5.3. Лічильники кількості

- Об’ємні лічильники

Об'ємні методи грунтуються на принципі послідовного додавання порцій досліджуваного потоку рідини чи газу, що проходить через вимірювальні камери, або на обертанні чутливого елемента під дією струменя досліджуваного середовища. Останній різновид об'ємного методу ще називається тахометричним.

На основі цього будують об'ємні лічильники, зокрема лічильники з овальними шестернями та ротаційні лічильники, турбінні (без вимірювальних камер).

Рис. 5.10. Об’ємні лічильники

Лічильник з овальними шестернями (рис. 5.10 а) має вимірю-вальну камеру, в якій знаходяться дві овальні шестерні, що обкочують одна одну в зустрічних напрямках, оскільки мають зубчасте зачеплення. Крутний момент виникає під дією різниці тисків до та після вимірювальної камери. З кожним обертом шестерень переміщується відповідний об'єм досліджуваного середовища. Дані лічильники – швидкодіючі, дають змогу вимірювати значні об'ємні витрати. Виходячи із принципу дії таких витратомірів, можна формувати вихідні сигнали у вигляді імпульсів, струмових та частотних параметрів. Останнє може бути використаним як для дистанційної передачі вимірювальної інформації, так і в системах контролю та регулювання витрат технологічних установок.

У зв'язку з високою точністю (основна похибка 0,5 %) вимірюваних витрат, незалежністю показів від в'язкості досліджуваного середовища, малими втратами тиску, значним крутним моментом та довговічністю, лічильники з овальними шестернями широко застосовуються як побутові витратоміри рідин та газів, так і як первинні перетворювачі в системах автоматичного керування параметрів технологічних процесів.

Недоліком таких лічильників є високий рівень акустичного шуму, чутливість до забруднення досліджуваної речовини, що зумовлює необхідність її фільтрації.

Основними елементами роторного лічильника (рис. 5.10 б) є два гладкі ротори у формі вісімки, які обкочують один одного. Ротори з'єднані через редуктор з лічильником обертів.

Роторні лічильники використовують переважно для встановлення на магістральних газопроводах та для вимірювань витрат дорогих газів. Їх застосовування доцільне при низькому тиску газу та вимогах високої точності.

В розглянутих об'ємних лічильниках кожному повороту чутливого елемента відповідає точно обмежений об'єм досліджуваного середовища. В лічильниках, які будуть розглянуті нижче, в якості чутливого елемента застосовується турбінка з лопатками, яка обертається під дією досліджуваного потоку, а кількість її обертів пропорційна об'ємним витратам.

Об'ємні методи вимірювань, покладені в основу принципу дії так званих роторних лічильників витрат газу типу РЛ-1...РЛ-6 на експлуатаційний діапазон об'ємних витрат від 0,08 до 10,0  . Границі допустимої відносної похибки таких лічильників у робочому діапазоні вимірювань становлять ±2,5%, поріг чутливості не перевищує 0,08 .

- Швидкісні лічильники для рідин

Турбінні витратоміри (швидкісні лічильники) бувають двох типів: з аксіальною турбінкою, вісь якої збігається з напрямком досліджуваного потоку (рис. 5.11 а) і яка з'єднана передачею з лічильником обертів, і з вертикальною турбінкою - вісь якої безпосередньо зв'язана з лічильником обертів (рис. 5.11 б).

Рис. 5.11. Турбінні лічильники

Принцип дії лічильників обох типів грунтується на вимірюванні швидкості обертання турбінки під дією досліджуваного потоку.

Відомо, що об’ємна витрата рідини зв’язана з середньою швидкістю рухомого потоку співвідношенням

, (5.30)

де - площа поперечного перерізу потоку.

Кількість рідини, яка пройшла через прилад, пропорційна частоті обертання турбінки, що знаходиться на шляху потоку. Рахують, що частота обертання турбінки є прямопропорційною середній швидкості потоку

, (5.31)

де - коефіцієнт пропорційності, що характеризує конструктивні властивості приладу.

Враховуючи (5.30), отримаєм

. (5.32)

Отже із (5.32) випливає, що частота обертання турбінки також прямопропорційна витраті рідини.

Для безперебійної роботи лічильників необхідна відсутність завихрень у потоці, що надходить на турбінку. Для цього використовують спеціальні випрямлячі струменя досліджуваної речовини, виконані у вигляді набору трубок або взаємоперпендикулярних схрещених пластин і вмонтованих по перерізу трубопроводу перед турбінкою та після неї.

Турбінні лічильники з механічним лічильним механізмом застосовують переважно для вимірювання витрат гарячої та холодної води.

Турбінні лічильники (крильчасті водоміри) КВ-1,5 призначені для питної води (окремі модифікації для вимірювань витрат гарячої води) мають експлуатаційний діапазон об'ємних витрат від 0,06  до 3 , границі допустимих похибок від ±2% до ±5%, поріг чутливості не перевищує 0,03 .

При вимірюванні малих витрат турбінними лічильниками з механічною передачею вимірювальної інформації виникають значні похибки, викликані механічним тертям. Ці похибки значно менші в індуктивних лічильниках турбінного типу. Одним з різновидів таких лічильників є лічильник, корпус якого виконано із неферомагнітного матеріалу, а в одну з лопаток турбіни вмонтовано постійний магніт. При обертанні турбінки магніт індукує в вимірювальній обмотці, розміщеній у зовнішній частині корпусу, імпульси напруги, частота яких пропорційна обертам турбінки.

В іншому конструктивному виконанні декілька пар лопаток і маточину турбінки виготовляють із феромагнітного матеріалу, а на зовнішній частині корпусу розміщають кілька сильних магнітів з індукційними котушками. При обертанні турбінки під дією досліджуваного потоку рідини змінюється магнітний потік, що призводить до наведення в обмотках змінної напруги, частота якої є пропорційною витраті.

Запитання для самоконтролю

1. Об’ємні лічильники з овальними шестернями.

2. Роторні лічильники.

3. Турбінні витратоміри (швидкісні лічильники).