1.4.5. Датчики расхода
При автоматическом контроле расхода жидкости и газа наибольшее распространение нашли датчики, работающие на принципах переменного и постоянного перепада давлений, а также турбинные, вихревые, ультразвуковые и ротационные преобразователи. Для измерения расхода по методу переменного перепада давления применяют специальные сужающие устройства: диафрагмы, сопла и расходомерные трубы Вентури (рис. 1.14).
Диафрагма (рис. 1.14а) представляет собой тонкий диск с центральным отверстием, передняя часть которого имеет
цилиндрическую форму, переходящую в расширяющийся конус. Отбор давления осуществляется с помощью кольцевых камер, расположенных по окружности трубы, или с помощью отдельных отверстий в трубопроводе (бескамерный отбор).
Сопло (рис. 1.14б) имеет спрофилированную входную часть, которая переходит в цилиндрический участок диаметром dc. Отбор давления осуществляется так же, как и в диафрагме. Сопла позволяют измерять больший расход, чем диафрагма. Потери давления и ошибки измерения у сопла ниже, чем у диафрагмы.
Сопло Вентури (рис. 1.14в) применяют там, где при измерении расхода недопустимы большие потери давления. Оно состоит из двух частей: стандартного сопла и диффузора. Отбор давления от сопла осуществляется через кольцевые камеры.
Рис. 1.14. Сужающие устройства:а– диафрагма;
б– сопло;в– сопло Вентури
Зависимость между перепадом давлений в сужающем устройстве и расходом среды позволяет градуировать эти приборы в единицах расхода.
Для преобразования перепада давления в электрический выходной сигнал (аналоговый или цифровой) применяют преобразователи расхода: «Сапфир–22ДД», датчики Метран–100, Метран–150 и др.
Точность измерения давления зависит от правильной установки датчика и соединительных трубок от места давления до датчика.
Температура измеряемой среды в рабочей полости датчика не должна превышать допускаемой температуры окружающего воздуха. Поскольку в рабочей полости датчика нет протока среды, температура на входе в датчик, как правило, не должна превышать 120 оС. Для снижения температуры измеряемой среды на входе в рабочую полость датчик устанавливают на соединительной линии, длина которой для датчика 150CD рекомендуется не менее 3 м, а для остальных – не менее 0,5 м.
Соединительные линии должны иметь односторонний уклон (не менее 1:10) от места отбора давления, вверх к датчику, если измеряемая среда – газ и вниз к датчику, если измеряемая среда – жидкость. Если это невозможно, при измерении давления или разности давлений газа в нижних точках соединительной линии следует устанавливать отстойные сосуды, а при измерении давления или разности давлений жидкости в наивысших точках – газосборники [6].
В соединительных линиях от места отбора давления к датчику рекомендуется установить два вентиля или трехходовой кран для отключения датчика от линии и соединения его с атмосферой. Это упростит периодический контроль установки выходного сигнала, соответствующего нижнему значению измеряемого давления, и демонтаж датчика.
В соединительных линиях от сужающего устройства к датчику разности давлений рекомендуется установить на каждой из линий вентиль для соединения линии с атмосферой и вентиль для отключения датчика.
Расходомер Метран-150RFA группы предприятий Метран (рис. 1.15) предназначен для измерения объемного расхода среды (вода, пар, газ и другие энергоносители) методом перепада давления с использованием осредняющей напорной трубки (ОНТ) Annubar 485 в качестве первичного измерительного преобразователя и передачи информации для управления технологическими процессами и использованием в учетно-расчетных операциях.
Измеряемая среда: жидкость, газ, пар. Диаметр условного прохода трубопровода 50-2400 мм. Пределы основной относительной погрешности измерений объемного расхода ± 2,5 %. Динамический диапазон 5:1. Температура измеряемой среды: от - 40 до + 315 оС – интегральный монтаж датчика; от – 40 до + 454 оС – удаленный монтаж датчика. Избыточное давление в трубопроводе до 40 МПа. Пределы измерений расхода рассчитываются для конкретного технологического процесса. Выходной сигнал 4-20 мА/HART. Наличие взрывозащищенного исполнения. Межповерочный интервал – 2 года.
Рис. 1.15. Расходомер Метран-150RFA:
1 – ОНТ Annubar485; 2 – клапанный блок;
3 – датчик давления Метран – 150CDR
Основные преимущества:
– интегральная конструкция расходомера исключает потребность в импульсных линиях и дополнительных устройствах, сокращается количество потенциальных мест утечек среды;
– низкие безвозвратные потери давления в трубопроводе сокращают затраты на электроэнергию;
– установка расходомера экономична и менее трудоемка по сравнению с установкой измерительного комплекса на базе стандартной диафрагмы.