- Схема электромагнитного расходомера
- Достоинства и недостатки методаПравить
- Принцип действияПравить
- Механические счётчики расходаПравить
- Ёмкость и секундомер
- Расходомеры на базе объёмных гидромашин
- ПримечанияПравить
- Ультразвуковые расходомерыПравить
- Ультразвуковые фазового сдвига
- Закон Фарадея и электродвижущая сила
- ПримечанияПравить
- Индукционные расходомеры (электромагнитные).
- Особенности индукционного расходомера
- Особенности счетчиков с разными магнитами
- Сфера применения электромагнитных расходомеров
- Кориолисовы расходомерыПравить
- Расходомер
- Электромагнитные расходомеры
- Электромагнитный расходомер
- Меточные расходомерыПравить
- Устройство расходомеров
- РаспространённостьПравить
- Расходомер РП
- Электромагнитные расходомеры
- Принцип работы и особенности электромагнитных счетчиков – расходомеров молока
- ИсточникиПравить
- Типовая схемаПравить
- ПрименениеПравить
- Оптические расходомерыПравить
- Сравнение весовых, индукционных и ультразвуковых расходомеров
- Расходомеры переменного перепада давленияПравить
- Расходомеры с сужающими устройствами
- Расходомеры с гидравлическим сопротивлением
- Расходомеры с напорным устройством
- Расходомеры с напорным усилителем
- Вихревые расходомерыПравить
- Особенности конструкции счетчиков
- Расходомеры постоянного перепада давленияПравить
- Особенности весового расходомера
- ТакжеПравить
- Преобразователи энергии потокаПравить
- Особенности ультразвукового расходомера
- Принцип действияПравить
- Тепловые расходомерыПравить
- Расходомеры теплового пограничного слоя
- Счетчики с постоянным и переменным магнитным полем
- Метрологические характеристикиПравить
- Электромагнитные расходомерыПравить
Схема электромагнитного расходомера
Корпус 1 преобразователя расхода выполняется из немагнитного материала и покрывается изнутри электрической изоляцией 2 (резиной, фторопластом), располагаемой по окружности трубы. Корпус преобразователя размещается между полюсами магнита (на рис. 3.32, а – это постоянный магнит). Через стенки трубы, электроизолированно от нее, по диаметру строго перпендикулярно оси магнита вводятся электроды 3, находящиеся в электрическом контакте с жидкостью.
По закону электромагнитной индукции, при осесимметричном профиле скоростей в жидкости, между электродами 3 будет наводиться эдс:
где В – индукция магнитного поля;
D – длина жидкостного проводника, равная расстоянию между электродами или диаметру измерительного участка;
V – средняя скорость жидкости.
Учитывая, что средняя скорость потока связана с объемным расходом соотношением
Из этого выражения следует, что индуцируемая эдс прямо пропорциональна измеряемому объемному расходу.
Измерение эдс осуществляется измерительным прибором (ИП)(рис. 3.32, а), к которому предъявляются жесткие требования по значению его входного сопротивления R0.
Для обеспечения малого влияния внутреннего сопротивления преобразователя Rп необходимо соблюдение следующего соотношения
Применение постоянных магнитов в расходомерах данного типа позволяет уменьшить помехи от внешних электромагнитных полей, а также увеличить быстродействие приборов.
Основной сложностью использования расходомеров с постоянными магнитами является поляризация электродов. В результате этого на границах электродов создается эдс поляризации, направленная против основной измеряемой эдс, что изменяет во времени градуировочную характеристику прибора и ставит под вопрос стабильность его работы. Поэтому электромагнитные расходомеры с магнитным полем нельзя применять для жидкостей с ионной проводимостью.
Как при турбулентном, так и при ламинарном течении потока показания электромагнитного расходомера при одном и том же расходе и осесимметричном потоке будут одинаковы. Это основное преимущество расходомеров электромагнитного типа по сравнению со всеми остальными расходомерами. В случае нарушения осевой симметрии потока деформация поля скоростей оказывает паразитное влияние на показания электромагнитных расходомеров.
Достоинства и недостатки методаПравить
Первичные преобразователи электромагнитных расходомеров не имеют частей, выступающих внутрь трубопровода (электроды устанавливаются заподлицо со стенкой трубопровода), сужений или изменений профиля. Благодаря этому гидравлические потери на приборе минимальны. Кроме того, преобразователь расходомера и технологический трубопровод можно чистить и стерилизовать без демонтажа. Поэтому эти расходомеры используют в биохимической и пищевой промышленности, где доминирующими являются требования к стерильности среды. Отсутствие полых углублений исключает застаивание и коагулирование измеряемого продукта.
На показания электромагнитных расходомеров не влияют физико-химические свойства измеряемой жидкости (вязкость, плотность, температура и т. п.), если они не изменяют её электропроводность.
Конструкция первичных преобразователей позволяет применять новейшие изоляционные, антикоррозийные и другие покрытия, что даёт возможность измерять расход агрессивных и абразивных сред. В специальных расходомерах с переменным магнитным полем электроды также могут быть изолированы от жидкости, образуя конденсатор в измерительной цепи.
Метод чувствителен к неоднородностям (пузырькам), турбулентности потока, неравномерности распределения скоростей потока в сечении канала.
Метод чувствителен к паразитным токам заземления протекающим по трубе. Поэтому при риске возникновения таких токов участки перед и после расходомера делаются из металлической трубы с тщательным электрическим соединением участков для минимизации паразитных токов через воду в районе расходомера.
Расходомеры (особенно с постоянными магнитами) могут забивать сечение трубы металлическим мусором удерживаемым магнитной системой расходомера. Для борьбы с этим явлением расходомеры с электромагнитами периодически отключаются на короткое время чтобы поток воды унес мусор.
Отмеченные преимущества и обеспечили достаточно широкое распространение электромагнитных расходомеров, несмотря на их относительную конструктивную сложность.
Электромагнитные расходомеры применяют для измерения очень малых (3 • 10−9 м3/с) расходов (например, для измерения расхода крови по кровеносным сосудам) и больших расходов жидкостей (3 м3/с). Причём диапазон измерения расходомера одного типоразмера достигает значения 1000:1.
Оснащение молочного завода электромагнитными расходомерами
Принцип действияПравить
Устройство вихревого расходомера.
1 — Участок трубопровода
2 — Фланцы
3 — Генератор вихрей
4 — Корпус расходомера
5 — Датчики вихрей
Механические счётчики расходаПравить
Скоростной счётчик — турбинка
Скоростные счётчики устроены таким образом, что жидкость, протекающая через камеру прибора, приводит во вращение вертушку или крыльчатку, угловая скорость которых пропорциональна скорости потока, а следовательно, и расходу.
Поступающая в прибор жидкость или газ измеряется отдельными, равными по объёму дозами, которые затем суммируются. Счётчики газа на этом принципе часто встречаются в быту.
Классификация объёмных счетчиков
- В зависимости от конструктивных особенностей рабочего органа: поршневые, шестеренные.
- В зависимости от вида движения рабочего органа: поступательного движения, вращательно-ротационного движения, прецессионного, планетарного движения.
В зависимости и от конструкции и от вида движения рабочего органа классифицируются на:
- поршневые (кольцевые) с планетарным движением кольцевого поршня;
- шестеренные (круглые) с ротационным вращением круглых шестерен;
- шестеренные (овальные) с ротационным вращением овальных шестерен;
- лопастные (камерные) с ротационным вращением лопастей, выполненных в виде камер;
- лопастные (пластинчатые) с ротационным вращением пластинчатых лопастей[1].
Ёмкость и секундомер
Возможно, самый простой способ измерить расход — это использовать некоторую ёмкость и секундомер. Поток жидкости направляется в некоторую ёмкость, и по секундомеру засекается время заполнения этой ёмкости. Зная объём ёмкости и поделив его на время заполнения, можно узнать расход жидкости. Этот способ подразумевает прерывание нормального течения потока, однако может давать непревзойдённую точность измерения. Широко используется в тестовых и поверочных лабораториях.
Область применения ролико-лопастных расходомеров очень широка: измерение расходов на испытательных стендах, в гидроприводах станков и технологического оборудования, на стационарных и передвижных бензо- и маслозаправочных станциях, в топливных системах карбюраторных и дизельных двигателей автомобилей, тракторов, строительно-дорожных, сельскохозяйственных, лесозаготовительных машин, тепловозов и судов, как дозаторы при заливке танкеров, ж/д цистерн, резервуаров.
Расходомер оснащен встроенным электронным датчиком и программируемым микропроцессорным прибором с жидкокристаллическим дисплеем. Электроника расходомера имеет автономное питание на 3 – 5 лет и герметизированный выход на вторичный электронный прибор или компьютер, управляющий механизмами дозирования. Для метрологического применения или при необходимости проведения высокоточных измерений в технологических процессах, расходомер оснащен датчиком с высокой разрешающей способностью (до долей см3).
Впервые расходомер с овальными шестернями был изобретен компанией Bopp & Reuther (Германия) в 1932 году.
Измеряющий элемент состоит из двух шестерёнок овальной формы. Протекающая жидкость вращает данные шестерёнки. При каждом обороте пары овальных колес через прибор проходит строго определённое количество жидкости. Считывая количество оборотов, можно точно определить, какой объём жидкости протекает через прибор.
Данные расходомеры отличаются высокой точностью, надёжностью и простотой, что позволяет их использовать для жидкостей с высокой температурой и под большим давлением. Отличительной особенностью расходомеров с овальными шестернями является возможность использования для жидкостей с высокой вязкостью (мазут, битум).
Расходомеры на базе объёмных гидромашин
В системах объёмного гидропривода для измерения объёмного расхода рабочей жидкости применяют объёмные гидромашины (как правило — шестерённые или аксиально-плунжерные гидромашины).
Объёмная гидромашина в этом случае работает как гидродвигатель, но без нагрузки на валу. Тогда объёмный расход через гидромашину можно определить по формуле:
- — объёмный расход,
- — рабочий объём гидромашины (определяется по паспорту гидромашины),
- — частота вращения выходного вала гидромашины, которую можно измерить тахометром.
Заметим, что объёмная гидромашина пропускает через себя весь расход жидкости, что для объёмного гидропривода не представляет сложности ввиду малых расходов.
ПримечанияПравить
- ↑ 1 2 3 ГОСТ 8.563.1-97. Измерение расхода и количества жидкости и газов методом переменного перепада давления / Под ред. А. Б. Васильева. — Минск: Изд-во стандартов, 1997.
- ↑ 1 2 3 4 5 Кремлевский П. П. Расходомеры и счётчики количества веществ. Справочник. — Изд. 5-е, пер. и доп.. — СПб.: Машиностроение, 2002. — 409 с. —
- Киясбейли А. Ш., Перельштейн М. Е. Вихревые измерительные приборы. — М.: Машиностроение, 1978. — 152 с.
- ↑ 1 2 3 4 Абрамов Г. С., Барычев А. В., Зимин М. И. Практическая расходометрия в промышленности. — М.: ОАО ВНИИОЭНГ, 2000. — 472 с.
- ↑ 1 2 3 4 Богуш М. В. Пьезоэлектрическое приборостроение: сборник в 3 томах. — Ростов-на-Дону: Издательство СКНЦ ВШ, 2006. — Т. 3.Пьезоэлектрические датчики для экстремальных условий эксплуатации. — 346 с.
Ультразвуковые расходомерыПравить
Принцип ультразвукового измерения расхода
Время-импульсные расходомеры измеряют разницу во времени прохождения ультразвуковой волны по направлению и против направления потока жидкости. Такой принцип измерений обеспечивает высокую точность (± 1 %). При этом он хорошо работает для чистого потока или потока с незначительным содержанием взвешенных частиц. Время-импульсные расходомеры применяются для измерения расхода очищенной, морской, сточной воды, нефти, в том числе сырой, технологических жидкостей, масел, химических веществ и любой однородной жидкости.
Принцип действия ультразвуковых расходомеров основан на измерении разницы во времени прохождения сигнала. При этом два ультразвуковых сенсора, расположенные по диагонали напротив друг друга, функционируют попеременно как излучатель и приёмник. Таким образом, акустический сигнал, поочерёдно генерируемый обоими сенсорами, ускоряется, когда направлен по потоку, и замедляется, когда направлен против потока. Разница во времени, возникающая вследствие прохождения сигнала по измерительному каналу в обоих направлениях, прямо пропорциональна средней скорости потока, на основании которой можно затем рассчитать объёмный расход. А использование нескольких акустических каналов позволяет компенсировать искажения профиля потока.
Ультразвуковые расходомеры на установке висбрекинга
Ультразвуковые фазового сдвига
Доплеровский расходомер основан на эффекте Доплера. Он хорошо работает с суспензиями, где концентрация частиц выше 100 ppm и размер частиц больше 100 мкм, но концентрация составляет менее 10 %. Такие расходомеры жидкости легче и менее точные (± 5 %), а также дешевле, чем время-импульсные расходомеры.
Другим не столь популярным расходомером является ультразвуковой расходомер с последующей корреляцией (кросс-корреляция). Он позволяет устранить недостатки, свойственные доплеровским расходомерам. Они лучше работают для потока жидкости с твёрдыми частицами или турбулентного потока газа.
Закон Фарадея и электродвижущая сила
Работа электромагнитного расходомера основана на фундаментальном законе электродинамики – постулате Фарадея. Он гласит: если проводник движется в электромагнитном поле, то возникает электродвижущая сила, которая пропорциональна скорости движения проводника. Это свойство используется во многих электротехнических устройствах, например в генераторах и электромоторах.
В качестве проводника электрического тока в счетчике выступает поток какой-либо жидкости или среды. Главное, чтобы ее проводимость была не ниже 10-з см/м. Жидкость, протекая по трубе, которая расположена между постоянными или электрическими магнитами, создает электродвижущую силу. ЭДС заставляет вращаться циферблат, который и показывает точные показания. В устройствах с жидкокристаллическим дисплеем значение ЭДС умножается на переводной коэффициент.
ПримечанияПравить
- Хансуваров К.И., Цейтлин В.Г. Техника измерения давления, расхода, количества и уровня жидкости, газа и пара: Учебное пособие для техникумов. – М.: Издательство стандартов, -1990.- с. 170-173
287 с, ил. - Lipták, Flow Measurement Архивная копия от 7 сентября 2018 на Wayback Machine, p. 85
- American Gas Association Report Number 3
- Кремлевский П. П. Расходомеры и счетчики количества веществ: Справочник: Кн. 2 / Под общ. ред. Е. А. Шорникова. — 5-е изд., перераб. и доп. — СПб.: Политехника, 2004. — 412 с
Индукционные расходомеры (электромагнитные).
Поиск в инженерном справочнике DPVA. Введите свой запрос:
Если Вы не обнаружили себя в списке поставщиков, заметили ошибку, или у Вас есть дополнительные численные данные для коллег по теме, сообщите , пожалуйста.
Вложите в письмо ссылку на страницу с ошибкой, пожалуйста.
Коды баннеров проекта DPVA.ru
Начинка: KJR Publisiers
Проект
Free xml sitemap generator
Особенности индукционного расходомера
Данное устройство – идеальный вариант, когда нужно измерить объем потребляемой жидкости, проводящей ток. Это одно из самых точных изделий для учета расхода жидкости. Минимальный порог проводимости измеряемого вещества – 5 µS/см. остальные технические и физические параметры жидкости не имеют значения – ни температура, ни давление, ни плотность. Благодаря этому достигается высокая точность измерения.
Принцип действия оборудования построен на законе Фарадея, связанного с индукцией напряжения в движущемся проводнике. Перед самим устройством можно установить литую клиновую задвижку. В законе говорится о том, что если проводник движется через магнитное поле, то в нем формируется напряжение, величина которого напрямую зависит от средней скорости его перемещения. В индукционном расходомере жидкость играет роль проводника, а вокруг нее и создается магнитное поле.
Измеряемая жидкость начинает двигаться, проходя через магнитное поле расходомера, что приводит к образованию напряжения. Его замеряют при помощи электродов. В зависимости от величины напряжения и скорости движения жидкости, расходомер высчитывает ее потребление.
Особенности счетчиков с разными магнитами
Электромагнитный расходомер с постоянным магнитом используется там, где нет возможности подключиться к сети переменного тока. В этом заключается их главное достоинство – абсолютная автономность. Кроме того, отсутствие электронных компонентов упрощает их конструкцию, увеличивает долговечность и надежность.
Электромагнитные счетчики нуждаются в источнике переменного тока. Это, пожалуй, единственных их недостаток. Преимуществ же у устройств намного больше:
- высокая точность, которая не зависит от температуры жидкости, ее вязкости, плотности;
- возможность регистрирования показаний вне зависимости от диаметра трубы;
- высокая скорость считывания показаний;
- способность измерять расход вязкой, агрессивной среды и жидкости с абразивом.
Кроме того, требуется небольшой прямолинейный участок, чтобы подключить расходомер. Счетчик электромагнитный способен считывать показания как в ламинарном (спокойном), так и в турбулентном (с завихрениями) течении.
Сфера применения электромагнитных расходомеров
Электромагнитные счетчики чаще всего применяются там, где необходим учет расхода жидких ресурсов – воды, нефти, пищевых продуктов. Они также применяются в отопительных системах. Промышленные виды устройств используют в рудообогатительном и металлургическом производстве.
В быту наибольшее распространение получил расходомер-счетчик электромагнитный «Взлет». Линейка этих устройств способна удовлетворить потребности как средних и крупных организаций, так и рядового пользователя. Основным преимуществом бытовых установок является простота монтажа и обслуживания.
Кориолисовы расходомерыПравить
Принцип действия массовых расходомеров основан на эффекте Кориолиса. Массовый расход жидкостей и газов можно рассчитать по деформации измерительной трубы под действием потока. Плотность среды также можно рассчитать по резонансной частоте колебаний вибрирующей трубы. Вычисление силы Кориолиса осуществляется с помощью двух сенсорных катушек. При отсутствии потока оба сенсора регистрируют одинаковый синусоидальный сигнал. При появлении потока сила Кориолиса воздействует на поток частиц среды и деформирует измерительную трубу, что приводит к сдвигу фаз между сигналами сенсоров. Сенсоры измеряют сдвиг фаз синусоидальных колебаний. Этот сдвиг фаз прямо пропорционален массовому расходу.
Расходомер
Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 19 февраля 2016 года; проверки требуют 89 правок.
Расходоме́р — прибор, измеряющий объёмный расход или массовый расход вещества, то есть количество вещества (объём, масса), проходящее через данное сечение потока, например, сечение трубопровода в единицу времени. Если прибор имеет интегрирующее устройство (счётчик) и служит для одновременного измерения и количества вещества, то его называют счётчиком-расходомером.
Электромагнитные расходомеры
Среди известных и широко применяемых методов измерения расхода жидкостей в химической промышленности большое внимание заслуживает электромагнитный метод измерения.
Принцип работы прибора с электромагнитным преобразователем расхода основан на взаимодействии движущейся электропроводной жидкости с магнитным полем. Согласно закону Фарадея, в движущемся проводнике (например, жидкости) перпендикулярно силовым линиям магнитного поля наводится электродвижущая сила (ЭДС), пропорциональная скорости движения проводника:
где Е — индуцируемая (наводимая) в проводнике ЭДС, В; В — магнитная индукция, Т;
В случае измерения расхода жидкости запишем:
где D — внутренний диаметр трубопровода (расстояние между электродами), м; 
где А — поперечное сечение трубопровода, м2.
Подставив значение
Полученное выражение показывает, что значение выходной ЭДС прямо пропорционально значению объемного расхода жидкости.
Итак, электромагнитный расходомер является по существу генератором, в котором проводником, перемешающимся в магнитном поле, служит электропроводная жидкость (коэффициент проводимости жидкости должен быть не менее
Принципиальная схема электромагнитного расходомера с постоянным магнитным полем приведена на рис. 90. Трубопровод / с перемещающейся в нем жидкостью помещают в магнитное поле. Трубопровод изготовляют из изоляционного материала (фторопласт, эбонит и т. п. в зависимости от свойств измеряемой жидкости). При необходимости трубопровод изготавливают из немагнитного металла (например, из немагнитной нержавеющей стали с большим удельным сопротивлением). В этом случае внутреннюю поверхность металлической трубы изолируют от жидкости специальным изоляционным материалом.
В стенки трубопровода диаметрально противоположно в одном поперечном сечении вводят электроды 2, 3 («заподлицо» с внутренним диаметром трубопровода), изготовленные из нержавеющей стали. Электроды для съема выходной ЭДС тоже должны быть электрически изолированы от металлической трубы. К электродам подключают высокочувствительный измерительный прибор 6(например, потенциометр).
Основным недостатком первичных электромагнитных преобразователей расхода с постоянным магнитным полем является поляризация электродов, характеризуемая появлением двойного слоя зарядов на границе электрод—жидкость. По мере накопления этих зарядов возникает ЭДС, направленная против основной измеряемой выходной ЭДС. Появление двойного электрического слоя, а следовательно, и противоэлектродвижущей силы нарушает стабильную работу измерительного блока. Чтобы уменьшить вредное воздействие поляризации электродов на полезный сигнал преобразователя расхода, постоянное магнитное поле заменяют на переменное.
Рис. 90. Схема электромагнитного расходомера с постоянным магнитным полем: / — трубопровод; 2, 3 — электроды; 4 — постоянный электромагнит; 5 — усилитель; 6 — измерительный прибор
Принципиальная схема электромагнитного расходомера с переменным магнитным полем приведена на рис. 91. Требования, предъявляемые к материалам для изготовления трубы / и электродов 2 и 3 преобразователя расхода с переменным магнитным полем, аналогичны перечисленным выше требованиям к преобразователям расхода с постоянным магнитным полем.
Комплект общепромышленного электромагнитного расходомера состоит из электромагнитного преобразователя расхода (конструктивно преобразователь состоит из трубы и постоянного или переменного электромагнита) и измерительного блока (например, потенциометра или милливольтметра).
Достоинства электромагнитных преобразователей расхода: они не имеют движущихся частей, имеют минимальные потери давления. Практически безынерционны (по динамическим свойствам они могут быть представлены статическим звеном нулевого порядка), что очень важно при измерении быстроизменяющихся расходов, а также при их использовании в АСУ. Показания расходомера не зависят от свойств измеряемой жидкости (вязкости, плотности) и от характера потока (ламинарный, турбулентный). Поскольку зависимость наводимой ЭДС от расхода линейна, шкала измерительного прибора линейна.
В зависимости от типа покрытия внутренней поверхности трубы преобразователя расхода электромагнитные расходомеры могут применяться для измерения расхода различных электропроводных жидкостей (абразивных жидкостей, суспензий, кислот, пульп и т. д.), имеющих температуру от —40 °С до +150 °С.
Электромагнитный расходомер
Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 29 марта 2021 года; проверки требуют 9 правок.
Электромагнитный расходомер — измерительный прибор, предназначенный для измерения объемного или массового расхода жидкостей, в основе работы которого лежит закон электромагнитной индукции Фарадея. Получил распространение для измерения расхода воды, водных растворов и суспензий.
Достоинства электромагнитных расходомеров — отсутствие гидродинамического сопротивления, отсутствие подвижных механических элементов.
Меточные расходомерыПравить
Расход определяется путём определения скорости потока через сечение канала, причём скорость определяется по времени переноса на известное расстояние каких-либо меток, искусственно вводимых в поток или изначально присутствующих в потоке.
Устройство расходомеров
Промышленный электромагнитный счетчик состоит из первичного преобразователя расхода (ППР), который создает магнитное поле. За счет этого в жидкости наводится ЭДС, воспринимаемая электродами. С преобразователя сигнал поступает в измерительный блок, где он усиливается и унифицируется. Последний фактор дает возможность использовать разные вторичные контрольные приборы. Также в расходомере присутствует контур, снижающий влияние трансформаторной ЭДС.
Зона измерения счетчика, то есть, длина «его» трубы, равна 2,5 диаметра. Она должна быть из немагнитного, не проводящего ток материала. На практике данный элемент делают из нержавейки, с футеровкой (внутренней вставкой) из полиэтилена или фторопласта (PTFE, PFA). Чтобы на участке измерения турбулентность потока была минимальной, рекомендуется выбирать для монтажа расходомера прямолинейную магистральную трубу с постоянным сечением, длиной от 5 до 10 диаметров, как до прибора, так и после.
Величина напряжения тока, возникающего в рабочей среде под влиянием силового поля, очень мала, порядка микро- или милливольт. Поэтому главной задачей является решение вопроса о выделении поступающего с электродов полезного сигнала и его обработке. Последняя выполняется в вычислительном узле. В него входят такие элементы, как усилитель входящего тока, компенсационные схемы и система формирования стандартных сигналов на выходе. Если, из-за отрицательного воздействия внешней среды или высокой температуры жидкости, вычислительный узел и ППР нельзя скомпоновать в одном блоке, то узел монтируют отдельно. Для связи берется специальным образом экранированный кабель, с ограничением по длине.
Электроды могут быть контактные и бесконтактные. Первые в стандартном исполнении делаются из платины, титана, тантала, хастелоя. В некоторых случаях, их надо периодически чистить специальными устройствами. На больших ДУ, электроды можно снимать для профилактики без разбора ППР. Есть модели, в которых для этого применяют ультразвук или высокое напряжение. Чтобы на электродах не появлялись осадочные отложения, рекомендуется монтировать их на вертикальных трубах с восходящим потоком жидкости. Особенно это актуально при малых скоростях рабочей среды и наличии в ней взвешенных или растворенных частиц, способных выпасть в осадок. (Здесь необходимо заметить, что в инструкции к электромагнитному расходомеру РМ-5-П, как и ко многим другим, прописано требование монтажа счетчиков только на горизонтальных трубах).
Бесконтактные электроды (емкостные) делаются в виде пластин, которые ставятся снаружи на футеровочную вставку (последняя в этом случае часто выполняется из керамики). Благодаря такому расположению, они образуют конденсатор. Заряды в жидкости, разделенные силовым полем, индуцируют в данном конденсаторе ЭДС. Пластины и идущие от них провода экранируются в несколько слоев, чтобы исключить влияние на них сторонних силовых полей. Такие счетчики могут работать с жидкостями с электропроводностью до 0,05 мкСм / м.
РаспространённостьПравить
Вихревой расходомер на производстве этилена
Расходомер РП
Одним из популярных электромагнитных расходомеров является модель РП. Он выпускается в различных модификациях. На рис. 10 представлена структурная схема.
Равномерно по окружности трубы, с ориентировкой по радиусу, располагаются преобразователи скорости ПС. Они связаны с измерительными блоками ИБ, которые образуют первичный преобразователь скорости ППС. Каждый из трех комплектов формирует измеритель скорости ИС. Сигналы с трех преобразователей поступают в измерительно-вычислительный блок ИВБ-1П. Счетчик может работать на трубопроводах с ДУ до 5000 мм. Точность измерений составляет плюс-минус 1,5 – 2 %. Счетчик РП с одним преобразователем дает показания с точностью плюс-минус 2 – 3 %. Для установки ПС на трубу используются шлюзовые камеры, благодаря чему преобразователи скорости можно извлекать без перекрытия потока рабочей среды.
Для пищевой промышленности выпускаются расходомеры молока модели РП (рис. 11). Модификации рассчитаны на ДУ 25, 32 и 50 мм. Эти устройства предназначены для измерения расхода жидких продуктов с электропроводимостью от 0,001 до 10 См / м. Они применяются, как самостоятельно, так и в составе узлов учета УУМ-25/32/50.
Определение объемного расхода рабочей среды, как разового, так и суммарного.
Ввод в память электронного блока значения плотности измеряемой жидкости.
Вычисление массового расхода, который соответствует объемному.
Отображение значений на ЖК дисплее.
Если трубопровод не заполнен жидкостью, расходомер автоматически отключается. Гидравлическое сопротивление отсутствует, энергопотребление низкое (до 10 Вт). Опционально прибор комплектуется преобразователем давления и термопреобразователем.
РП отличается большой точностью измерений и широким динамическим диапазоном (Gmax/Gmin = 50/1). Для этого прибора не требуются большие прямолинейные участки трубы до и после счетчика, достаточно длины от трех до пяти диаметров. Есть функция дозирования. Интерфейс RS-485 позволяет передавать сведения на ЭВМ, расположенную на удалении до 1 км., и объединять в сеть до нескольких десятков приборов.
Технические требования к счетчикам данного типа регламентирует ГОСТ 28723-90.
Электромагнитные молокомеры – это современные учетные приборы, использование которых в пищевой промышленности позволяет получить точные данные расхода и оперативно управлять исполнительными устройствами.
Электромагнитные расходомеры
Принцип действия электромагнитных расходомеров базируется на законе электромагнитной индукции, в соответствии с которым в электропроводной жидкости, пересекающей магнитное поле, индуцируется эдс, пропорциональная скорости движения жидкости.
Принцип работы и особенности электромагнитных счетчиков – расходомеров молока
Индукционные электромагнитные расходомеры применяются с 40-х годов прошлого века. Многочисленные достоинства этих приборов стали причиной того, что, на сегодняшний день, они распространены в разных отраслях, в том числе, в пищевой промышленности. На трубопроводах с ДУ менее 300 мм это самые популярные устройства. Их используют как счетчики молока, воды, пива, кислот, щелочей, солевых растворов и других жидкостей. Такие приборы хороши тем, что, по сравнению с аппаратами других типов, они малоинерционны. Они незаменимы при учете быстроменяющихся расходов жидкости, а также на тех участках автоматического регулирования процессов, где запаздывание команд нежелательно.
ИсточникиПравить
Типовая схемаПравить
ПрименениеПравить
Наибольшее применение расходомеры нашли в учёте водных и энергетических ресурсов (в частности в отопительных системах).
Электромагнитные расходомеры широко применяют в металлургической, биохимической и пищевой промышленности, в строительстве и руднообогатительном производстве, в медицине, так как они малоинерционны по сравнению с расходомерами других типов. Расходомеры незаменимы в тех процессах автоматического регулирования, где запаздывание играет существенную роль, или при измерении быстро меняющихся расходов.
Основные отличия промышленных электромагнитных расходомеров:
- Наличие трех видов присоединения к трубопроводу — в дополнение к фланцевому и сэндвич, используется штуцерное соединение, используемое в пищевой промышленности.
- Специальные материалы для электродов, при использовании расходомера в химической промышленности и/или для агрессивных сред — титан, тантал.
- Взрывозащитное исполнение.
- Наличие промышленных интерфейсов для включения расходомеров в информационную систему технологических процессов.
Оптические расходомерыПравить
Оптические расходомеры используют свет для определения расхода.
Маленькие частички, которые неизбежно содержатся в природных и промышленных газах, проходят через два лазерных луча, направленных на поток от источника. Свет лазера рассеивается, когда частичка проходит через первый лазерный луч. Рассеянный лазерный луч поступает на фотодетектор, который в результате генерирует электрический импульсный сигнал. Если та же самая частица пересекает второй лазерный луч, то рассеянный лазерный свет поступает на второй фотодетектор, который генерирует второй импульсный электрический сигнал. Измеряя интервал времени между двумя этими импульсами, можно вычислить скорость газа по формуле V = D / T, где D — расстояние между двумя лазерными лучами, Т — время между двумя импульсами. Зная скорость потока, можно определить расход (Q = S * V, где S — площадь поперечного сечения потока, V — средняя скорость потока).
Основанные на лазерах расходомеры измеряют скорость частиц — параметр, который не зависит от теплопроводности, вида газа или его состава. Лазерная технология позволяет получать очень точные данные, причём даже в тех случаях, когда другие методы применять не удаётся или они дают большу́ю погрешность: при высоких температурах, малых расходах, высоких давлениях, высокой влажности, вибрациях трубопроводов и акустическом шуме.
Оптические расходометры способны измерять скорости потока от значений 0,1 м/с до более чем 100 м/с.
Сравнение весовых, индукционных и ультразвуковых расходомеров
Расходомеры – приборы, используемые для учета и измерения потребляемой жидкости или газа. Существует пять основных типов данного оборудования, и два из них, турбинный и механический, были рассмотрены в предыдущей статье. Ниже мы изучим принцип действия трех остальных расходомеров – весового, индукционного и ультразвукового.
Расходомеры переменного перепада давленияПравить
Расходомеры переменного перепада давления основаны на зависимости разницы давлений, создаваемых конструкцией расходомера, от расхода.
Расходомеры с сужающими устройствами
Они основаны на зависимости перепада давления на сужающем устройстве от скорости потока, в результате которого происходит преобразование части кинетической энергии потока в потенциальную.
Принцип действия расходометров этого типа основан на эффекте Вентури. Вентури-расходомер сужает поток жидкости в некотором устройстве, например, диафрагмой и датчиками давления или дифманометром измеряет разницу давлений перед указанным устройством и непосредственно в месте сужения. Этот метод измерения расхода широко используется при транспортировке газов по трубопроводам и использовался ещё во времена Римской империи.
Расходомеры на основе трубки Пито измеряют динамическое давление в застойной зоне потока.
Зная динамическое давление, с помощью уравнения Бернулли можно определить скорость потока, а значит, и объёмный расход (Q = S * V, где S — площадь поперечного сечения потока, V — средняя скорость потока).
Расходомеры с гидравлическим сопротивлением
Принцип действия гидродинамических расходомеров основан на измерении давления движущей среды, т.е. давления, которое действует на помещенное в поток тело. Достоинствами гидродинамических расходомеров являются: конструктивная простота, надежность и удобство обслуживания. Одним из распространенных вариантов применения является их использование в качестве индикаторов расхода загрязнения жидкостей и газов.
Центробежные расходомеры представляют собой колено на трубопроводе, которые охватывают его по всей окружности трубопровода. Отборы давления находятся в верхней части на внешней и внутренней стенках.
Расходомеры с напорным устройством
Расходомеры с напорным усилителем
Вихревые расходомерыПравить
Принцип измерения базируется на эффекте вихревой дорожки Кармана. Позади тела обтекания образуются вихри обратного направления вращения. В измерительной трубе находится завихритель, позади которого происходит вихреобразование. Частота вихреобразования пропорциональна расходу. Образующиеся вихри улавливаются и подсчитываются пьезоэлементом в первичном преобразователе в качестве ударных волн. Вихревые расходомеры подходят для измерения самых различных сред.
Особенности конструкции счетчиков
Для того чтобы электромагнитный расходомер смог выполнять свои функции, токопроводящий элемент должен быть выполнен из неподверженного намагничиванию материала. Чаще всего в качестве такового используется нержавеющая сталь или пластик. Если используется нержавейка, внутри нее укладывается инертный материал – фторопласт или полиэтилен. Перпендикулярно трубе размещают магниты, а также два электрода, расположенных на одной линии, которые регистрируют изменение ЭДС. Сигнал, считываемый электродами, проходит через специальный усилитель и регистрируется отсчетной системой.
Выделяют два типа счетчиков, которые отличаются источниками магнитного поля. Оно может продуцироваться как постоянными, так и работающими от электричества магнитами. Источник определяет сферу применения и технические характеристики устройств. В свою очередь, магнитное поле может быть постоянным или переменным, что влияет на тип измеряемой жидкости.
Расходомеры постоянного перепада давленияПравить
Ротаметры 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.
Особенности весового расходомера
Такое оборудования предназначено для измерения любых жидкостей и газа (независимо от плотности или проводимости). Принцип действия устройства построен на двух одинаковых трубках (равного диаметра), который изогнуты в форме греческой буквы «Омега». Они колеблются в двух противоположных направлениях.
В момент прохождения жидкости или газа через сечение срабатывает сила Кориолиса, что приводит к деформации трубки. Измерение происходит за счет изменения формы изделия. Данные обрабатываются специальные электронным устройством, а числовая величина выводится на экран.
ТакжеПравить
Преобразователи энергии потокаПравить
Особенности ультразвукового расходомера
Подходит для измерения расхода в полных трубах, закрытых или открытых каналах. Главная особенность – данные высчитываются в зависимости от разницы времени, которое нужно для прохождения сигнала. Ультразвуковой сигнал подается в двух направлениях: как движется жидкость и в противоположном. Разность времени для прохождения сигналов позволяет узнать скорость движения измеряемой жидкости. Затем данные преобразуются в числовые значения.
Принцип действияПравить
Вид внутри канала. Видна изолирующая футеровка канала и электрод.
Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея, в проводнике, движущемся в магнитном поле, индуцируется ЭДС, пропорциональная скорости движения проводника. Вектор этой ЭДС перпендикулярен направлению движения проводника и вектору магнитного поля.
Если заменить проводник потоком проводящей жидкости, текущей между полюсами магнита, то величина ЭДС, наведённая в жидкости по закону Фарадея, будет пропорциональна скорости потока жидкости. Такой измеритель был предложен ещё самим Фарадеем. Однако измерители скорости потока воды с постоянными магнитами не получили существенного практического распространения ввиду значительных недостатков:
- Возникновение значительной электрохимической ЭДС на электродах, которые погружали в воду для измерения индуцированной магнитом ЭДС. Электрохимические процессы приводили к значительным паразитным напряжениям между электродами и невозможности отличить паразитную электрохимическую ЭДС от индуцированной.
- Налипания металлического мусора на магниты.
Впоследствии постоянный магнит заменили электромагнитом, создающим переменное магнитное поле. Модулированное магнитное поле приводило к модуляции индуцированной электромагнитом ЭДС, что позволяло отделить полезный сигнал от паразитной электрохимической ЭДС.
Труба в зоне измерения расходомера (длина участка 2..5 диаметров трубы) выполняется из непроводящего немагнитного материала. Чаще всего делается футеровка (вставка) из инертных пластиков (типа фторопласта, полиэтилена) в трубу из нержавеющей стали. Иногда труба целиком делается пластиковой. Для уменьшения турбулентности потока в зоне измерения рекомендуется монтировать расходомер в прямолинейные участки без изменения сечения на протяжении 5..10 диаметров трубы до и после расходомера.
Тепловые расходомерыПравить
Расходомеры теплового пограничного слоя
Применяются для измерения расхода в трубах небольшого диаметра от 0,5—2,0 до 100 мм. Для измерения расхода в трубах большого диаметра находят применение особые разновидности термоконвективных расходомеров:
- парциальные с нагревателем на обводной трубе;
- с тепловым зондом;
- с наружным нагревом ограниченного участка трубы.
В калориметрических расходомерах происходит нагревание или охлаждение потока внешним источником тепла, создающим в потоке разницу температур, по которой и определяют расход. Если пренебречь потерями тепла из потока через стенки трубопровода в окружающую среду, то уравнение теплового баланса между теплом, генерируемым нагревателем, и теплом, переданным потоку, приобретает вид:
- ,
- — поправочный множитель на неравномерность распределения температур по сечению трубопровода;
- — массовый расход в потоке;
- — удельная теплоёмкость (для газа — при постоянном давлении);
- — разница температур между датчиками ( и — температуры потока до и после нагревателя).
Тепло к потоку в калориметрических расходомерах подводят обычно электро-нагревателями, для которых:
- ,
- — сила тока через нагревательный элемент;
- — электрическое сопротивление нагревателя.
На основе этих уравнений статическая характеристика преобразования, которая связывает перепад температур на сенсорах с массовым расходом, приобретёт вид:
- .
Счетчики с постоянным и переменным магнитным полем
Расходомеры с постоянным магнитным полем используются главным образом в металлургии, для регистрации потока расплавленных металлов, а также сред, которые имеют электронную проводимость. Если использовать данные устройства для измерения расхода жидкостей с ионной проводимостью (воды, нефти, молока), то произойдет поляризация электродов, из-за чего прибор просто выйдет из строя.
Метрологические характеристикиПравить
Погрешность данных приборов определяется в основном погрешностями их градуировки и измерения разности потенциалов Е.
Существенным и основным недостатком электромагнитных расходомеров с постоянным электромагнитом, ограничивающим их применение для измерения слабопульсирующих потоков, является поляризация измерительных электродов, при которой изменяется сопротивление преобразователя, а следовательно, появляются существенные дополнительные погрешности. Поляризацию уменьшают, применяя электроды из специальных материалов (угольные, каломелиевые) или специальные покрытия для электродов (платиновые, танталовые). Такие расходомеры зачастую требуют каждодневного технического ухода (подрегулировка нуля, поднастройка и т. п.).
В расходомерах с переменным магнитным полем явление поляризации электродов отсутствует, однако появляются другие эффекты, также искажающие полезный сигнал:
- трансформаторный эффект, когда на витке, образуемом жидкостью, находящейся в трубопроводе, электродами, соединительными проводами и вторичными приборами наводится трансформаторная ЭДС, источником которой является обмотка электромагнита или внешние синхронные наводки (например, от соседних расходомеров). Для их компенсации в измерительную схему прибора вводят компенсирующие цепи или питают электромагнит переключаемым постоянным током.
- ёмкостный эффект, возникающий из-за большой разности потенциалов между системой возбуждения магнитного поля и электродами и паразитной ёмкости между ними (соединительные провода и т. п.). Средством борьбы с этим эффектом является тщательная экранировка.
Электромагнитные расходомерыПравить
Принцип электромагнитного измерения расхода
Ещё в 1832 году Майкл Фарадей пробовал определить скорость течения реки Темзы, измеряя напряжение, индуцируемое в потоке воды магнитным полем Земли. Принцип электромагнитного измерения расхода основан на законе индукции Фарадея. В соответствии с данным законом, напряжение создаётся, когда проводящая жидкость проходит через магнитное поле электромагнитного расходомера. Это напряжение пропорционально скорости потока среды.
Индуцированное напряжение измеряется либо двумя электродами, находящимися в контакте со средой, либо ёмкостными электродами, не контактирующими со средой, и передаётся в преобразователь сигналов. Преобразователь сигналов усиливает сигнал и преобразует его в стандартный токовый сигнал (4—20 мА), а также в частотно-импульсный сигнал (например, один импульс на каждый кубический метр измеряемой среды, прошедшей через измерительную трубу). Принцип действия электромагнитных расходомеров основан на взаимодействии движущейся электропроводной жидкости с магнитным полем. При движении жидкости в магнитном поле возникает ЭДС, как в проводнике, движущемся в магнитном поле. Эта ЭДС пропорциональна скорости потока, и по скорости потока можно определить расход.
