemi di Controllo - A. Bemporad - A.a. 2007/08SensoriSensoridi di portataportataTecnologie dei Sistemi di Controllo - A. Bemporad - A.a. 2007/08Tipi diTipi di sensore sensore didi portata portata ( (flussimetri flussimetri,, flowmeters flowmeters) ) A strozzamento (Obstruction meters) A sezione variabile (variable-area-flowmeters o rotameters ) A vortice (Vortex meters) Elettromagnetici (Electromagnetic flowmeters) A forze di Coriolis (Coriolis Mass Flow Meters) Rotanti (Rotameters and Turbine Flow Meters)Tecnologie dei Sistemi di Controllo - A. Bemporad - A.a. 2007/08AA strozzamento strozzamento ( (Obstruction meters Obstruction meters) ) Dischi forati, boccagli e venturimetri Lo strozzamento provoca una caduta di pressione. Dalla misura di tale pressione, tramite lequazionedi Bernoulli, si risale alla portata volumetrica (e quindi massica)disco forato boccaglio venturimetro(orifice meters)(flow nozzle)(Venturi meter)Tecnologie dei Sistemi di Controllo - A. Bemporad - A.a. 2007/08AA strozzamento strozzamento ( (Obstruction meters Obstruction meters) ) Applichiamo lequazione di Bernoulli:tubo orizzontaleportata massicacon Tenendo conto delle perdite causate dalla strozzatura: Il coefficiente calcolato in fase di taratura del sensoreTecnologie dei Sistemi di Controllo - A. Bemporad - A.a. 2007/08AA strozzamento strozzamento ( (Obstruction meters Obstruction meters) ) Rangeability=3:1, accuratezza=3-5%(perchA2varia con la portata) Ripetibilit=buona(ma ritaratura frequente per via delle incrostazioni) Difetto: introducono perdite di caricoTecnologie dei Sistemi di Controllo - A. Bemporad - A.a. 2007/08AA sezione sezione variabile variabile ( (Variable Variable- -areaarea flowmeters flowmeters) ) Eq. Bernoulli applicata al fluido sulle sezioni A1,A2: Equilibrio delle forze sullotturatore (si trascurano eventuali molle):V00A0A0A2A1p2p1h1h2 Per tubature disposteverticalmente Trasducono la portatain spostamenti dellotturatore Conservazione della massa:Tecnologie dei Sistemi di Controllo - A. Bemporad - A.a. 2007/08AA sezione sezione variabile variabile ( (Variable Variable- -areaarea flowmeters flowmeters) ) Dalle relazioni precedenti si ricava che: Supponendo che il termine sotto radice siacostante, essendo anche circa costanterisulta che la portata massicaw proporzionale alla sezioneA2e quindi alla quota del galleggiante. circa costante (varia al pi di qualche % tra inizio e fine corsa)V00A0A0A2A1p2p1h1h2Tecnologie dei Sistemi di Controllo - A. Bemporad - A.a. 2007/08AA sezione sezione variabile variabile ( (Variable Variable- -area area- -flowmeter flowmeter) ) Qualora la densit, seppur costante, non sia quellanominalendi calibrazione, la relazione fra portataw e area A2viene corretta:Tecnologie dei Sistemi di Controllo - A. Bemporad - A.a. 2007/08AA vortice vortice (V (Vortex ortex) ) Un corpo non smussato inserito nel centrodella corrente produce un moto instabilecon vortici La frequenza di formazione dei vortici proporzionale alla velocit del fluido Metodi per misurare fv: termistori, sensori piezoelettrici Accuratezza: elevata (0.75% per fluidi, 1% per gas) Limiti di misura: 0.2450 kg/s (acqua), 43600 kg/s (aria) Rangeability: 10:1, 20:1 Perdite di carico: significative (evaporazione e cavitazione) Meno economici ma prestazioni migliori dei sensori a strozzamentoTecnologie dei Sistemi di Controllo - A. Bemporad - A.a. 2007/08AA vortice vortice (V (Vortex ortex) ) Vortex massici: oltre alla frequenza, misurano anche lampiezza deivortici (con sensore piezoelettrico), determinando direttamente la portata massica Swirl meters: sensori di portata a vortice, utilizzatiprincipalmente per gasKarman VortexCollapse of Tacoma Bridge (1940, USA) Esempio di formazione di vortici:Tecnologie dei Sistemi di Controllo - A. Bemporad - A.a. 2007/08Elettromagnetici Elettromagnetici ( (ElectromagneticElectromagnetic flowmeters flowmeters) ) Condizione essenziale: fluido elettricamente conduttivo Operano secondo la legge di Faraday: ai capi di un conduttore che si muove in un campo magnetico sigenera una tensione elettrica Il fluido agisce da conduttore Il campo magnetico viene generato da una bobina La tensione direttamente proporzionale alla portata La tensione viene misurata da due elettrodi interni al tuboTecnologie dei Sistemi di Controllo - A. Bemporad - A.a. 2007/08Elettromagnetici Elettromagnetici ( (ElectromagneticElectromagnetic flowmeters flowmeters) ) Perdite di carico: trascurabili Accuratezza: ottima (fino a 0.5%) Rangeability: 50:1 fino anche a 100:1 Estremamente robusti e affidabili (no parti in movimento) Limiti di misura: 0.00530000 kg/sTecnologie dei Sistemi di Controllo - A. Bemporad - A.a. 2007/08Sensori Sensori massici massici ( (Coriolis Coriolis massmass flowmeters flowmeters) ) Misurano direttamente la portata massica(adatti pertanto per molto variabili) Forza di Coriolis: Il fluido viene fatto passare attraverso un tubo a U Il tubo viene messo in vibrazione tramite elettromagnetivFcFcv Lo svergolamento proporzionale a Fc, e pu essere misurato medianteestensimetriTecnologie dei Sistemi di Controllo - A. Bemporad - A.a. 2007/08Sensori Sensori massici massici ( (Coriolis Coriolis massmass flowmeters flowmeters) ) Si ha:A=area sezione tubol=lunghezza tratti rettilineiw=portata massica Accuratezza: fino a 0.25% della portata Rangeability: 100:1 Ripetibilit: 0.15% della portata Perdite di carico: contenute Limiti di misura: 0.00120 Kg/s Piuttosto cari (4000 - 5000)Tecnologie dei Sistemi di Controllo - A. Bemporad - A.a. 2007/08Sensori Sensori rotanti rotanti ( (Turbine Flow Meters Turbine Flow Meters) ) Una girante viene posta in rotazione dal fluido La velocit di rotazione proporzionale alla portatavolumetrica Viene rilevata solitamente dapick-up magnetici Gli impulsi elettrici vengono contati Perdite di carico: rilevanti (e si ha usura)Tecnologie dei Sistemi di Controllo - A. Bemporad - A.a. 2007/08Tubo Tubo didi Pitot Pitot ( (Pitot Pitot- -Static Tubes Static Tubes) ) Vantaggi: adatto per misure puntuali di velocit. Basso costo, assenza di parti in movimento, facilit di installazione, minima caduta di carico Sensore costituito da due tubi concentricilinee di flussopunto di presa dinamicapunto di presa staticamanometrodifferenziale Al punto di presa dinamica, il caricoidrostatico vale Al punto di presa statica, il caricoidrostatico vale Applicando lequazione di Bernoulli si ottiene:pDpS Misurando la pressione relativapD-pS(ad es. conun manometro) si ricava la velocitv del fluidoTecnologie dei Sistemi di Controllo - A. Bemporad - A.a. 2007/08Tubo Tubo didi Pitot Pitot ( (Pitot Pitot- -Static Tubes Static Tubes) ) Adatto per misure puntuali di velocit Vantaggi: semplice costruzione, costo relativamente basso, assenza di parti in movimento, facilit di installazione, minima caduta di carico Svantaggi: laccuratezza pu non essere elevata, il tubo deve essereallineato con la velocit del fluido (max disallineamento: 5o) Esempio di applicazione: in aeronautica, per misurarela velocit dellaereo rispetto allariaPrezzo: circa $1000Vertically mounts under wing or on fuselage. Electrically heated, 80 watt nominal, self regulating heater automatically draws more power under icing conditions and less on ground operation. Long life rugged tubular or cartridge heater. Features heated internal water drain trap to prevent ice blockage and moisture entry. Used on executive jets, single and twin engine propeller aircraft and helicopters. FAA TSO-C16. Shipping Weight 1 Lb.(source: http://www.chiefaircraft.com )Tecnologie dei Sistemi di Controllo - A. Bemporad - A.a. 2007/08SensoriSensoridi di portataportataFineFine