Скорость звука С в различных средах (при нормальных условиях)

Измерение расхода

Расход жидкости, газа, пара, воды, теплоносителя, нефти, бензина, и т.д., измеряется в технологических процессах, а также в учетных операциях. Расход вещества - это количество вещества, проходящего в единицу времени по трубопроводу. Расход вещества выражают в объемных или массовых единицах измерения.

Единицы объемного расхода: л/ч, м³/с, м³/ч.

Есть единицы расхода, приведенные к стандартным условиям стм³/ ч.

Единицы массового расхода: кг/с; кг/ч, т/ч.

Переход от объемных единиц расхода к массовым и обратно производится по формуле: Q_м =Q_об ρ,

где ρ - плотность вещества, кг/м³; Q_{м -} массовый расход, кг/ч; Q_об- объемный расход, м³/ч. Приборы подразделяются на технологические и коммерческие, поэтому их классы точности могут отличаться.

Измерение переменного перепада давления на сужающем устройстве - диафрагме, установленной в трубопроводе. Самые распространенные приборы расхода- нормальные диафрагмы.

Измерительный комплект расходомера переменного перепада давления ∆Р состоит из сужающего устройства - диафрагмы, создающего перепад давления в зависимости от величины расхода, и дифференциального манометра измеряющего этот расход.

В трубопроводе, по которому протекает измеряемая среда, помещается устройство для сужения струи – диск с концентрическим отверстием расчетного значения.

Движущийся поток в трубопроводе, встречая на своем пути препятствие в виде концентрического отверстия меньшего диаметра чем трубопровод, меняет свою форму. Поток сужается. Скорость потока в месте сужения значительно возрастает, а давление резко падает. Это видно на рисунке: эпюра изменения скорости потока изображена в сечении трубопровода, а – изменение давления потока – ниже. Давление потока перед диафрагмой имеет установившееся значение: оно выравнено за счет прямого участка трубопровода на расстоянии 10 условных диаметров трубопровода Ду при отсутствии местных сопротивлений (конфузоров, диффузоров, колен, отводов, задвижек и т.д.).

Скорость потока имеет ламинарное значение (спокойное, уравновешенное). В противном случае длина прямого участка увеличивается значительно, принимает расчетное значение. Тоже самое относится к прямому участку трубопровода после диафрагмы. Он должен быть длиной не менее 5-8 Ду трубопровода в зависимости от расстояния, на котором поток примет стационарное давление.

Вот так и образовался перепад давлений на сужающем устройстве. ∆Р = Р₁- Р₂

Требования к установке диафрагмы с дифманометром: поток в трубопроводе должен быть установившийся; поток полностью заполняет трубопровод; среда однофазная и не меняет свое фазовое состояние; импульсные линии прокачены разделительной жидкостьюи не имеют утечек.

Исходя из данных международного стандарта ИСО 5167, регламентирующего применение трех разновидностей стандартной диафрагмы, различающихся конструктивно, в промышленности широко применяются следующие типы диафрагм: ДБС –диафрагма бескамерная, устанавливаемая во фланцах трубопровода для Dу свыше 400 мм; ДКС-диафрагма камерная для Dу от 50 до 400 мм;ДФК –диафрагма фланцевая, камерная для Dу до 50 мм. Стандартные диафрагмы имеют весьма широкую область применения. Согласно ГОСТ 8.586-2005, их допускается применять при следующих условиях:широкую область применения. Согласно ГОСТ 8.586-2005, их допускается применять при следующих условиях:

 

 

Стационарное давление от этих действий тоже изменилось на величину Р_п - потери на трение, но незначительно. Перепад давления измеряют дифференциальным манометром с двумя отборами давления(+) и (-) - соответственно до и после диафрагмы.

Массовый расход определяется формулой: Q = α*F₀*

Объемный расход Q = α*F₀*

где: -коэффициент расхода, зависит от модуля сужения - β и числа Re; F₀ – площадь отверстия диафрагмы; – плотность измеряемой среды; ∆Р – перепад давления. β = s/S – модуль сужения струи. Re- модуль шероховатости слоев потока. Из формулы расхода Q видно, что расход и перепад давления связаны квадратичной зависимостью и при построении тренда расхода на экране монитора, требуется линеаризация тренда. Трубопроводы, в которых параметры измеряемой среды близки к условиям фазового перехода должны быть утеплены, обеспечены обогревом.

Устройство диафрагмы ДКС. Стандартная измерительная диафрагма представляет собой тонкий стальной диск с центральным круглым отверстием, имеющим острую кромку, выполненную под углом 90⁰ на входе, а на выходе отверстие расточено под углом 45⁰

однофазная и однородная среда (жидкость, пар, газ); трубопроводы от50 до 1000мм. Стационарный или медленно меняющийся поток. Скорость потока в диафрагме не превышает скорости звука. Существенным фактором является то, что на физические свойства собственно среды (электропроводность плотность, вязкость и т. д.) ограничений не накладывается, ограничиваются, лишь гидродинамические параметры потока.
Важным преимуществом диафрагмы является относительная простота в изготовлении и низкая стоимость по сравнению с другими типами преобразователей расхода (при сравнительно небольших диаметрах трубопровода и давлениях). Варьируя отношением площади сечения отверстия диафрагмы s к внутренней площади сечения трубопровода S, так называемый коэффициент β = s/S – модуль сужения, можно обеспечить требуемый перепад давления в достаточно широком диапазоне скоростей потока. Для ДКС коэфициент β должен быть в пределах от 0,05 до 0,64. В таком случае расчет нормальной диафрагмы выполнен правильно, расходомер будет работать с заданной погрешностью, иначе придется применить другое сужающее устройство.

Принят нормальный ряд шкал дифманометров по перепаду давления:

∆Р= 4 (400), 6,3(630); 10(1000); 16(1600); 25(2500) кПа(кгс/см²) и 40(0,4); 63(0,63);100(1,0); 160(1,6) кПа(кгс/см²).

Принят нормальный ряд шкал расхода для расходомеров переменного перепада давления:

Q max=1*10n*100; 125; 160; 200; 250; 320, 400; 500; 630; 800; 1000.

Что позволяет менять пределы измерения диафрагменных расходомеров не изменяя расточку диска.

Однако, наряду с преимуществами, стандартные диафрагмы обладают и весьма серьезными недостатками, которые ограничивают их применение и заставляют искать альтернативные методы и средства измерения расхода. К таким недостаткам относятся: 1) наличие застойных зон и скопление осадков у диафрагмы; 2) значительные потери давления; 3) малый динамический диапазон измерения (1:3-1:5); 4) жесткие требования к прямым участкам трубопровода; 5) увеличение погрешности при износе острых кромок (более 5%); 6) погрешность до 10% в начале шкалы в 30-ти процентной зоне из за квадратичной зависимости расхода от перепада давления. Все виды расходомеров в зависимости от назначения и принципа действия подразделяются на технологические и коммерческие, их стоимость различается в десятки раз и напрямую зависит от класса точности и может находиться в диапазоне от 1% до 3%.

Расходомер переменного перепада основанный на базе осредняющей напорной трубки ОНТ

Расходомеры, в основе которых имеется осредняющая напорная трубка (ОНТ) используются для непрерывного измерения расхода жидкости, газовых сред, пара и позволяют устанавливать их в системах автоматического контроля, регулирования, а также - в системах технологического и коммерческого учета. В основе принципа работы расходомера используется принцип измерения расхода среды (жидкоcти, пара или газа) с использованием метода переменного перепада давления по сечению трубопровода используя при этом (ОНТ). Конструктивно, напорная трубка (ОНТ) с сенсором модели Annubar 485 выполнена в виде погружной конструкции, сечение которой представляет собой Т-образный профиль. Формула расхода имеет квадратичную зависимость как у диафрагмы. Нормальный ряд шкал с коэффициентом 1,6 такой же как у диафрагмы и зависит от перепада давления ∆Р:

Р _{торможения} – P разрежения= ∆Р

Установка расходомера осуществляется фронтальной (широкой) его частью, навстречу измеряемому потоку, рассекая его по всему сечению. По всей длине центральной оси этой фронтальной поверхности профиля располагаются "щелевые" пазы, используя которые возможно проводить измерения по осреднению скорости измеряемого потока среды и воспринимающие значения давления торможения, позволяющее передавать его в "плюсовую" камеру обозначаемую "Р1". Фронтальная часть профиля, имеющая Т-образную форму, представляет из себя широкую и плоскую форму, вследствие чего точка отрывающегося потока более стабильна (следовательно сигнал перепада давления становиться более стабильным), а получаемая зона повышенного давления, находящаяся перед профилем более обширна. Как результат, сигнал соответствующий этому давлению, непосредственно передается с камеры "Р1" на соответствующую (+) мембрану измерения дифманометра. Также по всей длине с тыльной стороны ОНТ располагаются отверстия, используя которые воспринимаются значения более относительно низкого давления разрежения, передаваемые в "минусовую" камеру "Р2". Имеющаяся вогнутая форма тыльной стороны профиля Т-образного вида, позволяют создавать более большие мертвые зоны, чем при использовании других профилей ОНТ. Из-за этого дополнительной врезки в имеющемся трубопроводе измеряемое значение давления разрежения, передаваемого камерой " Р2", ниже действующего в трубопроводе. Использование расходомера с трубкой позволяют измерять расходы, которые при использовании других профилей измерять затруднительно. В конструкции трубки имеется гильза, позволяющая установить платиновый термопреобразователь градуировки Pt100, что позволит дополнительно измерять температуру продукта без дополнительной врезки в имеющийся трубопровод,используя многопараметрический расходомер 3095 MV.

 

На рисунке слева показана конструкция датчика для установки между фланцами трубопровода аналогично диафрагме. По метрологическим характеристикам ОНТ практически не уступают диафрагмам, а в некоторых случаях и превосходят их. При правильном монтаже и соблюдении требований к прямым участкам погрешность коэффициента расхода не превышает ±1% в диапазоне расходов 1:10, а повторяемость ±0,1%. Заявленная точность ОНТ подтверждена многочисленными испытаниями, проводившимися многократно. Для установки прибора требуется расстояние 2 диаметра трубопровода перед ОНТ

Вихревой расходомер

Вихревой принцип измерения расхода основан на следующем физическом явлении: если в поток жидкости поместить тело необтекаемой формы (вихреобразователь), поочередно с каждой его стороны будут образовываться вихри, получившие название вихрей Кармана, с частотой прямо пропорциональной скорости движения потока жидкости. f = S_t*V/d или V = f*d /S_T (1) (2), из формул (1) и (2) следует. Частота образования вихрей f прямо пропорциональна скорости V, если S_t – (число Струхаля – количество вихрей на единицу объема) постоянно. Расход Q объемный, равен произведению площади сечения трубы (за вычетом площади сечения вихреобразователя), умноженное на скорость потока измеряемой среды. Из формулы (2) видим, расход прямо пропорционален частоте вихрей. Обозначения:

f -частота образования вихрей; S_t – число Струхаля, безразмерная величина, зависящая от геометрических характеристик вихреобразователя;
V – скорость потока жидкости;
d – ширина вихреобразователя;

D – внутренний диаметр трубопровода

 

 

Однако если плотность и вязкость измеряемой среды остаются постоянными, с применением корректировки возможно измерение и в этом диапазоне чисел Рейнольдса

Рисунок А

 

Невозможно измерять малые расходы при Re <2000.Требуется тщательная теплоизоляция и принудительный обогрев при измерении расхода вблизи температуры фазового перехода. Наличие пузырьков газа (воздуха) более 5% в потоке жидкости недопустимо Данный принцип измерения расхода обеспечивает следующие преимущества: измеряет расход (жидкость, газ, пар); широкий динамический.

Данная величина определяется геометрией тела обтекания и при числах Рейнольдса Re > 20000 является постоянной. В диапазоне 5000 < Re < 20000 число Струхаля нелинейно изменяется, что затрудняет применение данного принципа измерения (рисунок Б). При этом возможно некоторое увеличение погрешности.

Рисунок Б

 

 

диапазон(1:30), у диафрагмы всего (1:7). Высокая точность измерения при Re>20000; малые потери давления по сравнению с диафрагмой. Приборы принципиально требовательны к фазовому состоянию измеряемой среды, не приемлют фазовых переходов.

Ультразвуковой расходомер

Принцип действия основан на том, что при распространении звука в движущейся среде его скорость увеличивается или уменьшается на скорость движения среды в зависимости от направления ее движения. Ультразвуковой сенсор представляет собой пьезоэлемент, работающий поочередно в режиме излучателя и приемника.

Для измерения расхода ультразвуковые сенсоры располагаются по разным сторонам трубы со смещением. Определение скорости потока V производится следующим образом:

Время прохождения импульса, перемещающегося по потоку (от пьезоэлемента A к пьезоэлементу B) =Т₁. Время прохождения импульса, перемещающегося против потока (от пьезоэлемента B к пьезоэлементу A)=Т_2. Разность времени прохождения обоих импульсов составляет (Т₂ – Т₁): Расход Q определяется по средней скорости потока. Для трубопровода с круглым поперечным сечением применима формула Уравнения сплошности среды: Q = V •S = V • π D²/4.

Таким образом, разность между временем прохождения (Т₂ – Т₁) определяется средней скоростью потока V на траектории измерения (на пути прохождения ультразвукового луча). Содержание нерастворенного газа и твердых включений в жидкой среде не должно превышать допустимых пределов, иначе затухание волн (в результате рассеивания при отражении от частиц) станет слишком большим. Измерения затруднены, если: объемное содержание нерастворенного газа в жидкой среде превышает 2%; объемное содержание твердых частиц в жидкой среде превышает 5%. Звуковые волны представляют собой волны сжатия, распространяющиеся благодаря способности технологического продукта к сжатию. Очень высокая вязкость гасит эти движения и, следовательно, препятствует распространению звуковых волн. По этой причине на величину вязкости измеряемой среды накладываются ограничения. Как правило, эти ограничения сильно превышают значения, встречающиеся на практике, и приобретают значение только в очень редких случаях. Высокое содержание газа вызывает увеличение сжимаемости продукта и сильно снижает скорость звука. Оба эффекта могут приводить к ошибкам измерения. Вязкость среды влияет на профиль потока. Некоторые среды обладают очень высокой вязкостью, в результате чего в трубопроводах может возникать ламинарный поток. В свою очередь, для продукта с малой вязкостью поток будет турбулентным. Все сказанное выше говорит о том, что нельзя ожидать правильных показаний вязкой жидкости если она не достигла температуры на которую были произведены расчеты при поверке прибора.

При этом профиль скорости потока среды для одного и того же расхода при разных типах потоков будет разным.
Для определения расхода при турбулентном потоке достаточно измерения скорости в одном сечении. При ламинарном потоке требуется измерение скорости в нескольких сечениях.
Поэтому существуют расходомеры однолучевые и многолучевые.
Однолучевые ультразвуковые расходомеры используются для измерения турбулентных потоков, т. е. для маловязких сред, например, воды. Однако, при переходе от турбулентного потока к ламинарному погрешность измерений у них может составлять до 30%. Многолучевые расходомеры используются для измерения как турбулентных, так и ламинарных потоков (в т. ч., вязких сред). За счет измерения средней скорости в нескольких сечениях потока и специального алгоритма обработки данных достигается необходимая точность измерения расхода (фото вверху справа обработка 4-х лучевого сигнала в потоке).

Измерение расхода

Расход жидкости, газа, пара, воды, теплоносителя, нефти, бензина, и т.д., измеряется в технологических процессах, а также в учетных операциях. Расход вещества - это количество вещества, проходящего в единицу времени по трубопроводу. Расход вещества выражают в объемных или массовых единицах измерения.

Единицы объемного расхода: л/ч, м³/с, м³/ч.

Есть единицы расхода, приведенные к стандартным условиям стм³/ ч.

Единицы массового расхода: кг/с; кг/ч, т/ч.

Переход от объемных единиц расхода к массовым и обратно производится по формуле: Q_м =Q_об ρ,

где ρ - плотность вещества, кг/м³; Q_{м -} массовый расход, кг/ч; Q_об- объемный расход, м³/ч. Приборы подразделяются на технологические и коммерческие, поэтому их классы точности могут отличаться.

Измерение переменного перепада давления на сужающем устройстве - диафрагме, установленной в трубопроводе. Самые распространенные приборы расхода- нормальные диафрагмы.

Измерительный комплект расходомера переменного перепада давления ∆Р состоит из сужающего устройства - диафрагмы, создающего перепад давления в зависимости от величины расхода, и дифференциального манометра измеряющего этот расход.

В трубопроводе, по которому протекает измеряемая среда, помещается устройство для сужения струи – диск с концентрическим отверстием расчетного значения.

Движущийся поток в трубопроводе, встречая на своем пути препятствие в виде концентрического отверстия меньшего диаметра чем трубопровод, меняет свою форму. Поток сужается. Скорость потока в месте сужения значительно возрастает, а давление резко падает. Это видно на рисунке: эпюра изменения скорости потока изображена в сечении трубопровода, а – изменение давления потока – ниже. Давление потока перед диафрагмой имеет установившееся значение: оно выравнено за счет прямого участка трубопровода на расстоянии 10 условных диаметров трубопровода Ду при отсутствии местных сопротивлений (конфузоров, диффузоров, колен, отводов, задвижек и т.д.).

Скорость потока имеет ламинарное значение (спокойное, уравновешенное). В противном случае длина прямого участка увеличивается значительно, принимает расчетное значение. Тоже самое относится к прямому участку трубопровода после диафрагмы. Он должен быть длиной не менее 5-8 Ду трубопровода в зависимости от расстояния, на котором поток примет стационарное давление.

Вот так и образовался перепад давлений на сужающем устройстве. ∆Р = Р₁- Р₂

Требования к установке диафрагмы с дифманометром: поток в трубопроводе должен быть установившийся; поток полностью заполняет трубопровод; среда однофазная и не меняет свое фазовое состояние; импульсные линии прокачены разделительной жидкостьюи не имеют утечек.

Исходя из данных международного стандарта ИСО 5167, регламентирующего применение трех разновидностей стандартной диафрагмы, различающихся конструктивно, в промышленности широко применяются следующие типы диафрагм: ДБС –диафрагма бескамерная, устанавливаемая во фланцах трубопровода для Dу свыше 400 мм; ДКС-диафрагма камерная для Dу от 50 до 400 мм;ДФК –диафрагма фланцевая, камерная для Dу до 50 мм. Стандартные диафрагмы имеют весьма широкую область применения. Согласно ГОСТ 8.586-2005, их допускается применять при следующих условиях:широкую область применения. Согласно ГОСТ 8.586-2005, их допускается применять при следующих условиях:

 

 

Стационарное давление от этих действий тоже изменилось на величину Р_п - потери на трение, но незначительно. Перепад давления измеряют дифференциальным манометром с двумя отборами давления(+) и (-) - соответственно до и после диафрагмы.

Массовый расход определяется формулой: Q = α*F₀*

Объемный расход Q = α*F₀*

где: -коэффициент расхода, зависит от модуля сужения - β и числа Re; F₀ – площадь отверстия диафрагмы; – плотность измеряемой среды; ∆Р – перепад давления. β = s/S – модуль сужения струи. Re- модуль шероховатости слоев потока. Из формулы расхода Q видно, что расход и перепад давления связаны квадратичной зависимостью и при построении тренда расхода на экране монитора, требуется линеаризация тренда. Трубопроводы, в которых параметры измеряемой среды близки к условиям фазового перехода должны быть утеплены, обеспечены обогревом.

Устройство диафрагмы ДКС. Стандартная измерительная диафрагма представляет собой тонкий стальной диск с центральным круглым отверстием, имеющим острую кромку, выполненную под углом 90⁰ на входе, а на выходе отверстие расточено под углом 45⁰

однофазная и однородная среда (жидкость, пар, газ); трубопроводы от50 до 1000мм. Стационарный или медленно меняющийся поток. Скорость потока в диафрагме не превышает скорости звука. Существенным фактором является то, что на физические свойства собственно среды (электропроводность плотность, вязкость и т. д.) ограничений не накладывается, ограничиваются, лишь гидродинамические параметры потока.
Важным преимуществом диафрагмы является относительная простота в изготовлении и низкая стоимость по сравнению с другими типами преобразователей расхода (при сравнительно небольших диаметрах трубопровода и давлениях). Варьируя отношением площади сечения отверстия диафрагмы s к внутренней площади сечения трубопровода S, так называемый коэффициент β = s/S – модуль сужения, можно обеспечить требуемый перепад давления в достаточно широком диапазоне скоростей потока. Для ДКС коэфициент β должен быть в пределах от 0,05 до 0,64. В таком случае расчет нормальной диафрагмы выполнен правильно, расходомер будет работать с заданной погрешностью, иначе придется применить другое сужающее устройство.

Принят нормальный ряд шкал дифманометров по перепаду давления:

∆Р= 4 (400), 6,3(630); 10(1000); 16(1600); 25(2500) кПа(кгс/см²) и 40(0,4); 63(0,63);100(1,0); 160(1,6) кПа(кгс/см²).

Принят нормальный ряд шкал расхода для расходомеров переменного перепада давления:

Q max=1*10n*100; 125; 160; 200; 250; 320, 400; 500; 630; 800; 1000.

Что позволяет менять пределы измерения диафрагменных расходомеров не изменяя расточку диска.

Однако, наряду с преимуществами, стандартные диафрагмы обладают и весьма серьезными недостатками, которые ограничивают их применение и заставляют искать альтернативные методы и средства измерения расхода. К таким недостаткам относятся: 1) наличие застойных зон и скопление осадков у диафрагмы; 2) значительные потери давления; 3) малый динамический диапазон измерения (1:3-1:5); 4) жесткие требования к прямым участкам трубопровода; 5) увеличение погрешности при износе острых кромок (более 5%); 6) погрешность до 10% в начале шкалы в 30-ти процентной зоне из за квадратичной зависимости расхода от перепада давления. Все виды расходомеров в зависимости от назначения и принципа действия подразделяются на технологические и коммерческие, их стоимость различается в десятки раз и напрямую зависит от класса точности и может находиться в диапазоне от 1% до 3%.

Расходомер переменного перепада основанный на базе осредняющей напорной трубки ОНТ

Расходомеры, в основе которых имеется осредняющая напорная трубка (ОНТ) используются для непрерывного измерения расхода жидкости, газовых сред, пара и позволяют устанавливать их в системах автоматического контроля, регулирования, а также - в системах технологического и коммерческого учета. В основе принципа работы расходомера используется принцип измерения расхода среды (жидкоcти, пара или газа) с использованием метода переменного перепада давления по сечению трубопровода используя при этом (ОНТ). Конструктивно, напорная трубка (ОНТ) с сенсором модели Annubar 485 выполнена в виде погружной конструкции, сечение которой представляет собой Т-образный профиль. Формула расхода имеет квадратичную зависимость как у диафрагмы. Нормальный ряд шкал с коэффициентом 1,6 такой же как у диафрагмы и зависит от перепада давления ∆Р:

Р _{торможения} – P разрежения= ∆Р

Установка расходомера осуществляется фронтальной (широкой) его частью, навстречу измеряемому потоку, рассекая его по всему сечению. По всей длине центральной оси этой фронтальной поверхности профиля располагаются "щелевые" пазы, используя которые возможно проводить измерения по осреднению скорости измеряемого потока среды и воспринимающие значения давления торможения, позволяющее передавать его в "плюсовую" камеру обозначаемую "Р1". Фронтальная часть профиля, имеющая Т-образную форму, представляет из себя широкую и плоскую форму, вследствие чего точка отрывающегося потока более стабильна (следовательно сигнал перепада давления становиться более стабильным), а получаемая зона повышенного давления, находящаяся перед профилем более обширна. Как результат, сигнал соответствующий этому давлению, непосредственно передается с камеры "Р1" на соответствующую (+) мембрану измерения дифманометра. Также по всей длине с тыльной стороны ОНТ располагаются отверстия, используя которые воспринимаются значения более относительно низкого давления разрежения, передаваемые в "минусовую" камеру "Р2". Имеющаяся вогнутая форма тыльной стороны профиля Т-образного вида, позволяют создавать более большие мертвые зоны, чем при использовании других профилей ОНТ. Из-за этого дополнительной врезки в имеющемся трубопроводе измеряемое значение давления разрежения, передаваемого камерой " Р2", ниже действующего в трубопроводе. Использование расходомера с трубкой позволяют измерять расходы, которые при использовании других профилей измерять затруднительно. В конструкции трубки имеется гильза, позволяющая установить платиновый термопреобразователь градуировки Pt100, что позволит дополнительно измерять температуру продукта без дополнительной врезки в имеющийся трубопровод,используя многопараметрический расходомер 3095 MV.

 

На рисунке слева показана конструкция датчика для установки между фланцами трубопровода аналогично диафрагме. По метрологическим характеристикам ОНТ практически не уступают диафрагмам, а в некоторых случаях и превосходят их. При правильном монтаже и соблюдении требований к прямым участкам погрешность коэффициента расхода не превышает ±1% в диапазоне расходов 1:10, а повторяемость ±0,1%. Заявленная точность ОНТ подтверждена многочисленными испытаниями, проводившимися многократно. Для установки прибора требуется расстояние 2 диаметра трубопровода перед ОНТ

Вихревой расходомер

Вихревой принцип измерения расхода основан на следующем физическом явлении: если в поток жидкости поместить тело необтекаемой формы (вихреобразователь), поочередно с каждой его стороны будут образовываться вихри, получившие название вихрей Кармана, с частотой прямо пропорциональной скорости движения потока жидкости. f = S_t*V/d или V = f*d /S_T (1) (2), из формул (1) и (2) следует. Частота образования вихрей f прямо пропорциональна скорости V, если S_t – (число Струхаля – количество вихрей на единицу объема) постоянно. Расход Q объемный, равен произведению площади сечения трубы (за вычетом площади сечения вихреобразователя), умноженное на скорость потока измеряемой среды. Из формулы (2) видим, расход прямо пропорционален частоте вихрей. Обозначения:

f -частота образования вихрей; S_t – число Струхаля, безразмерная величина, зависящая от геометрических характеристик вихреобразователя;
V – скорость потока жидкости;
d – ширина вихреобразователя;

D – внутренний диаметр трубопровода

 

 

Однако если плотность и вязкость измеряемой среды остаются постоянными, с применением корректировки возможно измерение и в этом диапазоне чисел Рейнольдса

Рисунок А

 

Невозможно измерять малые расходы при Re <2000.Требуется тщательная теплоизоляция и принудительный обогрев при измерении расхода вблизи температуры фазового перехода. Наличие пузырьков газа (воздуха) более 5% в потоке жидкости недопустимо Данный принцип измерения расхода обеспечивает следующие преимущества: измеряет расход (жидкость, газ, пар); широкий динамический.

Данная величина определяется геометрией тела обтекания и при числах Рейнольдса Re > 20000 является постоянной. В диапазоне 5000 < Re < 20000 число Струхаля нелинейно изменяется, что затрудняет применение данного принципа измерения (рисунок Б). При этом возможно некоторое увеличение погрешности.

Рисунок Б

 

 

диапазон(1:30), у диафрагмы всего (1:7). Высокая точность измерения при Re>20000; малые потери давления по сравнению с диафрагмой. Приборы принципиально требовательны к фазовому состоянию измеряемой среды, не приемлют фазовых переходов.

Ультразвуковой расходомер

Принцип действия основан на том, что при распространении звука в движущейся среде его скорость увеличивается или уменьшается на скорость движения среды в зависимости от направления ее движения. Ультразвуковой сенсор представляет собой пьезоэлемент, работающий поочередно в режиме излучателя и приемника.

Для измерения расхода ультразвуковые сенсоры располагаются по разным сторонам трубы со смещением. Определение скорости потока V производится следующим образом:

Время прохождения импульса, перемещающегося по потоку (от пьезоэлемента A к пьезоэлементу B) =Т₁. Время прохождения импульса, перемещающегося против потока (от пьезоэлемента B к пьезоэлементу A)=Т_2. Разность времени прохождения обоих импульсов составляет (Т₂ – Т₁): Расход Q определяется по средней скорости потока. Для трубопровода с круглым поперечным сечением применима формула Уравнения сплошности среды: Q = V •S = V • π D²/4.

Таким образом, разность между временем прохождения (Т₂ – Т₁) определяется средней скоростью потока V на траектории измерения (на пути прохождения ультразвукового луча). Содержание нерастворенного газа и твердых включений в жидкой среде не должно превышать допустимых пределов, иначе затухание волн (в результате рассеивания при отражении от частиц) станет слишком большим. Измерения затруднены, если: объемное содержание нерастворенного газа в жидкой среде превышает 2%; объемное содержание твердых частиц в жидкой среде превышает 5%. Звуковые волны представляют собой волны сжатия, распространяющиеся благодаря способности технологического продукта к сжатию. Очень высокая вязкость гасит эти движения и, следовательно, препятствует распространению звуковых волн. По этой причине на величину вязкости измеряемой среды накладываются ограничения. Как правило, эти ограничения сильно превышают значения, встречающиеся на практике, и приобретают значение только в очень редких случаях. Высокое содержание газа вызывает увеличение сжимаемости продукта и сильно снижает скорость звука. Оба эффекта могут приводить к ошибкам измерения. Вязкость среды влияет на профиль потока. Некоторые среды обладают очень высокой вязкостью, в результате чего в трубопроводах может возникать ламинарный поток. В свою очередь, для продукта с малой вязкостью поток будет турбулентным. Все сказанное выше говорит о том, что нельзя ожидать правильных показаний вязкой жидкости если она не достигла температуры на которую были произведены расчеты при поверке прибора.

При этом профиль скорости потока среды для одного и того же расхода при разных типах потоков будет разным.
Для определения расхода при турбулентном потоке достаточно измерения скорости в одном сечении. При ламинарном потоке требуется измерение скорости в нескольких сечениях.
Поэтому существуют расходомеры однолучевые и многолучевые.
Однолучевые ультразвуковые расходомеры используются для измерения турбулентных потоков, т. е. для маловязких сред, например, воды. Однако, при переходе от турбулентного потока к ламинарному погрешность измерений у них может составлять до 30%. Многолучевые расходомеры используются для измерения как турбулентных, так и ламинарных потоков (в т. ч., вязких сред). За счет измерения средней скорости в нескольких сечениях потока и специального алгоритма обработки данных достигается необходимая точность измерения расхода (фото вверху справа обработка 4-х лучевого сигнала в потоке).

Скорость звука С в различных средах (при нормальных условиях)

Вода Метиловый спирт Керосин Глицерин

1480 м/с 1100 м/с 1320 м/с 1900 м/с

Ультразвуковые расходомеры в реальном масштабе времени могут определять скорость звука С посредством вычисления общей суммы времен пробега T_B→A, T_A→B:

По значению скорости звука С можно судить, например, о содержании воды в масле, концентрации раствора и т. п., поскольку при изменении плотности измеряемой среды изменяется скорость звука в этой среде.

Накладные конструкции сенсоров Ультразвуковые волны обладают способностью проходить через стенки трубопровода. Благодаря этому свойству расходомеры могут иметь накладную (бе