Измерение расхода. Расходомеры с использованием э/м свойств среды, поплавковые расходомеры

Расход – количество вещества (масса или объем), протекающего через данное сечение трубопровода (канала) в единицу времени. Измерения расхода составляют до 15% от общего числа измерений в промышленности. Информация о расходе широко используется при управлении технологическими процессами для оптимизации их режимов. В последнее время возрастает роль измерений расхода энергоносителей в связи с возрастанием их стоимости и необходимостью контроля эффективности энергосберегающих мероприятий. В зависимости от единицы измерения количества вещества (м³ или кг) различают массовый (кг/с) или объемный расходы (м³ /с). В технике часто применяют производные внесистемные единицы – м³ /ч, т/ч, л/с и др.СИ измерения расхода – расходомеры.

Основной элемент расходомера – преобразователь расхода – устройство, непосредственно воспринимающее динамическое воздействие потока и преобразующее его в другую величину (перепад давления, электрический сигнал), удобную для измерения.

Требования к расходомерам, которые удовлетворить совместно очень трудно.

· Высокая точность измерения. Нередко требуется иметь погрешность не более 0,2-0,5 %. Такую погрешность обеспечивают электромагнитные, ультразвуковые и кориолисовы расходомеры.

· Высокая надежность (безотказность и долговечность). Оценивается временем, в течение которого прибор сохраняет работоспособность и заявленную точность. Это время зависитот типа прибора и от условий его применения.

· Малая зависимость результата измерений от изменения плотности вещества. В лучшей степени этому требованию отвечают скоростные расходомеры, у которых статическая характеристика не зависит от плотности.

· Быстродействие прибора. Это требование важно, когда расходомер применяют в системах автоматического регулирования и при измерении быстроменяющихся расходов.

· Широкий диапазон расходов, подлежащих измерению. Расходы жидкости изменяются в пределах от 1 до10⁸ кг/ч (для трубопроводов), а газов — в пределах от 10 до 10⁶ кг/ч.

· Учет большого количества влияющих факторов. Характеристики потока, которые воспринимаются преобразователями расхода, зависят от температуры, вязкости, плотности, наличия дисперсной фазы и т.п.

· Устранение влияния на ЧЭ физико-химических свойств потока. Вещества могут быть агрессивными, абразивными, токсичными, взрывоопасными и т. д.

· Стоимость.

Электромагнитные расходомеры состоят из участка трубопровода, выполненного из немагнитного материала и футерованного изнутри диэлектриком, электрических катушек, создающих импульсное магнитное поле, и электродов.

 

 

Статическая характеристика выражается формулой:

 

,

где В – индукция магнитного поля, D – диаметр трубопровода, v – скорость потока.

Преимущества:

· линейная статическая характеристика,

· малая погрешность - 0,2%,

· высокая надежность,

· независимость показаний от плотности и температуры среды,

· широкий динамический диапазон измерений (1:1000),

· возможность измерения расхода дисперсных и агрессивных сред,

· отсутствие дополнительного гидравлического сопротивления.

Недостатки:

· возможность измерения расхода только электропроводных жидких сред,

· слабый выходной сигнал преобразователя расхода.

Электромагнитные расходомеры нашли широкое применение для измерения расхода воды и водных растворов, плотность и вязкость которых может изменяться в широких пределах, а также содержащих абразивные немагнитные частицы. Например, шликера, пульп, сточных вод и т.д. Выпускаются с диаметрами условного прохода от 3 до 2000 мм.

Поплавковые расходомеры. Принцип действия аналогичен ротаметру, но конус выполнен из металла и имеет больший угол. Вследствие этого перемещение поплавка значительно меньше и оно может быть преобразовано в электрический сигнал. Передача перемещения осуществляется с помощью дифференциального трансформатора, магнитной муфты или иным способом. Такие расходомеры выпускаются от D 15 мм (G max =25 л/ч воды или 0,7 м³/ч для воздуха) до 100 мм и максимальным расходом жидкости до 100 м³/ч при рабочем давлении до 25 ат. Погрешность до 2,5%. Некоторые модели имеют токовый выход, датчики предельных значений.

 

Поплавковый расходомер

 

Ультразвуковые расходомеры

Действие ультразвуковых расходомеров основано на влиянии скорости среды на характеристики распространяющейся в ней акустической волны. Разделяются на 1) основанные на перемещении в среде акустической волны и 2) на эффекте Доплера. Наибольшее распространение получили расходомеры, измеряющие разность времен прохождения волны по потоку (от излучателя И1 к приемнику П1) и против него (от излучателя И2 к приемнику П2).

Статическая характеристика такого расходомера имеет вид:

где с – скорость звука в измеряемой среде.

Преимущества время-импульсных расходомеров:

· высокая точность,

· возможность измерения расхода как жидкостей, так и газов,

· широкий диапазон измерений (1:500),

· низкая стоимость, малые габариты и масса при больших диаметрах трубопроводов (400 – 1500 мм.).

· возможность измерения расхода без врезки в трубопровод.

Недостатки:

· зависимость показаний от профиля скорости потока и скорости звука,

· зависимость показаний от наличия в потоке частиц.

Для уменьшения влияния профиля потока применяют преобразователи, у которых волна распространяется поперек трубы по хорде на расстоянии 0,5R от ее центра или вдоль оси трубопровода. Существует большое разнообразие конструкций преобразователей расхода.

Доплеровские расходомеры лучше работают при наличии в потоке частиц.

Кориолисовы расходомеры

Принцип действия основан на использовании кориолисового ускорения, возникающего в инерционной системе, перемещающейся по радиусу относительно неподвижного наблюдателя.

Под действием внешних колебаний в потоке среды будет возникать ускорение кориолиса, которое приведёт к деформации трубки и изменению времени прохождения левой и правой частей трубки относительно неподвижного наблюдателя. Величина кориолисовой силы, деформирующей трубку, опр-ся по формуле:

F_к = 2G ∙ ω

G – массовый расход вещества через расходомер

ω – частота внешних принудительных колебаний

Достоинства: отсутствие больших гидравлич. сопротивл.; точность

Недостатки: сложность и большие размеры расходомера; дрейф??????

30. Измерение расхода 2хфазных потоков.

Измерение расхода двухфазных потоков. Особенности измерения расхода двухфазных потоков обусловлены тем, что на их характеристики существенное влияние оказывает структура потока, зависящая в свою очередь от доли дисперсной фазы. Кроме того, дисперсная фаза часто имеет плотность, существенно отличающуюся от плотности дисперсионной среды, фазы движутся с некоторой скоростью друг относительно друга, поэтому неприемлемы соотношения, применимые для однофазных потоков.

Для измерения расхода используют специальные диафрагмы, массовые расходомеры, объемные счетчики, а также системы, состоящие из нескольких разнотипных расходомеров, которые по разному восприимчивы к влиянию дисперсной фазы. По разнице показаний можно определить общий расход, а также долю дисперсной фазы.