Расходомеры – это приборы, измеряющие объем или массу вещества: жидкости, газа или пара, которые проходят через сечение трубопровода в единицу времени. В быту расходомеры называют «счетчиками», но это неверно, потому что счетчик – только одна из составляющих конструкции расходомера. Особенности конструкции зависят от типа прибора. Сейчас используют 6 типов расходомеров, у каждого из которых – свои сильные и слабые стороны.
РАСХОДОМЕРЫ – это технические устройства, предназначенные для измерения расхода жидкостей и газов.
ПО ВИДУ РАСХОДА:
определение массового расхода происходит косвенным методом массовые – напрямую измеряют массовый расход жидкости.
ПО ПРИНЦИПАМ ИЗМЕРЕНИЯ: (т. е. по тем физическим явлениям, с помощью которых измеряемая величина преобразуется в выходной сигнал первичного преобразователя расходомера)
расходомеры переменного перепада давления, основанные на зависимости перепада давления, создаваемого преобразователем расхода, установленным в трубопроводе, от расхода измеряемой среды; электромагнитные расходомеры, преобразующие скорость движущейся в магнитном поле электропроводящей жидкости в ЭДС; • вихревые расходомеры, принцип действия которых основан на зависимости частоты отрыва вихрей, возникающих при обтекании потоком вихреобразователя-призмы с острыми кромками, установленной в трубопроводе, от расхода измеряемой среды; ультразвуковые расходомеры, использующие зависимость разности времени прохождения ультразвуковой волны по и против направления потока, или сдвига частоты отраженной ультразвуковой волны (эффект Доплера) от скорости измеряемой среды; расходомеры постоянного перепада давления — ротаметры, преобразующие скоростной напор, а соответственно, и расход измеряемой среды, в перемещение тела обтекания; массовые кориолисовые расходомеры, основанные на инерционном воздействии на сенсор массы жидкости, движущейся одновременно с угловым ускорением.
Конструктивно в общем случае расходомеры состоят из первичного преобразователя — измерительной части и вторичного преобразователя — электронного блока.
ПО КОНСТРУКЦИИ ПЕРВИЧНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ:
• полнопроточные, первичный преобразователь которых встраивается непосредственно в поперечное сечение трубопровода; • погружные, первичный преобразователь которых вставляется в трубопровод через отверстие. Данные приборы, в зависимости от конструкции, возможно монтировать/демонтировать без снятия давления в трубопроводе; • с накладными первичными преобразователями, монтируемые непосредственно на внешней поверхности трубопровода. Из приведенных выше видов расходомеров с накладными первичными преобразователями изготавливаются только ультразвуковые расходомеры.
Основным видом соединения полнопроточных расходомеров с трубопроводом является фланцевое. При этом существует две его разновидности:
Обе разновидности фланцевого соединения одинаково надежны, однако, сэндвичевое соединение требует большей аккуратности при выполнении сварочных работ и монтаже расходомера. С другой стороны, стоимость расходомеров с сэндвичевым соединением обычно значительно ниже, чем с фланцевым по причине меньшей металлоемкости.
• интегрального исполнения — вторичный преобразователь монтируется непосредственно на первичном преобразователе; • разнесенного исполнения — вторичный преобразователь монтируется на некотором удалении от первичного и соединяется с ним кабелем.
В большинстве случаев целесообразнее применять расходомеры в интегральном исполнении.
Однако, существует ряд факторов, при наличии которых используют расходомеры в разнесенном исполнении: • высокая температура измеряемой среды; • высокая температура окружающей среды в месте установки расходомера; • высокая вибрация трубопровода; • возможность затопления места установки расходомера (для таких случаев первичные преобразователи, как правило, имеют водонепроницаемое исполнение IP68); • затрудненный доступ к месту установки расходомера.
ПО ВИДУ ВЗРЫВОЗАЩИТЫ:
На многих производствах существуют взрывоопасные зоны, в которых из-за утечек и испарения горючих веществ находятся или могут возникать взрывоопасные газовые среды. В таких зонах необходимо применять расходомеры во взрывозащищенном исполнении.
Наибольшее распространение получили два вида взрывозащиты расходомеров:
• искробезопасная цепь — данный метод подразумевает, что при возникновении искры в электрических цепях прибора ее мощности будет недостаточно для воспламенения взрывоопасной смеси; • взрывонепроницаемая оболочка — данный метод подразумевает, что электрические цепи прибора помещены в специальную особо прочную оболочку. При этом не исключается контакт электрических цепей со взрывоопасной смесью и возможность ее воспламенения, но гарантируется, что оболочка выдержит возникшее в результате взрыва избыточное давление, т. е. вспышка не выйдет за пределы взрывонепроницаемой оболочки.
Более подробно взрывозащищенные исполнения описаны в главе «Основы взровозащиты».
КЛАССИФИКАЦИЯ ЗАДАЧ ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА:
• задачи учета:
– коммерческого – предъявляются высокие требования к погрешности измерений и стабильности работы прибора, т. к. его показания являются основанием для расчетных операций между поставщиком и потребителем – оперативного (технологического) – применяются для межцехового, внутрицехового учета и т. д. В зависимости от требований, предъявляемых к данным задачам, возможно использование расходомеров более простой конструкции с большей погрешностью измерений, чем при коммерческом учете.
• задачи контроля и управления технологическими процессами – выбор типа расходомера зависит от степени важности и требований, предъявляемых к данному процессу:
– поддержание заданного расхода; – смешивание двух и более сред в определенной пропорции; – процессы дозирования/наполнения.
• измерение расхода в полностью заполненных (напорных) трубопроводах – являются стандартными, и большинство расходомеров предназначены именно для данного применения;
• измерение расхода в не полностью заполненных (безнапорных) трубопроводах, открытых каналах и лотках – специфичные задачи, т. к. требуют, в первую очередь, определения уровня жидкости. В зависимости от типа лотка или канала, определение расхода возможно через измеренный уровень на основе теоретически доказанных и экспериментально подтвержденных зависимостей расхода жидкости от уровня. Однако, существуют применения, где наряду с измерением уровня жидкости в канале, лотке или не полностью заполненном трубопроводе необходимо определение и скорости потока.
ИЗМЕРЕНИЕ РАСХОДА ЖИДКОСТЕЙ:
Для измерения расхода жидкостей в промышленных условиях целесообразно применять: • электромагнитные, • ультразвуковые, • массовые кориолисовые расходомеры; • ротаметры; • в ряде случаев оптимальным решением может быть применение вихревых расходомеров и расходомеров переменного перепада давления.
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ РАСХОДОМЕРЫ применяются для измерения расхода электропроводящих жидкостей и пульп. В силу своих конструктивных особенностей, разнообразия материалов футеровки и электродов данные приборы имеют широкую область применения и используются при измерении расхода следующих сред:
УЛЬТРАЗВУКОВЫЕ РАСХОДОМЕРЫ применяются для измерения расхода неэлектропроводящих сред (нефть и продукты ее переработки, спирты, растворители и др.).
Полнопроточные расходомеры • в узлах коммерческого учета, • для управления технологическими процессами.
• погрешность измерения ± 0,5% измеряемой величины, в зависимости от исполнения; • среда должна быть чистой (времяимпульсные расходомеры) или с содержанием нерастворенных частиц и/или нерастворенного воздуха (доплеровские расходомеры), в зависимости от принципа измерения. В качестве примера сред для второго случая можно указать гидросмеси, суспензии, буровые растворы и др.
в узлах коммерческого учета, процессах дозирования/наполнения или ответственных технологических процессахнеобходимо измерять массовый расход среды или контролировать сразу несколько параметров (массовый расход, плотность и температуру); при их установке, например, в байпасной линии; при измерении расхода двухфазных средможностью определения концентрации одной среды в другой.
Во всех остальных случаях, при более простых применениях, массовые расходомеры могут оказаться неконкурентоспособными по сравнению с объемными расходомерами, которые можно применять для решения этих же задач.
не подходят для измерения расхода высококоррозионно-активных сред, т.к. в качестве материалов измерительных трубок в массовых расходомерах используются, как правило, нержавеющая сталь и сплав Hastelloy; на точность измерения расхода массовыми расходомерами сильно влияет наличие нерастворенного газа в измеряемой среде.
Измерение расхода адгезионных, абразивных сред и сред с механическими примесями с помощью ротаметров невозможно.
Несмотря на то, что ВИХРЕВЫЕ РАСХОДОМЕРЫ разрабатывались специально для измерения расхода газа/пара, их возможно применять также для измерения расхода жидких сред.Однако, в силу их конструктивных характеристик, наиболее рекомендуемыми применениями данных приборов в задачах оперативного учета и контроля технологических процессов, являются: • измерение расхода высокотемпературных жидкостей с температурой до +450 °С; • измерение расхода криогенных жидкостей с температурой до -200 °С; • при высоком, до 25 МПа, технологическом давлении в трубопроводе; • измерение расхода в трубопроводах большого диаметра (погружные вихревые расходомеры).
Жидкость при этом должна быть чистой, однофазной, с вязкостью не более 7 сП.
ИЗМЕРЕНИЕ РАСХОДА ГАЗА И ПАРА:
В отличие от жидкостей, которые условно можно считать практически несжимаемыми средами, объем газовых сред существенно зависит от температуры и давления. Поэтому при учете количества газов оперируют объемом и расходом, приведенными либо к нормальным условиям (T = 0 °C, P = 101,325 кПа абс.), либо к стандартным условиям (Т = +20 °С, Р = 101,325 кПа абс.).
Для измерения количества газа и пара наряду с объемным расходомером необходимы: • датчики давления и температуры; • массовый расходомер; • вычислительное устройство (корректор или другой вторичный прибор с соответствующими математическими функциями).
При регулировании расхода газов в технологических процессах зачастую ограничиваются измерением одного лишь объемного расхода, но для точного регулирования также необходимо определять расход при нормальных условиях, особенно в случае значительных колебаний плотности газа.
Наиболее часто для измерения расхода газа и пара применяется МЕТОД ПЕРЕМЕННОГО ПЕРЕПАДА ДАВЛЕНИЯ (ППД), где в качестве первичных преобразователей расхода традиционно используются сужающие устройства, в первую очередь — стандартная диафрагма.
Основными преимуществами расходомеров ППД является: • беспроливная поверка; • невысокая стоимость; • широкий диапазон применений; • большой опыт эксплуатации.
Недостатки: • квадратичная зависимосю перепада давления от расхода; • большие потери давления на сужающих устройствах; • жесткие требования к прямым участкам трубопровода.
ВИХРЕВЫЕ РАСХОДОМЕРЫ получают все более широкое применение для измерения расхода газа и пара.
Преимущества: • более широкий динамический диапазон, • меньшие потери давления • прямыми участками.
Наиболее эффективны данные приборы в задачах учета, прежде всего коммерческого, и в ответственных задачах регулирования расхода. Использование расходомера со встроенным датчиком температуры либо стандартного расходомера совместно с датчиками температуры и давления позволяет определить массовый расход среды, что особенно актуально при измерении расхода пара.
не применяются для • измерения расхода многофазных, адгезионных сред и сред с твердыми включениями; • измерения расхода сред с малыми скоростями потока.
РОТАМЕТРЫ широко применяются при малых и средних скоростях потока для измерения расхода технических газов. Данные приборы рассчитаны на работу как с высокотемпературными, так и с коррозионно-активными средами и широко используются в различных исполнениях. Однако как указывалось выше, ротаметры монтируются только на вертикальных трубопроводах с направлением потока снизу вверх и не применяются при измерении расхода адгезионных сред и сред с содержанием твердых включений, в том числе абразивных.
МАССОВЫЕ КОРИОЛИСОВЫЕ РАСХОДОМЕРЫ применяются при необходимости непосредственного измерения массового расхода газа. Однако при применении данных приборов измерение плотности и, соответственно, расчет объемного расхода невозможны, т. к. плотность газов ниже минимального значения диапазона измерений плотности данных расходомеров. С учетом высокой стоимости данных приборов их применение рекомендуется в наиболее ответственных процессах, где критичным параметром является массовый расход среды.
СВОДНАЯ ТАБЛИЦА ПРИМЕНЕНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ РАСХОДОМЕРОВ:
Более подробно особенности и варианты исполнения каждого типа расходомеров, а также рекомендации по их выбору и применению даны во введении к каждой части раздела.
– прибор, измеряющий объемный расход или массовый расход вещества, то есть количество вещества (объем, масса), проходящее через данное сечение потока, например, сечение трубопровода в единицу времени. Если прибор имеет интегрирующее устройство (счетчик) и служит для одновременного измерения и количества вещества, то его называют счетчиком-расходомером. Масса или объем вещества, прошедшего через счетчик, определяется по разности двух последовательных во времени показаний
отсчетного устройства или интегратора.
Расход вещества – это масса или объем вещества, проходящего через данное сечение канала средства измерения расхода в единицу времени. В зависимости от того, в каких единицах измеряется расход, различают объемный расход или массовый расход. Объемный расход измеряется в м3/с (м3/ч и т. д.), а массовый – в кг/с (кг/ч, т/ч и т. д.).
Расходомеры с овальными шестернями – это объемные расходомеры вытеснительного типа, которые перемещают определенные части объема в отдельные измерительные камеры (рисунок 2.54). В положении левая ведомая шестерня выталкивает объём , а правая ведущая шестерня отсекла дозированный объём В положении б выталкивается объём , в то время как шестерня отсекает дозированный объём . В положении в выталкивается объём , а отсекается объём . За пол–оборота шестерен, например, от к выталкивается два дозированных объёма, а за один оборот – 4 дозированных
объёма. Выходным сигналом счётчика является число оборотов любой шестерни, которое прямо пропорционально объему прошедшей через счётчик жидкости.
- относительно высокая точность измерений;
- возможность генерации импульсного выхода, который может быть передан в систему управления;
- данные расходомеры хорошо подходят для автоматического дозирования и учета.
- потеря напора от установки счётчика составляет примерно 0,02МПа;
- узкий диапазон измерений величины расхода (от 0,8 до 36 м3/ч при рабочем давлении 1,57 МПа);
- небольшие диаметры трубопроводов (диаметры условных проходов 15–50 мм);
- снижение точности, связанное с просачиванием вещества через внутреннюю изолированную поверхность.
Скоростной счётчик (рисунок 2.55) содержит крыльчатку или ротор, которые вращаются под действием протекающего потока жидкости или газа. Число оборотов будет пропорционально объёму вещества, прошедшему через счётчик.
- просты по конструкции;
- обладают малой потерей давления.
- зависимость показаний от вязкости измеряемой жидкости;
- менее надежны в эксплуатации вследствие одностороннего износа опоры;
- значительного изменения показаний при засорении.
Расходомеры переменного перепада давления основаны на зависимости от расхода перепада давления, создаваемого устройством, которое установлено в трубопроводе, или же самим элементом последнего.
Измерение расхода напорными трубками (см. рисунок 2.56 а) основано на измерении динамического напора потока вещества. В минусовой трубке 1 имеется только статическое давление потока, а в плюсовой 2 к статическому напору добавляется динамический напор. По скорости движения при известном сечении S трубы определяется расход вещества как: vS, м3/с. Дифманометром ДМ измеряется динамический напор, но шкала может быть проградуирована в единицах расхода.
Более точными и, поэтому, чаще всего применяемыми на практике являются расходомеры на основе сужающих устройств типов диафрагмы (рисунок 2.56 б) и сопла (рисунок 2.56 в). На диафрагме поток сжимается и под действием сил инерции продолжает сжиматься на некотором расстоянии после диафрагмы. Движущей силой потока, определяющей скорость движения вещества через диафрагму, является перепад давлений. В самом узком сечении потока давление минимальное, а перед диафрагмой давление – максимальное. Перепад давления измеряется дифманометром.
На точность измерения расхода диафрагмами оказывают завихрения после диафрагмы. У сопел Вентури таких завихрений нет, поэтому их точность существенно выше.
- метод применяется для измерения расход практически любых сред: жидкостей, газа, пара;
- низкая первоначальная стоимость;
- беспроливная методика поверки;
- отсутствие движущихся частей;
- измерение расхода в условиях высокого давления (до 40 МПа);
- измерение расхода в условиях высоких и низких температур. (–200 до +1000 °С);
- широкий диапазон типоразмеров (Ду = 15–2000 мм);
- простота конструкции;
- возможность расчетным путем определять расход без натурной градуировки расходомера в случае трубопроводов диаметрами 50–1000 мм.
- небольшой диапазон измерений из-за квадратичной зависимости между расходом и перепадом давлений;
- значительные потери давления на гидравлическом сопротивлении и связанные с этим дополнительные затраты энергии;
- узкий динамический диапазон (1:3);
- высокая стоимость эксплуатации из-за периодического обслуживания: измерение геометрических размеров сужающего устройства, прочистка импульсных линий, прогрев импульсных линий, установка нуля на датчике дифференциального давления;
- небольшой межповерочный интервал (стандартный межповерочный интервал расходомера составляет – 1 год).
Расходомеры постоянного перепада давления – ротаметры (рисунок 2.57 а) – предназначены для измерения расхода чистых жидкостей и газов. Они состоят из вертикальной конической трубы, выполненной из металла, стекла или пластика, в которой свободно перемещается вверх и вниз специальный поплавок. Поток движется по трубе в направлении снизу вверх, заставляя поплавок
подниматься до уровня, на котором все действующие силы находятся в состоянии равновесия. На поплавок воздействуют три силы:
- Выталкивающая сила, которая зависит от плотности среды и объёма поплавка.
- Сила тяжести, которая зависит от массы поплавка.
- Сила потока, которая зависит от формы поплавка и скорости потока, проходящего через сечение ротаметра между поплавком и стенками трубы.
Каждая величина расхода соответствует определённому переменному сечению, зависящему от формы конуса измерительной трубы и конкретного положения поплавка. В случае стеклянных конусов, значение расхода может быть считано прямо со шкалы на уровне поплавка. В случае конусов, выполненных из металла, положение поплавка передаётся на дисплей при
помощи системы магнитов. Не требуется никакого дополнительного источника питания. Различные диапазоны измерения достигаются за счёт многообразия размеров и форм конуса, а также возможности выбора различных форм и материалов изготовления поплавка.
Поплавковый расходомер постоянного перепада давления (см. рисунок 2.57 б) состоит из поплавка 1 и конического седла 2 расположенных в корпусе прибора. Коническое седло выполняет ту же роль, что и коническая трубка ротаметра. Различие заключается в том, что длина и диаметр седла примерно равны, а у ротаметров длина конической трубки значительно больше ее
диаметра.
Втулка имеет входное отверстие 5 и выходное отверстие 4, которое является диафрагмой переменного сечения. Поршень с помощью штока соединен с сердечником передающего преобразователя 3. Протекающая через расходомер жидкость поступает под поршень и поднимает его. При этом открывается в большей или меньшей степени отверстие выходной диафрагмы.
Жидкость, протекающая через диафрагму, одновременно заполняет также пространство над поршнем, что создает противодействующее усилие.
- простота конструкции;
- возможность измерений в широком диапазоне значений расхода;
- возможность измерений в широком диапазоне диаметров трубопроводов (от десятков до 3000 мм и более);
- возможности применения для различных по составу и агрессивности жидкостей и газов при температурах до 350–400 °С и давлениях до 100 МПа;
- возможности расчетным путем определять расход без натурной градуировки расходомера в случае трубопроводов диаметрами 50–1000 мм.
- небольшой диапазон измерений из-за квадратичной зависимости между расходом и перепадом давлений (3:1);
- значительные потери давления на гидравлическом сопротивлении и связанные с этим дополнительные затраты энергии.
В основе электромагнитных расходомерах (рисунок 2.58) лежит закон электромагнитной индукции, известный как закон Фарадея. Когда проводящая жидкость, например вода, проходит через силовые линии магнитного поля, индуцируется электродвижущая сила. Она пропорциональна скорости движения проводника, а направление тока – перпендикулярно направлению движения
проводника.
В электромагнитных расходомерах жидкость течет между полюсами магнита, создавая электродвижущую силу. Прибор измеряет напряжение между двумя электродами, рассчитывая тем самым объем проходящей через трубопровод жидкости. Это надежный и точный метод, потому что сам прибор не влияет на скорость течения жидкости, а за счет отсутствия движущихся частей
оборудование долговечное.
При движении проводников в магнитном поле в них возникает электродвижущая сила равная
где – индукция магнитного поля внутри трубы; – длина проводников, равная внутреннему диаметру трубы; – скорость движения жидкости.
- умеренная стоимость;
- нет движущихся и неподвижных частей в поперечном сечении;
- большой динамический диапазон измерений.
- необходимость изолирования трубопровода в месте измерения;
- невозможность измерения расхода непроводящих сред (газ, спирт, легкие нефтепродукты);
- расходомеры (особенно с постоянным магнитом) могут забивать трубопровод металлическим мусором – для этого их приходится периодически отключать;
- очень чувствителен к различного рода неоднородностям потока.
В ультразвуковом расходомере (см. рисунок 2.59) имеется два излучателя И1 и И2 и два приёмника П1 и П2 ультразвука. Время прохождения t2 звуковой волной расстояния между И2 и П2 больше, чем время прохождения t1 звуковой волной расстояния между И1 и П1, так как в первом случае волна звука распространяется навстречу потоку жидкости, а во втором – согласно с потоком.
По разности Δt=t2 – t1 определяется скорость а затем при известном сечении трубы определяется расход
- отсутствие гидродинамического сопротивления;
- отсутствие подвижных элементов;
- значительное быстродействие – незаменимы для систем регулирования, где не допускается запаздывание;
- чистка узла без демонтажа;
- физико–химические свойства (температура, плотность, вязкость) не влияют на точность измерения (если они не изменяют электропроводность);
- возможность измерения расхода агрессивных и абразивных сред;
- применяются для измерения чрезвычайно малых расходов вплоть до 3∙10–9 м3/с и для больших – 3 м3/с;
- широчайший диапазон для однотипного устройства 500:1.
- чувствительность измерений к отражающим и поглощающим ультразвук осадкам;
- чувствительность к вибрациям;
- чувствительность к перекосам потока для однолучевых расходомеров.
Тепловые расходомеры могут применяться при измерении небольших расходов практически любых сред при различных их параметрах. Кроме того, они весьма перспективны для измерения расхода очень вязких материалов. Принцип действия их основан на использовании зависимости эффекта теплового воздействия на поток вещества от массового расхода этого вещества.
Тепловые расходомеры могут выполняться по трем основным принципиальным схемам: калориметрические, основанные на нагреве или охлаждении потока посторонним источником энергии, создающим в потоке разность температур; теплового слоя, основанные на создании разности температур с двух сторон пограничного слоя; термоанемометрические, в которых используется зависимость между количеством теплоты, теряемой непрерывно нагреваемым телом, помещенным в поток, и массовым расходом вещества.
Выбор принципиальной схемы измерения зависит от измеряемой среды, необходимой точности, типа используемых термочувствительных элементов и режима нагрева. Для упруго-вязких пластичных веществ, предпочтительным является измерение по схеме термоанемометра с постоянной температурой подогрева потока.
Чувствительными элементами термоанемометрического расходомера (рисунок 2.60) являются резисторы и , помещаемые (наматываемые) на стенке трубопровода на некотором расстоянии друг от друга. Манганиновые резисторы и служат для создания мостовой схемы, питаемой от источника напряжения. Сигнал разбаланса, пропорциональный изменению расхода, подается на электронный усилитель , где усиливается и после этого управляет вращением реверсивного электродвигателя , который, производя перестановку движка компенсирующего переменного резистора Rp, изменяет напряжение питания до тех пор, пока разбаланс в измерительной диагонали моста не станет равным заданному. Мерой расхода могут служить показания амперметра, ваттметра или положение движка
С помощью тепловых расходомеров может быть обеспечена точность измерения расхода вязких продуктов ±2÷2,5 %.
Для измерения расхода газов используют калориметрические расходомеры, представленные на рисунке 2.61. В состав расходомера входят: 1,2 – термометры сопротивления, 3 – электрический нагреватель. Если пренебречь теплотой, отдаваемой потоком в окружающую среду, то уравнение теплового баланса имеет вид:
количество теплоты, отдаваемое нагревателем жидкости или газу, k – поправочный коэффициент на неравномерность распределения температур по сечению трубы, QM – массовый расход вещества, cp – удельная массовая теплоёмкость при температуре
Существует два способа измерений расхода: измерение по мощности, потребляемой нагревателем и обеспечивающей постоянную разность температур ; измерение по разности температур при постоянной мощности нагревателя (разность температур измеряется термометрами сопротивления, выполненных в виде сетки, что позволяет измерять среднюю температуру по сечению трубопровода). Второй способ является более экономичным, т.к. контролируемая среда нагревается на 1–3 ºС, поэтому даже при больших расходах потребляемая мощность невелика.
- высокая точность измерений (±0,5÷1%);
- большой диапазон измерений (10:1);
- измерение пульсирующих и малых расходов.
Литература
В основе устройства электромагнитных расходомеров – закон электромагнитной индукции, известный как закон Фарадея. Когда проводящая жидкость, например вода, проходит через силовые линии магнитного поля, индуцируется электродвижущая сила. Она пропорциональна скорости движения проводника, а направление тока – перпендикулярно направлению движения проводника.
В электромагнитных расходомерах жидкость течет между полюсами магнита, создавая электродвижущую силу. Прибор измеряет напряжение между двумя электродами, рассчитывая тем самым объем проходящей через трубопровод жидкости. Это надежный и точный метод, потому что сам прибор не влияет на скорость течения жидкости, а за счет отсутствия движущихся частей оборудование долговечное.
Преимущества электромагнитных расходомеров:
- Умеренная стоимость.
- Нет движущихся и неподвижных частей в поперечном сечении.
- Большой динамический диапазон измерений.
Принцип работы электромагнитного расходомера
Ультразвуковые расходомеры
В конструкции расходомеров есть передатчик ультразвуковых сигналов (УЗС). Когда жидкость движется по трубопроводу, происходит снос ультразвуковой волны. Из-за этого меняется время, за которое сигнал от передатчика достигает приемника. Время прохождения увеличивается против потока жидкости и уменьшается, если ультразвуковой сигнал идет по направлению потока. Ультразвуковые расходомеры рассчитывают объемный расход жидкости на основе разности времени прохождения УЗС по течению потока и против него – эта разность пропорциональна скорости движения и объему воды.
Достоинства ультразвуковых расходомеров:
- Невысокая стоимость.
- Нет движущихся и неподвижных частей в поперечном сечении.
- Средний динамический диапазон измерений.
- Возможность монтажа на трубопроводы большого диаметра.
- Чувствительность измерений к отражающим и поглощающим ультразвук осадкам.
- Чувствительность к вибрациям.
- Чувствительность к перекосам потока для однолучевых расходомеров.
Расходомеры перепада давления
Принцип действия этого типа расходомеров основан на измерении перепадов давления, которые возникают, когда поток жидкости, газа или пара проходит через шайбу, сопло или другое сужающее устройство. Скорость потока в этом месте меняется, давление возрастает: чем выше скорость потока, тем больший расход.
- Механические препятствия в сечении: шайба или сопло.
- Малый динамический диапазон измерений.
- Чувствительность к любым осадкам на сужающем устройстве.
Кориолисовы расходомеры
Принцип действия этих расходомеров опирается на эффект Кориолиса: изменение фаз механических колебаний U-образных трубок, по которым движется жидкость, газ или пар. Сдвиг фаз зависит от массового расхода. Сила Кориолиса, которая воздействует на стенки колеблющейся трубки, меняется под напором воды или пара.
- Прямое измерение массового расхода.
- Осадки не влияют на измерения.
- Нет препятствий во внутреннем сечении.
- Измерение расхода жидкостей не зависит от их электрической проводимости.
- Высокая стоимость.
- Строгие требования к технологии изготовления.
- Влияние вибраций на метрологические характеристики.
Сравнив достоинства и недостатки разных видов оборудования, несложно понять, почему самыми востребованными остаются электромагнитные расходомеры: они недорогие, точные и практичные. Через каталог компании «Интелприбор» вы можете заказать измерительные модули высокого качества. Мы не только поможем выбрать оборудование, но также установим его и обеспечим техобслуживание.
Тахометрические расходомеры
Тахометрические расходомеры измеряют скорость вращения, количество оборотов крыльчатки или турбины в потоке воды, газа или пара. Принцип действия не меняется в зависимости от того, установлена ли в приборе крыльчатка или турбина; разница только в том, что ось вращения крыльчатки находится перпендикулярно движению потока, а турбины – параллельно потоку жидкости или газа.
- Невысокая стоимость.
- Работают без источника питания.
- Механические препятствия в сечении расходомера.
- Малый динамический диапазон.
- Неустойчивость измерений.
- Невысокая надежность.
- Примеси и посторонние предметы в воде влияют на результаты измерений.
- Небольшой срок эксплуатации.
Принцип работы тахометрического расходомера
Вихревые расходомеры
Вихревые расходомеры измеряют частоту колебаний, которые возникают в потоке жидкости или газа, когда они обтекают препятствия. При обтекании препятствий образуется вихрь, от которого приборы и получили свое название.
- Механические препятствия в сечении расходомера.
- Малый динамический диапазон.
- Температурная чувствительность.
- Неустойчивость характеристик при осадках на теле обтекания.
- Влияние вибраций на результаты измерений.
Принцип работы вихревого расходомера
Скоростные и объемные счетчики
Тема 2.3. Приборы для измерения расхода.
Количество жидкостей и газов. Расход. Классификация приборов. Скоростные и объемные счетчики. Расходомеры.
Количество и расход
Количество – это объем или вес вещества, протекающий через трубопровод за определенный промежуток времени: час, сутки, месяц и т.д. Основной единицей объема принимается
. Основной единицей массы – кг.
Расход – это количество вещества (пара, жидкости или газа), проходящее через данное сечение закрытого трубопровода в единицу времени.
где Q – расход вещества,
; V – объем вещества,
Расход пара, иногда жидкостей, определяют в кг/ч или т/ч, расход газов, воздуха и жидкостей – в
Счетчики – приборы для измерения количества вещества.
Расходомеры – приборы, измеряющие расход вещества.
Приборы для измерения количества и расхода широко применяют в промышленности, так как, помимо контроля за ходом технологических процессов, необходимо определять расход газообразного и жидкого топлива, водяного пара, сжатого воздуха, технической воды для технической отчетности, составления материальных балансов, учетно-расчетных операций.
– скоростные – служат для измерения количества по скорости движения потока,
– объемные – для измерения количества протекшей жидкости или газа по их объему.
– расходомеры переменного перепада давления,
– расходомеры постоянного перепада давления (обтекания),
– расходомеры переменного уровня,
– расходомеры скоростного напора,
– индукционные (электромагнитные) расходомеры,
– тахометрические расходомеры и т.д.
К этой группе относятся приборы, измеряющие суммарный объем (расход) или массу вещества по скорости его протекания в трубопроводе либо непосредственно измеряющие объем или массу вещества за любой промежуток времени.
Весовые счетчики менее распространены.
Для измерения количества воды пользуются преимущественно скоростными счетчиками (водомерами). Класс точности приборов 2-3. Они применяются при давлении 10
и температуре до +30
. Работа скоростного счетчика основана на действии проходящей через прибор жидкости на вертушку.
Вертушки у скоростных счетчиков бывают крылатые и спиральные. Счетчики с крыльчатой верхушкой применяются для измерения малых количеств воды и других жидкостей в горизонтальных трубопроводах. Счетчики со спиральной вертушкой могут быть установлены на горизонтальных или наклонных участках трубопровода с восходящим потоком жидкости.
Поток жидкости приводит в движение вертушку, и вращает ось. Число оборотов вертушки пропорционально скорости потока. Чем больше скорость, а, следовательно, расход протекающей жидкости, тем с большим числом оборотов будет вращаться вертушка. Ось вертушки соединена со счетчиком расхода. Вращение оси передается счетному механизму. Шкала счетчика градуирована в литрах или кубических метрах. Размер счетчика (его калибр) определяется диаметров входного отверстия. Скоростные счетчики бывают четырех калибров: 15, 20, 30 и 40 мм. Калибр определяет пропускную способность счетчика.
Для обеспечения постоянства градуировки прибора необходимо, чтобы направление потока жидкости было параллельно оси вертушки, для чего перед ней со стороны входа потока устанавливается струевыпрямитель. Кроме того, счетчик должен быть установлен на прямом участке трубопровода. Длина прямого участка трубы не менее 8-10 D (D – диаметр трубы) до места установки прибора и не менее 5D после него.
Объемные счетчики по конструкции разделяются на шестеренчатые, поршневые, ротационные и др.
Шестеренчатые счетчики применяются главным образом для измерения количества жидкостей (вязкость 6 сст) при температурах от -20 до +60
. Общие пределы измерения для таких счетчиков составляют 800-20000
при давлении до 16
и диаметре трубопровода 25-40 мм. Максимальный расход до 15
Поршневые счетчики удобны для измерения малых расходов жидкостей при малых давлениях. Они обычно применяются на энергетических объектах, потребляющих жидкое топливо.
Ротационные счетчики находят применение в системах газо- и теплоснабжения. Они предназначены для местного измерения количества неагрессивного очищенного горючего газа в пределах 0,75-600
. Их монтируют на газопроводах диаметром 50-150 мм. Основная допустимая погрешность этих приборов
Расходомер – это прибор, для определения массового или объемного расхода жидкостей, газов или пара в данный момент времени.
Расход в систему (по показаниям приборов) регулируют, изменяя площадь отверстия для истечения пара, жидкости или газа открытием или закрытием запорных устройств.
