1. Расходомеры переменного перепада давлений

Принцип действия основан на возникновении перепада давлений на сужающем устройстве в трубопроводе при движении через него потока жидкости или газа. Является самым распространенным и изученным методом измерения расхода жидкости, пара и газа.

Применяют следующие сужающие устройства.

Диафрагма – диск с круглым отверстием в центре, установленный в трубопроводе так, чтобы его отверстие было концентрично внутреннему контуру сечения трубопровода. Сужение потока начинается до диафрагмы. Затем на некотором расстоянии за ней благодаря действию сил инерции поток сужается до минимального значения, а далее постепенно расширяется до полного сечения трубопровода. Перед диафрагмой и за ней образуются зоны с вихревым движением. Материал диафрагмы должен быть химически стойким по отношению к измеряемой среде и устойчивым к механическому износу.

В ыбор диафрагмы осуществляется по модулю: .

Ф ормирование типа выбранной диафрагмы:

ДК 10 – 100,

где 100 – диаметр условного прохода Dу мм;

10 – рабочее давление в трубопроводе Р МПа

ДК или ДБ – диафрагма камерная или бескамерная, что определяется из следующих соображений:

• если Dy > 400 мм, то рекомендуется бескамерная диафрагма

• если Dy < 400 мм, то рекомендуется камерная диафрагма.

• Сопло Вентури и Труба Вентури

Выбор сопла осуществляется через подбор соответствующих радиусов кривизны.

Такое сопротивление создает меньшее, нежели диафрагма, сопротивление в трубопроводе т.к. в случае использования сопла струя, протекающая через него, не отрывается от его профилированной части.

Статическая характеристика таких расходомеров нелинейная (квадратичная):

,

где S – площадь проходного сечения сужающего устройства, м²;

Р = Р₁ – Р₂ – перепад давлений на сужающем устройстве, МПа;

 - плотность среды, расход которой измеряется, кг/м³;

 - коэффициент расхода, зависящий от многих факторов, определяющийся экспериментально (существуют специальные таблицы значений коэффициентов).

В измерительной цепи этих преобразователей последователь соединяются три устройства. Промежуточный преобразователь – дифманометр, который связывается с трубопроводом импульсными трубками и устанавливается в непосредственной близости от него и должен иметь встроенный нормирующий преобразователь. Для защиты от действия агрессивных сред дифманометр снабжается разделительными сосудами или мембранными разделителями.

Т.к. статическая характеристика первичного преобразователя расхода квадратичная, то чтобы показания измерительного прибора линейно зависели от расхода, в измерительную цепь вводят линеаризующий преобразователь или линеаризация может производиться в самом измерительном приборе с помощью лекала квадратичной характеристики.

Достоинства:

- малые перепады давлений;

- стабильность показаний;

- стойкость к агрессивным средам и загрязнеям.

2. Расходомеры постоянного перепада давлений

Принцип действия основан на зависимости от расхода вещества вертикального перемещения тела, изменяющего площадь проходного сечения преобразователя. К ним относятся гидродинамические, поршневые, поплавковые, ротаметрические расходомеры.

Для сохранения постоянства перепада давления при изменении расхода через сужающее устройство необходимо автоматически изменять площадь его проходного сечения. Такой преобразователь называется ротаметром. Конструктивно ротаметр представляет собой вертикальную конусную трубку с поплавком внутри. Измеряемый поток, проходя через ротаметр снизу вверх, создает перепад давлений до и после поплавка.

На поплавок непрерывно действуют следующие силы:

• сверху вниз:

- статическое давление за поплавком: F_C = P₂S_ПЛ;

- вес поплавка: F_В = V_ПЛg;

• снизу вверх:

- сила потока: F_П = P₁S_ПЛ;

- сила трения потока о боковую поверхность

поплавка: F_ТР = КW_Kⁿ S_Б.

S_ПЛ – площадь наибольшего поперечного сечения поплавка;

Р₁ – полное давление потока;

S_Б – площадь боковой поверхности поплавка;

_ПЛ – плотность материала поплавка;

К – коэффициент сопротивления, зависящий от шероховатости поплавка;

W_K – средняя скорость потока в кольцевом пространстве;

n – показатель степени, зависящий от W_K.

F_П + F_ТР = F_C + F_B;

F_П – F_C = F_В – F_ТР;

W_K практически не меняется при Р = const. Поэтому этот расходомер обтекания называется расходомером постоянного перепада давлений.

При изменении расхода на входе в расходомер равновесие нарушается и при перемещении поплавка определяется следующее состояние равновесия:

F  Pl_{(перемещение)}S_{ПРС (площадь проходного сечения)}новое состояние равновесия.

Зависимость l от F нелинейна, но в начальном и среднем участках равномерность делений шкалы искажается в незначительной степени. Отсутствие прямой зависимости между F и Н требует индивидуальной градуировки каждого прибора.

Достоинства:

- линейность шкалы { S_ПРС  l};

- нельзя измерить большие расходы;

- измерение агрессивных сред.

Недостатки:

- невозможность использования в загрязненных средах;

- измерение только малых расходов.

Для дистанционной передачи сигнала используются промежуточные преобразователи линейного перемещения в унифицированный электрический или пневматический сигнал.

1. Ротаметр с электрическим выходом включает дифференциально-трансформаторный преобразователь, связанный через плунжер с поплавком.

2. Ротаметр с пневматическим выходом. Для передачи положения поплавка используется магнитная муфта, которая состоит из двух магнитов. Один сдвоенный, который перемещается вместе с поплавком, а другой укреплен на рычаге преобразователя перемещения в давление и двигается вместе с рычагом за первым магнитом.