Классификация расходомеров

Контактные расходомеры подразделяются на следующие группы:

1) расходомеры, основанные на измерении перепада давления в сужающем устройстве постоянного сечения;

2) расходомеры, основанные на поддержании постоянного перепада давления и измерении перемещения элемента, изменяющего проходное сечение;

3) вихревые расходомеры.

Расходомеры постоянного перепада давления.

Чувствительным элементом расходомеров постоянного перепада давления является помещенный в контролируемый поток измеряемой среды поплавок, который под действием динамического давления потока снизу вверх открывает проходное отверстие, пока усилие, создаваемое перепадом давления на поплавке не уравновесит его вес. При этом перепад давления остается постоянным при разных расходах и перемещение поплавка служит мерой расхода.

Расходомеры постоянного перепада давления разделяют на следующие группы: ротаметры; поплавковые расходомеры; поршневые расходомеры; расходомеры с поворотной заслонкой.

Вихревые расходомеры.

Вихревыми называются расходомеры, основанные на измерении частоты колебаний, возникающих в потоке в процессе вихреобразования.

Достоинством вихревых расходомеров является отсутствие каких-либо подвижных элементов внутри трубопровода. Для восприятия колебаний потока, возникающих в вихревом преобразователе, в трубопроводе размещают либо преобразователи давления (обычно пьезоэлектрического типа), либо термопреобразователи (обычно термоанемометрического типа).

К числу других достоинств вихревых расходомеров следует отнести достаточно хорошую точность, оцениваемую погрешностью в 0,52% от предела шкалы, и линейность последней в большом диапазоне измерения.

В зависимости от способа организации вихреобразования применяются два существенно отличных друг от друга типа преобразователей расхода. В первом из них вихри периодически возникают при обтекании потоком какого-либо тела и образуют при этом пульсации давления. Во втором типе преобразователей поток закручивается тем или иным способом, приобретает вращательно-поступательное движение, при котором при выходе потока из суженной части трубы в расширенную его ось начинает прецессировать и создает при этом пульсации давления.

Расходомеры переменного перепада давления.

Расходомерами переменного перепада давления называются расходомеры, основанные на зависимости от расхода перепада давления, создаваемого неподвижным устройством, устанавливаемым в трубопроводе, или самим элементом трубопровода.

Расходомеры включают в себя, три отдельные части:

1) преобразователь расхода, создающий перепад давления в зависимости от расхода;

2) соединительное устройство, передающее перепад давления от преобразователя к измерительному прибору;

3) дифференциальный манометр, измеряющий перепад давления, образованный преобразователем расхода, и градуированный обычно в единицах расхода.

В случае необходимости передать показания расходомера на значительное расстояние к этим частям добавляются еще три:

4) вторичный преобразователь, иногда именуемый датчиком, назначением которого является преобразование перемещения подвижного элемента первичного измерительного прибора - дифманометра в электрический или пневматический сигнал, удобный для передачи;

5) вторичная линия связи - электрические провода или трубки, по которым осуществляется передача сигнала от вторичного преобразователя;

6) вторичный измерительный прибор, измеряющий сигнал, созданный вторичным преобразователем, и градуированный в единицах расхода.

Как первичный (дифманометр), так и вторичный измерительные приборы могут быть показывающими, самопищущими, интегрирующими и, кроме того, оборудованными сигнальными и регулирующими устройствами.

Расходомеры переменного перепада давления подразделяются на шесть самостоятельных групп в зависимости от устройства и принципа действия их преобразователей расхода.

1. Расходомеры с сужающим устройством, основанные на зависимости от расхода перепада давления, образующегося в сужающем устройстве, в результате преобразования части потенциальной энергии в кинетическую.

2. Расходомеры с гидравлическим сопротивлением, основанные на зависимости от расхода перепада давления, образующегося на гидравлическом сопротивлении.

3. Центробежные расходомеры, основанные на зависимости от расхода перепада давления, образующегося на закруглении трубопровода в результате действия центробежной силы в потоке.

4. Расходомеры с напорным устройством, основанные на зависимости от расхода перепада давления, создаваемого напорным устройством в результате местного перехода кинетической энергии струи в потенциальную.

5. Струйные расходомеры, основанные на зависимости от расхода перепада давления, образующегося при ударе струи.

6. Магнитожидкостные расходомеры являются результатом новых разработок по усовершенствованию имеющихся приборов. Их особенностью является применение магнитной жидкости в качестве одного из элементов конструкции.

Расходомеры переменного перепада давления с сужающими устройствами представляют собой систему, состоящую из сужающего устройства, дифференциального манометра-расходомера (дифманометра) и соединительных линий.

В трубопроводе, по которому протекает жидкость, расположено специальное устройство, которое создает местное сужение потока. Вследствие перехода части потенциальной энергии потока в кинетическую средняя скорость потока в суженном сечении повышается, в результате чего статическое давление за сужающим устройством становится меньше статического давления перед ним. Разность (перепад) этих давлений пропорциональна расходу протекающего вещества и поэтому может служить мерой расхода.

Основной задачей при измерении расхода вязких жидкостей является предотвращение проникновения их в соединительные трубки и в дифманометр во избежание коррозии, закупорки и засорения последних. Побочная задача - препятствовать попаданию газа в соединительные трубки и обеспечить возможность ухода его из трубок, если он там окажется. Эта задача решается расположением точек отбора давлений в пределах 45 книзу от горизонтального диаметра, преимущественным расположением дифманометра ниже сужающего устройства и установкой газосборников в верхних точках системы в необходимых случаях, например, когда дифманометр должен быть расположен выше сужающего устройства. Основная задача может быть решена различными способами, например применением сосудов с разделительными жидкостями. Разделительная жидкость заливается в дифманометр и в участки соединительных линий между разделительными сосудами. Разделительная жидкость не должна ни смешиваться, ни химически взаимодействовать с измеряемой средой и уравновешивающей жидкостью в дифманометре. Она не должна давать отложения и воздействовать на соединительные линии, разделительные сосуды и внутренние полости дифманометра.

Расходомеры переменного перепада давления с сужающими устройствами получили широкое распространение и составляют не менее 7080% всех расходомеров, установленных не только у нас, но и за рубежом.

Причиной этого являются следующие три очень важные их достоинства.

1) Универсальность применения. Они пригодны для измерения расхода любых однофазных сред. Кроме того, они пригодны для измерения расходов самой различной величины в трубах, практически, любого диаметра и, практически, при любом давлении и температуре.

2) Устройства массового производства. Индивидуально изготовляется только преобразователь расхода  сужающее устройство. Все же остальные части, и в том числе наиболее сложные, дифманометр и вторичный прибор, могут изготавляться крупносерийно. Их устройство не зависит ни от рода измеряемой среды, ни от величины расхода.

3) Отсутствие необходимости в образцовых расходомерных установках в случае применения в качестве преобразователей расхода стандартных сужающих устройств, установленных в трубах, имеющих диаметр не менее 50 мм.

Наряду с этим расходомеры с сужающим устройством имеют и недостатки, из которых наиболее важным является квадратичная зависимость между расходом и перепадом, следствием чего является неравномерность шкалы, весьма малый диапазон измерения и затруднения, возникающие при применении их для измерения переменных расходов. К числу других их недостатков можно отнести ограниченные точность и быстродействие и наличие ртути в некоторых типах дифманометров. Инерционность расходомеров возрастает с увеличением длины трубок, соединяющих сужающее устройство с дифманометром, а в случае пневматического вторичного преобразователя также и трубок, соединяющих дифманометр с вторичным прибором. Погрешность измерения у расходомеров с сужающими устройствами может лежать в довольно широких пределах, в зависимости от состояния сужающего устройства, диаметра трубопровода, постоянства давления и температуры измеряемой среды. В среднем предельную приведенную погрешность у них можно оценить цифрами 13%. К недостаткам также относится невозможность измерения в трубопроводах в трубопроводах диаметром менее 50 мм, сравнительно большая потеря давления, невозможность измерения малых и пульсирующих расходов, а также расхода двухфазных сред.