Д

Iso 5167 Дисковая диафрагма

иафрагма представляет собой диск со сквозным отверстием, вставленный в поток. Дисковая диафрагма сужает поток, и разница давлений, измеряемая перед и после диафрагмы, позволяет определить расход в потоке. Этот тип расходомера можно грубо считать одной из форм Вентури-метров, однако имеющую более высокие потери энергии. Существует три типа дисковых диафрагм: концентрические, эксцентриковые и сегментальные.

в) Трубка Пито

Расходомеры на основе трубки Пито измеряют динамическое давление   в застойной зоне потока (англ.).

С помощью уравнения Бернулли, и зная динамическое давление, можно определить скорость потока, а значит, и объёмный расход(Q=SV, где S — площадь поперечного сечения потока, V — средняя скорость потока).

4.Оптические расходомеры

Оптические расходомеры используют свет для определения расхода.

а) Расходомеры на основе двух лазерных лучей

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. Рассеяный лазерный луч поступает на фотодетектор, который в результате генерирует электрический импульсный сигнал. Если та же самая частица пересекает второй лазерный луч, то рассеяный 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 = VS, где S — площадь поперечного сечения потока).

Основанные на лазерах расходометры 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.

5.Ультразвуковые расходомеры

Для контроля расхода и учёта воды и теплоносителя с 60-х годов прошлого века в промышленности применяются ультразвуковые расходомеры. Неоспоримые достоинства ультразвуковых расходомеров: малое или полное отсутствие гидравлического сопротивления, надежность (так как нет подвижных механических элементов), высокая точность, быстродействие, помехозащищенность – определили их широкое распространение.

Существуют три основные методики определения расхода жидкости при помощи ультразвука:

• время-импульсный метод (фазового сдвига),

• доплеровские расходомеры,

• метод сноса ультразвукового сигнала (корреляционный).

А) Ультразвуковые время-импульсные

Время-импульсные расходомеры измеряют разницу во времени прохождения ультразвуковой волны по и против потока жидкости. Такой принцип измерений обеспечивает высокую точность (± 1%). При этом он хорошо работает для чистого потока или поток с незначительным содержанием 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.

Допплеровский расходомер основан на эффекте Допплера. 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%), таким образом, они дешевле, чем время-импульсные расходомеры.

Другим не столь популярным расходомером является ультразвуковой расходомер с последующей корреляцией (кросс-корреляция). Он позволяет уйти от недостатков свойственных допплеровским расходомерам. Они лучше работают для потока жидкости с твердыми частицами или турбулентного потока газа.

б) Ультразвуковые фазового сдвига

Принцип действия этих ультразвуковых расходомеров основан на измерении разности фазовых сдвигов двух ультразвуковых колебаний, направленных по потоку жидкости или газа и против него.

Р ис. 1. Принципиальная схема фазового ультразвукового расходомера жидкости и газа: 1, 2 – пьезоизлучатель и пьезоприёмник ультразвуковых колебаний; 3 – переключатель механический

На поверхности трубопровода (рис. 1) расположены два пьезоэлектрических элемента 1 и 2. В качестве пьезоэлектрических элементов используют пластины титаната бария, обладающие наиболее высоким пьезомодулем по сравнению с другими пьезоэлектриками. Пьезоэлемент 1 механическим переключателем 3 подключен к генератору высокочастотных синусоидальных электрических колебаний. Пьезоэлемент преобразует электрические колебания в ультразвуковые, которые направляются в контролируемую среду через стенки трубопровода. Пьезоэлемент 2 воспринимает ультразвуковые колебания, прошедшие в жидкости расстояние L, и преобразует их в выходные электрические ко­лебания.

Наличие в схеме механического переключателя ограничивает возможность измерения быстро меняющихся расходов вследствие небольшой частоты переключений (порядка 10 Гц). Это можно исключить, если в трубопроводе установить две пары пьезоэлементов так, чтобы в одной паре излучатель непрерывно создавал колебания, направленные по потоку, а в другой – против потока. В таком расходомере на фазометр будут непрерывно поступать два синусоидальных колебания, фазовый сдвиг между которыми пропорционален скорости потока жидкости или газа.

Если колебания распространяются в направлении скорости потока, то они проходят расстояние L (см. рис. 1) за время.

( 1.1)

где а – скорость звука в данной среде; v – скорость потока; L – расстояние между излучателем и приемником ультразвуковых колебаний.

При распространении колебаний против скорости потока

(1.2)

Отношение весьма мало по сравнению с единицей (для жидкостей 1000... 1500 м/с;  3...4 м/с), поэтому с большой степенью точности исходя из уравнений (1.1) и (1.2) можно принять:

(1.3)

(1.4)

В фазовых ультразвуковых расходомерах фиксируется разность времени . Из уравнений (1.3) и (1.4) получим уравнение фазового ультразвукового расходомера (разность фаз пропорциональна скорости потока, а значит и его объёмному расходу):

(1.5)

Из уравнения (1.5) следует, что точность измерения расхода зависит от точности измерения и постоянства значения L.

в) Ультразвуковые доплеровские

Доплеровский измеритель — общее название технических средств для измерения линейной скорости с помощью эффекта Доплера. Применение эффекта Доплера позволяет измерять скорость не только твёрдых тел, но и газообразных, жидких и сыпучих сред. Некоторые виды доплеровских измерителей рассчитаны также на определение длины движущихся объектов или их перемещения, с помощью встроенного средства измерения временных интервалов.

Принцип действия

Принцип действия основан на использовании эффекта Доплера, согласно которому, частота принятого сигнала, отражённого от цели может отличаться от частоты излучённого сигнала и разница зависит от соотношения скоростей объектов относительно друг друга. Осн. статья — Эффект Доплера

По природе излучения (радиоволны, свет, звук) доплеровские измерители бывают соответственно трёх видов:

• радиолокационные, иначе радиоволновые (доплеровские радары);

• лазерные, иначе оптические (доплеровские лидары);

• акустические (в т. ч. гидроакустические), иначе звуковые, ультразвуковые (доплеровские сонары).

По характеристике сигнала измерители могут быть как импульсные, так и с непрерывным излучением.

Доплеровские измерители скорости потока жидких и газообразных сред функционируют за счёт отражения излучения от микрочастиц, взвешенных в этих средах.

г) Ультразвуковые корреляционные

Потоки измеряемого расхода вещества редко бывают однозначными, т.к. многие показатели, такие как плотность, электрическая проводимость, температура и прочее подвержены изменению. Для вычисления объемного расхода потоков можно имея параметры потоков в двух сечениях, находящихся на некотором удалении L и, учитывая поперечное сечение потока. У корреляционных измерителей расхода - расходомеров в основном 2 канала преобразования расхода, разработаны также расходомеры, имеющие несколько пар каналов преобразования, смонтированных в трубопроводе последовательно. Такие расходомеры используют для измерения неустановившихся переменных расходов.

В зависимости от вида, способа измерений различных параметров, случайные колебания которых контролируются в корреляционных расходомерах, существует много их вариантов. Корреляционные ультразвуковые расходомеры. В обоих контрольных сечениях снаружи и внутри трубы устанавливается излучатель акустических колебаний частотой 0,3-1МГц. Эти акустические колебания направлены перпендикулярно к оси обследуемой трубы и воспринимаются пьезопреобразователем, находящимся на противоположной стороне трубы. Присутствие в жидкости неоднородностей в результате поглощения и рассеяния ослабление акустических колебаний, поступающих на преобразователи, соединенные через усилители, демодуляторы и фильтры с коррелометром. Турбулентность смещает луч, это модулирует по фазе сигнал приемника.

Разработан вариант корреляционного ультразвукового расходомера, в контрольных сечениях которого установлены лишь по одному пьезоэлементу, излучающему акустическую волну перпендикулярно к оси трубы и воспринимающему волну, отраженную от рефлектора на противоположной стенке трубы. Неоднородности потока жидкости или газа влияют на образовавшуюся волну и изменяют акустическую нагрузку на пьезоэлемент и его электрический импульс. Расходомер измерял расход жидкости при скоростях выше 0,4м/с в трубе диаметром 34мм, а измерение расхода воздуха при скоростях до 20м/с в трубе диаметром 100мм. Его устройство проще, но погрешность измерения до ±4%.

Корреляциoнный иoнизационный расходомер состоит из источников радиоактивного излучения, устанавливаемых с одной стороны трубы, и приемников — обычно сцинтилляционных счетчиков, располагаемых с другой стороны. Подобные расходомеры предназначены для измерения газов, содержащих твердые частицы, но применяются эти расходомеры значительно реже, так как требуют очень мощных источников радиации, чтобы приемное устройство могло реагировать на высокочастотный измерительный сигнал. Если само измеряемое вещество радиоактивно, то устройство корреляционного расходомера упрощается благодаря отсутствию необходимости в посторонних источниках измерения.

6.Электромагнитные расходомеры

Для контроля расхода и учёта воды и теплоносителя с 40-х годов XX века в промышленности применяются электромагнитные расходомеры. Неоспоримые достоинства электромагнитных расходомеров — отсутствие гидродинамического сопротивления, отсутствие подвижных механических элементов, высокая точность, быстродействие — определили их широкое распространение.

Принцип действия.

В проводнике, пересекающем силовые линии магнитного поля, индуцируется ЭДС, пропорциональная скорости движения проводника. При этом направление тока, возникающего в проводнике, перпендикулярно к направлению движения проводника и направлению магнитного поля.

Это известный закон электромагнитной индукции — закон Фарадея.

Если заменить проводник потоком проводящей жидкости, текущей между полюсами магнита, и измерять ЭДС, наведённую в жидкости по закону Фарадея, можно получить принципиальную схему электромагнит­ного расходомера, предложенную ещё самим Фарадеем. 

Электромагнитные расходомеры могут быть выпол­нены как с постоянными магнитами, так и с электромагнитами, питаемыми пере­менным током. Электромагнитные расходомеры имеют свои достоинства и недостатки, определяющие области их применения.

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. 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.

Метрологические характеристики

Погрешность данных приборов определяется в ос­новном погрешностями их градуировки и измерения разности потенциалов Е. Однако элект­рохимические процессы на электродах, различные помехи и навод­ки, неоднородность потока жидкости не позволяют пока по­лучить той потенциально высокой точности измерений расхода, которая вытекает из принципа действия данного типа расходомеров. Так, изго­товляемые в СССР электромагнитные расходомеры, несмотря на инди­видуальную градуировку, (на высокоточных расходомерных стендах) и весьма совершенные средства измерения имеют класс точности 1,0— 2,5 %.^{[источник не указан 428 дней]}

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 емкости между ними (соединитель­ные провода и т. п.). Средством борьбы с этим эффектом является тща­тельная экранировка.