8.17 Методи та прилади для вимірювання
ВИТРАТИ ТА КІЛЬКОСТІ РІДИНИ ТА ГАЗІВ
Розглянемо вихідні поняття: витрата речовини та кількість речовини. Зв'язок між ними такий:
Витрата речовини - це кількість речовини, яка протікає через певний перетин каналу в одиницю часу. Витрату можна вимірювати в одиницях маси, які поділені на одиницю часу – кг/с, кг/хв., кг/год, г/с або в одиницях об’єму, які також поділені на одиницю часу – м3/с, м3/хв., м3/год, см3/с.
Кількість речовини можна вимірювати в одиницях маси – кг, г, т або в одиницях об’єму – м3, см3, дм3.
Прилад, який призначений для вимірювання витрати речовини - це витратомір, а прилад, який призначений для вимірювання кількості речовини - це лічильник кількості або просто лічильник. Прилад, який вимірює одночасно витрату та кількість, має назву витратомір з лічильником. До цих трьох термінів слід в кожному конкретному випадку додавати найменування речовини, що вимірюється, наприклад витратомір води, лічильник газу, витратомір пару з лічильником.
Дуже важливим терміном є перетворювач витрати. Це пристрій, який безпосередньо сприймає витрату речовини, та перетворює його в величину, яка зручна для вимірювання.
Розглянемо класифікацію витратоміром та лічильників рідини, газу та пару:
витратомір змінного перепаду тиску;
витратомір постійного перепаду тиску;
витратомір обтікання;
тахометричний витратомір та лічильник кількості;
витратомір потужний;
витратомір тепловий;
витратомір вихровий;
витратомір електромагнітний;
ультразвуковий витратомір;
витратомір оптичний ;
ядерно – магнітний витратомір;
іонізаційний витратомір;
витратомір парціальний;
швидкісний лічильник;
об’ємний та масовий лічильник.
До характеристик лічильників речовини належить:
- нижня межа вимірювання – це найменша витрата речовини, при якій лічильник починає надавати показання з припустимою похибкою;
- верхня межа вимірювання – це найбільша витрата речовини, при якому забезпечується стабільна робота лічильника не більш 2 годин на добу;
- номінальна витрата – це витрата речовини, при якому похибка показань не виходить за межі встановлених норм.
У лічильниках кількості рідини або газу конструктивною особливістю є те, що перетворювач витрати зв’язаний через редуктор з механізмом обліку роликового типу. Чутливими елементами в лічильниках кількості є: турбінка, кулька, поршень, ротор, овальні колеса, лопати в камері.
Розглянемо фізичні процеси, які покладені в основу принципу дії витратомірів та лічильників речовини. (див. таблицю 1).
|
Найменування приладу |
Фізичні процеси |
|
Електромагнітний витратомір |
В
основу покладена взаємодія рідини,
що рухається, з магнітним полем. Ця
взаємодія підкоряється закону
електромагнітної індукції, відповідно
до якого в рідині, що перетинає магнітне
поле, виникає ЕРС, яка пропорційна
швидкості руху рідини, та як слідство,
її витраті. Характеристика градуювання
має вигляд:
Конструктивна схема витратоміра має вигляд:
1 – труба з ізоляційного матеріалу; 2 – полюси магнітної системи; 3 – обмотка електромагніту; 4 – два електроди; 5 – додаткова обмотка; R – змінний резистор. ЕРС підсилюється та передається на вимірювальний прилад. Для компенсації паразитних РЕС призначена додаткова обмотка та змінний резистор. |
,
та характеризує взаємодію вхідної
величини – витрати, від вихідної
величини – ЕРС.
|
Найменування приладу |
Фізичні процеси |
|
Ультразвуковий витратомір |
Принцип дії заснований на ефекті зносу високочастотних звукових коливань потоком середи, витрата якої вимірюється. Прилад складається з випромінювача уз – коливань та приймача. Чутливий елемент – п’єзоелемент – кварцова пластина. Витрата рідини пропорційна швидкості зносу УЗ коливань від випромінювача до приймача. |
|
Оптичний витратомір |
Ефект Фізо – Френзеля: швидкість світла в прозорому середовищі, що рухається, залежить від швидкості руху середовища, як наслідок, від його витрати. Ефект Доплера: в проміні, який відбитий від частки, що рухається, має місце зрушення частоти оптичних коливань, який залежить від швидкості руху частки. Витратомір, принцип дії якого заснований на контролі руху оптичної крапки в потоці рідини. |
|
Іонізаційний витратомір |
В основу покладена штучна іонізації потоку речовини, що рухається, та яка супроводжується виникненням іонізаційного струму мі електродами, величина струму залежить від витрати речовини. Іонізація потоку рідини або газу здійснюється реактивними ізотопами або електричним полем. |
|
Тахометричний витратомір з турбінкою та індукційною передачею |
Конструктивна схема має вигляд:
|
|
Найменування приладу |
Фізичні процеси |
|
|
Пристрій складається з турбінки 1, ось якої закріплена в підшипниках 2. На осі закріплений стальний стрижень 3. Турбінка встановлена в трубі 4,яка виготовлена з немагнітного матеріалу. Зовні туби змонтований імпульсний індукційний перетворювач 5. При русі рідини по трубі турбінка обертається. Частота обертання її пропорційна швидкості руху рідини. Обертання стального стрижня в полі постійного магніту індукційного перетворювача генерує в котушці імпульси напруги. Їх частота пропорційна частоті обертання турбінки, як наслідок, витраті рідини. Вторинним вимірювальним приладом є частотомір, шкала якого має одиниці вимірювання витрати. |
|
Тахометричний витратомір з турбінкою та індуктивною передачею |
К
1 – корпус; 2 – турбінка, що обертається; 3 – індуктивний перетворювач
|
|
Найменування приладу |
Фізичні процеси |
|
|
В корпусі витратомір 1 розташований феромагнітний ротор з лопатами 2, який може обертатися повздовж своєї осі. Ротор розташований в полі диференціального індуктивного перетворювача 3. Вторинна обмотка трансформатора та дві котушки перетворювача складають мостову вимірювальну схему. При нерухому роторі міст знаходиться в рівновазі та сигнал на виході приладу відсутній. При обертанні ротора під впливом рідини, що протікає, змінюється індуктивність індуктивного перетворювача. Це призводить до розбалансу моста та появі сигналу в його вимірювальній діагоналі. Після підсилення сигналу, він надходить до вимірювального приладу, шкала якого має одиниці вимірювання витрати. |
онструктивна
схема має вигляд: