Для измерения расходов и количества газов и жидкостей используются расходомеры. Они имеют большое значение в самых различных областях науки и техники. Расходомеры необходимы для проведения научных исследований, для управления технологическими процессами почти во всех отраслях промышленности, для контроля работы стационарных и транспортных энергетических установок, для управления самолетами и космическими кораблями. Помимо этого расходомеры необходимы для коммунального и сельского хозяйства.

Без расходомеров невозможно обеспечить оптимальный технологический режим важнейших технологических процессов в таких отраслях промышленности, как энергетическая, металлургическая, нефтяная, химическая, целлюлозно-бумажная, пищевая и мн. др. Без этих приборов нельзя также и автоматизировать соответствующие процессы, и получить у них максимальный КПД.

Таким образом, расходомеры способствуют повышению качества изготовляемой продукции, устранению брака, экономии исходных материалов и автоматизации производства.

Расходомеры, применяемые для измерения расхода жидкостей и газов, подразделяются на следующие типы:

расходомеры переменного перепада давления;

расходомеры переменного уровня;

расходомеры обтекания;

тахометрические расходомеры;

силовые расходомеры;

вихревые расходомеры.

Расходомеры переменного перепада давления

Для автоматического измерения расходов пара, газов и жидкостей используют различные типы расходомеров переменного перепада давления. Принцип действия таких приборов основан на измерении перепада давления, образующегося в результате изменения скорости измеряемого потока на специальном сужающем устройстве, называемом диафрагмой.

Рассматриваемые расходомеры включают в себя, по крайней мере, 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, сокращенно дифманометр, 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, самопишущими, 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 потока 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. Расходомеры с напорным усилителем, основанные на зависимости от расхода перепада давления, создаваемого напорным усилителем как в результате перехода кинетической энергии струи в потенциальную, так и в результате частичного перехода потенциальной энергии в кинетическую.

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

1.Расходомеры с сужающими устройствами

Принцип действия таких приборов, основан на измерении перепада давления, образующегося в результате изменения скорости измеряемого потока на специальном сужающем устройстве, называемом диафрагмой.

Они получили исключительно широкое распространение и составляют не менее 70-80% всех расходомеров, установленных не только у нас, но и за рубежом.

Достоинства расходомеров с сужающими устройствами:

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

2. Удобство массового производства. Индивидуально изготовляется только преобразователь расхода - сужающее устройство. Все же остальные части, и в том числе наиболее сложные, дифманометр и вторичный прибор, могут изготовляться 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, Q_max/Q_min = 3/1 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%.

При протекании газа или жидкости через сужающее устройство образуется разность давлений до и после сужающего устройства (рис.102). Разность этих давлений (перепад давлений) зависит от скорости (расхода) протекающего вещества. Величина перепада давлений измеряется специальными устройствами, называемыми дифференциальными манометрами. При прохождении реальных измеряемых сред через сужающее устройство возникают дополнительно такие физические явления, как потери давления на вязкое трение, изменение плотности и др., которые соответствующим образом учитывают при расчетах сужающих устройств.

К стандартным сужающим устройствам относятся диафрагмы, сопла и трубки Вентури. Диафрагма должна иметь острую прямоугольную кромку со стороны входа измеряемого потока жидкости или газа. К установке диафрагмы относительно оси трубопровода, остроте прямоугольной входной кромки и допуску диаметра диафрагмы предъявляются определенные требования: входная кромка диафрагмы не должна иметь следов затуплений, задиров и закруглений. Допустимое отклонение от оси отверстия диафрагмы до оси трубы должно составлять не более 0,015 D (D/d-1), где D- внутренний диаметр трубы, d – внутренний диаметр диафрагмы, мм. Диафрагмы устанавливают на прямолинейном горизонтальном участке трубопровода для создания ламинарного потока в измеряемой среде. Ориентировочно длина прямого участка должна составлять: до диафрагмы – не менее 10D, после диафрагмы – не менее 5D. Во избежание дополнительной погрешности измерения перепада давлений центр отверстия диафрагмы должен строго лежать на оси трубопровода. Отборы «+» и «-» от камеры при измерении расходов паров и газов устанавливают вверх перпендикулярно оси трубопровода, с тем чтобы исключить попадание конденсата (влаги) от паров (или газов), влияющего на точность измерений.