Розділ 7. Засоби промислової автоматики

7.4.6. Прилади для вимірювання витрат і кількості речовини

Витрата – це кількість речовини, що проходить через даний перетин в одиницю часу. Витрата можна вимірюватись або в одиницях об’єму (м/с, л/хв і т.дін) або в одиницях маси (мг/хв, г/с і т. ін.). Залежно від одиниць розрізняють об’ємну витрату і масову. Оскільки об’єм речовини, особливо газу, залежить від температури і тиску, об’ємні дані витрати приводять до одних і тих самих стандартних (нормальних) умов, що відповідають температурі 20°С і тиску 760 мм рт. ст.

Точні вимірювання витрати сприяють скороченню непро дуктивних витрат.

Витрати рідини, газу і пари вимірюють витратомірами, що показують миттєве значення об’єму або маси речовини, а також лічильниками (лічильниками кількості), що визначають сумар ну його кількість, що проходить за визначений час (година, доба

іт. д.) через перетин потоку. В даний час є витратоміри, що мають інтегруюючі (підсумовуючі) пристрої, і лічильники з вит ратомірними приставками.

Воснову вимірювання витрати покладені різні фізичні яви ща, що спостерігаються в потоці рідини або газу: зміна тиску і швидкості потоку при зміні його перетину, різні швидкості поширення ультразвукових коливань у напрямку руху потоку

іпроти нього, виникнення електрорушійної сили при русі ріди ни у магнітному полі й ін.

З усіх вимірювальних приладів витратоміри відрізняються найбільшою різноманітністю. Загальним для витратомірів є .на явність перетворювачів – пристроїв, що безпосередньо сприй мають вимірювану витрату. Перетворювач працює разом із приладом, який видає показання. Найменування витратоміра, частіше усього відбиває або принцип його дії (електромагніт ний витратомір), або вид перетворювача витрати (поршневий витратомір). Крім того, до назви входить і рід речовини, що ви мірюється, наприклад: витратомір води, витратомір нафти, лічильник газу і т. ін.

273

«Товарознавство»

Біля 80% усіх використовуваних витратомірів – це витра томіри змінного перепаду тиску із звужуючими пристроями. На практиці отримали розповсюдження чотири види звужуючих пристроїв, що мають круглий отвір: діафрагма, сопло, сопло Вентурі, труба Вентурі.

При установці в трубопроводі центр отвору повинен співпадати з віссю потоку.

Дія таких витратомірів заснована на тому, що статичний тиск у звуженому поперечному перетині менший, ніж тиск перед місцем звуження. Різницю тисків перед звуженою дільни цею й у місці звуження називають перепадом тиску, який тим більше, чим більше швидкість (витрата) речовини, що протікає.

Розглянемо цей процес за допомогою рис. 7.4.

Рис 7.4. Витратоміри змінного перепаду тиску

При проходженні через отвір діафрагми потік звужуєть ся, у результаті чого збільшується його швидкість, а тиск падає. Спочатку тиск Р1 зменшується до Р2; Р1 – тиск у стінки труби до діафрагми; Р2 – у центрі потоку після діаф рагми. Їх різниця (Р1–Р2) характеризує перепад тиску на діафрагмі. Сильне вихроутворення викликає втрату тиску після діафрагми на розмір др.

Якщо необхідно зменшити перепад тиску, наприклад, у випадку виміру великих витрат або забруднених матеріалів,

274

Розділ 7. Засоби промислової автоматики

використовують трубу Вентурі або сопло. Зменшення перепа ду пояснюється формою звужуючого пристрою.

Різниця тисків (перепад) до звужуючого пристрою і після нього, за якою судять про витрату, вимірюється диференціаль@ ними манометрами (дифманометрами) – рідинними або з пружним чутливим елементом.

Витратоміри змінного перепаду тиску застосовують для од нофазних середовищ і плавних ( непульсуючих) потоків. Ними вимірюють витрату чистих рідин, сухої перегрітої пари і сухих газів на трубопроводах діаметром більш 50 мм із визначеною довжиною прямої ділянки.

На трубопроводах діаметром менше 50 мм для виміру малих витрат агресивних рідин і газів використовують вит ратоміри з первинними перетворювачами у вигляді рухомих пристроїв, поплавців. У результаті обтікання даного при строю потоком речовини вона переміщається, причому пе реміщення певним чином залежить від витрати. Такі вит ратоміри називають витратомірами обтікання. До них відносять ротаметри, поршневі витратоміки, поплавкові витратоміри, поплавково пружинні витратоміри і витрато міри з поворотною лопатю.

Ротаметр складається з таких елементів як розширена до гори (за напрямком потоку) трубка і розміщений в ній попла вок. Витрата речовини характеризується висотою підйому по плавка від нульової оцінки. Залежність висоти підйому від витрати (градуіровочна характеристика) додається до паспор та ротаметра. Ротаметри можуть працювати тільки у вертикаль ному потоці.

На горизонтальних ділянках трубопровода встановлю ють поршневі витратоміри, що мають поршень, який вер тикально переміщається в циліндричній втулці, і поплав ково пружинні, що мають з поплавець з пружиною, завдяки чому вони вимірюють значно більші граничні вит рати ніж ротаметри.

Розглянуті витратоміри відносяться до об’ємних, тобто ви дають показання в одиницях об’єму, проте в окремих випадках

275

«Товарознавство»

необхідно знати витрату в одиницях маси, які характеризують її більш повно. Для таких вимірювань об’ємні витратоміри ма ють коректуючі пристрої або схеми перерахунку з врахуванням густини речовини. Крім того, використовують непрямі методи вимірювання масової витрати, засновані на її залежності від фізичних властивостей речовини.

Витратоміри показують значення витрати в момент знят тя показання. Для визначення сумарного обсягу речовини, що пройшла через пункт замірювання за певний час, застосову ють лічильники або мірники певного обсягу, або інтегрують за цей час показання витратомірів. Найбільш розповсюджені лічильники кількості за принципом лії підрозділяють на швидкісні та об’ємні.

Принцип дії швидкісних (тахометричних) лічильників зас нований на залежності об’ємної витрати речовини від швид кості потоку.

У трубопровід поміщають перетворювач витрати, попереч ний перетин якого переміщається в ньому. Частіше усього зас тосовують перетворювачі у вигляді металевої або пластмасової вертушки з лопатями, що приводяться в обертання потоком рідини. Вісь вертушки за допомогою редуктора (передавально го механізму), що зменшує частоту обертання, зв’язана з рахун ковим пристроєм приладу. Сумарне число оборотів вертушки за відліковий проміжок часу буде пропорційно об’єму рідини, що протік по трубопроводу за той же час.

За формою вертушки швидкісні лічильники розділяють на крильчаті , що мають вісь, розташовану перпендикуляр но напрямку потоку, і плоскі лопаті, спрямовані радіально до осі, і турбінні – з віссю, паралельною потокові, і лопатя ми, вигнутими по гвинтовій лінії. Крильчаті лічильники встановлюють у горизонтальних трубопроводах і застосову ють для виміру малих витрат, турбінні – в горизонтальних і похилих трубопроводах і вимірюють великі витрати. Різні типи лічильників, що випускаються промисловістю, мають свої конструктивні особливості. Швидкісні лічильники за стосовують виключно для виміру кількості води. Таке об

276

Розділ 7. Засоби промислової автоматики

меження зв’язане з залежністю їх показань від в’язкості вимірюваного середовища.

Для вимірювання витрати рідин із різною в’язкістю, а також газів використовують об’ємні лічильники, принцип дії яких заснований на підсумовуванні об’ємів рідини і газу, витиснутих із вимірювальної камери приладу. Основні еле менти механізму таких лічильників – камера і робочий орган, що переміщається в ній, (поршень, диск, шестірні й ін.), що за кожний цикл свого переміщення витискає з ка мери визначений об’єм речовини. Сумарне число пере міщень фіксується рахунковим механізмом. Кількість ріди ни в широкому діапазоні в’язкості частіше усього вимірюється лічильниками з овальними шестірнями; кількість газу – лічильниками з лопатями у виді вісімки (ротаційними).

Лічильники рідини з овальними шестірнями мають ви мірювальну камеру і дві овальні шестірні, що знаходяться між собою в безперервному зачепленні. Для виміру швид козастигаючих рідин із великою в’язкістю використовують лічильники із паровою сорочкою. Лічильники з овальни ми шестірнями встановлюють зазвичай в горизонтальних трубопроводах для виміру кількості найрізноманітніших рідин, особливо малов’язких (бензину, спирту й ін.).

Для обліку кількості очищених пальних газів (природно го, доменного й ін.) використовують ротаційні лічильники табл. 7.2.). Такі лічильники установлюють на вертикальних ділянках трубопроводів із тиском газу не більш 1 кгс/см2 (0,1 МПа). Через низький робочий тиск їх застосовують в основному на газорегуляторних станціях міських газових господарств і невеликих котельних. Для визначення вели ких кількостей газу або конденсату при високих робочих тисках їх у трубопроводах використовують у більшості ви падків автоматичні інтегруюючі (підсумовуюючі) пристрої, що обробляють значення миттєвих витрат речовини.

277