1.1.4 Ротационные измерительные устройства

Принцип действия ротационных измерительных устройств основан на отсчете количества определенных объемов, вытесняемых из измерительной камеры прибора под действием разности давлений на счетчике. Ротационные измерительные устройства предназначены для измерения количества газов. Основное их достоинство - малая погрешность и сравнительно широкий диапазон измерений. В качестве исполнительного механизма этих измерительных устройств используют поворотные дроссельные заслонки.

Поворотные дроссельные заслонки ПРЗ и ЗМС предназначены для регу­лирования количества газа или пара, протекающего по трубопроводу. Устройство дроссельной заслонки ПРЗ показано на рисунке 1.6.

Рисунок 1.6 Регулирующие заслонки ПРЗ.

Чугунный корпус 1 заслонки имеет прилив для крепления исполнитель­ного механизма.

В корпусе на двух полуосях 3 и 4 вращается заслонка 2.

Полуось 4 выведена из корпуса через сальниковое уплотнение. На наруж­ном конце этой полуоси укреплены стрелка 5 для указания степени открытия заслонки и кривошип 6 с передвижной головкой 7, служащий для соедине­ния заслонки с исполнительным механизмом.

В передвижной головке имеется отверстие диаметром 10 мм для присое­динения тяги от исполнительного механизма.

Кривошип 6 может быть установлен на полуоси 4 под любым углом относительно заслонки.

Заслонки рассчитаны на условное давление 2,5 кГ/см² и температуру

не выше 300° С.

Максимальный угол поворота заслонки 360°. Максимальный момент, необходимый для поворота заслонки при нормально затянутом сальнике, составляет 1 кГм.

В отличие от заслонок ПРЗ, заслонки ЗМС имеют обтекаемую форму и характеризуются малой величиной сопротивления при полном открытии.

Устройство дроссельной заслонки малого сопротивления ЗМС пока­зано на рисунок 1.7.

Основными частями заслонки являются чугунный корпус 1, в котором на двух полуосях 2 и 3 свободно вращается заслонка 4.

Рисунок 1.7 Регулирующие заслонки ЗМС.

На полуоси 3, выведенной из корпуса через сальниковое уплотнение, укреплен рычаг ручного управления 5.

При ручном управлении заслонка может устанавливаться в любом положении в пределах угла от 0 до 90° через каждые 9° по сектору 6 со шка­лой, градуированной в процентах угла поворота заслонки. Сектор имеет десять отверстий, расположенных по дуге, в которые может входить ось рукоятки рычага 5.

При автоматическом управлении ось рычага ручного управления выво­дится из соединения с сектором 6; заслонка поворачивается кривошипом 7, который служит для соединения заслонки с исполнительным механизмом.

На стержне кривошипа имеется передвижная головка 8 для присоеди­нения тяги от исполнительного механизма.

Диаметр отверстия в передвижной головке для присоединения тяги равен 10 мм.

Кривошип может быть установлен на полуоси 3 под любым углом относительно плоскости заслонки.

К корпусу заслонки шпильками и гайками прикреплены фланцы 9 и 10. Фланец 9 установлен со стороны входа потока.

В заслонках диаметром 30—100 мм для правильной установки корпуса заслонки относительно фланцев на последних имеются штифты 11.

Заслонки рассчитаны на условное давление 1 кГ/см² и максимальную температуру протекающей среды 300° С.

Максимально возможный угол поворота заслонок всех модификаций 120⁰.

Наибольший момент, необходимый для поворота заслонки при нормально затянутом сальнике, составляет 0,3 кГм для заслонок диаметром 30-90 мм и 0,5 кГм для заслонок диаметром 100 – 250 мм.

2. Электрические расходомеры

Электрические расходомеры выпускаются для выполнения только функции автоматического регулирования и сигнализации или с обычными для измерительных приборов устройствами, показывающими и записывающими измеряемые величины.

Наряду с электрическими расходомерами, предназначенными для несвязанного регулирования различных величин, приборостроительной промышленностью выпускаются электрические расходомеры, осуществляющие связанное регулирование нескольких величин. Эти расходомеры состоят из взаимодействующих устройств, специально приспособленных для их совместной работы.

1.2.1 Электронные расходомеры

Электронные расходомеры широко применяют при автоматиза­ции различных технологических процессов. Они позволяют под­держивать требуемые параметры — рас­ход, уровень, скорость.

Разработана целая серия расходомеров, среди которых нужно выделить: электронные расходомеры системы МЗТА, электронно-агрегатную ­

1— электронный расходомер, 2 — датчики, в — переключатель, 4 — ключ управления, 5 — пусковое устройство, 6 — указатель положения

исполнительного механизма, 7 — исполнительный механизм, 8 — задатчик

Рисунок 1.8 Структурная схема элект­ронного расходомера РПИБ

унифицированную систему регулирования и контроля электро автоматических устройств системы. Расходомеры МЗТА типов РПИК и РПИБ состоят из унифицированных узлов .и применяются для регулирования отдельных параметров и соот­ношения нескольких параметров.

Расходомеры работают с электрическими и электрогидравлическими исполнительными механизмами. На рисунке 1.8 приведена структурная схема пропорционально-интегрального расходомера типа РПИБ. Сигналы от датчиков 2, контролирующих заданные параметры, поступают на вход электронного расходомера 1 в из­мерительный блок ИБ. В измерительном блоке поступающие сиг­налы датчиков сравниваются с заданным значением величины, установленной с помощью задатчика 8. При отклонении парамет­ра от заданной величины, измерительный блок выдает сигнал на электронный блок ЭБ, выходной элемент которого управляет пу­сковым устройством 5 исполнительного механизма 7.

2. Ультразвуковые приборы

Принцип действия ультразвуковых расходомеров основан на том, что фактическая скорость распространения ультразвука в движущейся среде газа или жидкости равна геометрической сум­ме средней скорости движения среды и собственной скорости зву­ка в этой среде.

Чувствительным элементом датчика (излучателя и приемника) является пьезоэлемент—прямоугольная кварцевая пластинка с плоско-парательными

Рисунок 1.9 Принципиальная схема ультразвукового расходомера

гранями, которая обладает свойствами прямого и обратного пьезоэлектрического эффекта Если к одним противоположным граням пьезоэлемента подключить напряжение то под действием электрического поля на двух других противоположных гранях возникают механические колебания И наоборот, если на одних гранях возбуждать механические колебания то на противоположных гранях возникает пьезоэдс. Ультразвуковой расходомер ИРУ 63 имеет датчик, электронный блок и регистрирующий прибор.

2. Гидравлические расходомеры

Гидравлические расходомеры предназначены для регулирования расхода, уровня.

Управляющим устройством гидравлических расходомеров служит струйная трубка, предназначенная для преобразования измеряемой величины в давление

масла, поступающего к исполнительному механизму и вспомогательным устройствам системы регулирования.

Гидравлические струйные расходомеры могут быть применены для регулирования различных технологических процессов в металлургической, энергетической, машиностроительной, химической и других отраслях промышленности. Расходомеры могут быть использованы для установки в помещениях с взрывоопасной средой; при этом маснонапроные установки, имеющие электропривод, должны быть вынесены в отдельные помещения.

Основными элементами гидравлических расходомеров являются задатчики и лекала, управляющие устройства, исполнительные механизмы, стабилизирующие устройства, синхронизаторы, маслонапроные установки, электроаппаратура и вспомогательные устройства.

1. Скоростные расходомеры.

Скоростные расходомеры, измеряющие прошедшее через них количество жидкости, называют жидкостемерами, обычно име­нуемыми по роду контролируемой жидкости (например, водомерами, масломерами). Принцип действия этих счет­чиков основан на суммировании числа оборотов помещен­ного в поток вращающегося устройства за какой-либо отре­зок времени, причем скорость вращения этого устройства пропорциональна средней скорости протекающей жид­кости, а следовательно, и расходу. Значение суммарного расхода получают, связывая подвижную часть прибора через редуктор или муфту со счетным механизмом.

Рисунок 8 – Скоростной расходомер

Динамический напор, а следо­вательно, и скорость измеряют скоростными трубками в комплекте с дифференциальным манометром (рисунок 8).

Поток вещества проходит через дифференциальный манометр, соединяющий две трубки одна из которых измеряет статическое давление, а другое – полное давление. Применяется ряд конструкций двойных напорных трубок, приспособленных как для лабораторных, так и для промышленных измерений расхода жидкостей и газов. Наружный диаметр напор­ной трубки должен быть небольшим, чтобы не вызывать замет­ного сужения потока в месте установки трубки. Обычно наружный диаметр напорной трубки составляет не более 1/10 внутреннего диаметра трубопровода. Измеряемое динамическое давление обычно небольшое, поэтому при малых скоростях потоков приме­няются микроманометры с наклонной трубкой или чашечные микроманометры.

Расходомеры скоростного напора применяются преимущественно в лабораторных условиях и при экспериментальных работах для измерения расхода жидкостей и газов в трубопроводах больших диаметров и при больших скоростях потока, а также в трубопроводах некруглого сечения.

Измеряемая среда должна быть чистой и не должна содержать твердых взвешенных частиц. При использовании скоростных трубок заметных потерь потока не наблюдается, что является преимуществом данного метода.

В системе используется поток воздуха небольшой скорости и трубопровод не имеет больших размеров (диаметр), поэтому расходомеры и счетчики жидкости скоростные будут употреблять значительное количество энергии, что недопустимо в целях облегченной конструкции.

2. Приборы переменного перепада давления

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

Рассмотрим явления, возникающие при прохождении жидкости или газа через сужающее устройство, установленное в трубопро­воде приведенной на рисунке 1.12. При протекании жидкости или газа через сужаю­щее устройство часть потенциальной энергии давления переходит в кинетическую энергию, при этом средняя скорость потока в су­женном сечении повышается, а давление уменьшается. Таким об­разом при протекании газа или жидкости образуется разность давлении до и после сужающего устройства. Разность этих давле­ний (перепад давлений) зависит от скорости (расхода) протекаю­щего вещества Величина перепада давлений измеряется специ­альными устройствами, называемыми дифференциальными мано­метрами

а — диафрагма, 1 — трубопровод, 2 — сужающее устройство (диа­фрагма); б—распределение давления у сужающего устройства P₂'— давление в сечении S₁, P₁—давление перед диафрагмой Р₂—давление в сечении S₂. P₁’ — давление после диафрагмы, ΔР — перепад давления на диафрагме

Рисунок 1.12 Измерение расхода газов и жидкости с помощью сужающего

устройства

При прохождении реальных измеряемых сред через сужаю­щее устройство возникают дополнительно такие физические яв­ления, как потери давления на вязкое трение, изменение плот­ности и другие, которые соответствующим образом учитывают при расчетах сужающих устройств.