Витратоміри з поворотною лопаттю

Така конструкція реалізується шляхом підвішування у трубопроводі лопаті, що сприймає гідродинамічний тиск рідини чи газу. Витрата визначається за кутом повороту лопаті або за величиною сили протидії, що зрівноважує тиск потоку.

За видом сили протидії дані витратоміри поділяються на витратоміри з вантажним і з пружинним зрівноваженням, а також на компенсаційні: з пневматичним чи електромагнітним зрівноваженням.

Переваги:

великий діапазон виміру (1:20);

можливість використання при обох напрямах потоку;

можливість використання для виміру великих витрат в умовах високих температур та в агресивних середовищах;

мають хороші динамічні характеристики.

Недоліки:

можливість появи вібрацій внаслідок утворення вихорів, боротьба з якими ускладнює конструкцію.

Поворотна лопать витратоміра з вторинним вимірювальним перетворювачем

. Витратомірів змінного перепаду тиску

Одним з найбільш поширених засобів вимірювання витрати рідиниі газів (пари), що протікають по трубопроводах, є витратоміризмінного перепаду тиску, що складаються зі стандартного звужуючогопристрої, дифманометра, приладів для вимірювання параметрів середовища із'єднувальних ліній. У комплект витратомірного пристрою також входятьпрямі ділянки трубопроводів до і після звужуючого пристрої з місцевимиопорами.

звужуючий пристрій витратоміра є первинним вимірювальнимперетворювачем витрати, в якому в результаті звуження перерізу потокувимірюваної середовища (рідини, газу, пари) утворюється перепад (різниця)тиску, що залежить від витрати. В якості стандартних (нормалізованих)звужують пристроїв застосовуються вимірювальні діафрагми, сопла, сопла

Вентурі і труби-Вентурі. В якості вимірювальних приладів застосовуютьсярізні диференційні манометри, розглянуті в главі VII,забезпечені показують, записуючими, інтегруючими, що сигналізують ііншими пристроями, що забезпечують видачу вимірювальної інформації провитраті у відповідній формі й вигляді.

Вимірювальна діафрагма представляє собою диск, встановлений так,що центр його лежить на осі трубопроводу (мал. VIII.1). При протіканніпотоку рідини чи газу (пари) в трубопроводі з діафрагмою звуження йогопочинається до діафрагми. На деякій відстані за нею під дією силінерції потік звужується до мінімального перетину, а далі поступоворозширюється до повного перерізу трубопроводу. Перед діафрагмою і після неїутворюються

зони завихрення. Тиск струменя біля стінки спочатку зростає черезпідпору перед діафрагмою. За діафрагмою воно знижується до мінімуму, потімзнову підвищується, але не досягає колишнього значення, тому що внаслідоктертя і завихрень відбувається втрата тиску рпот.

Таким чином, частина потенційної енергії тиску потоку переходить вкінетичну. У результаті середня швидкість потоку в звуженому перетиніпідвищується, а статичний тиск в цьому перерізі стає меншестатичного тиску перед звужують пристроєм. Різниця цих тисків

(перепад тиску) служить мірою витрати протікає через звужуючийпристрій рідини, газу або пари.

З рис. VIII.1 видно, що тиск по осі трубопроводу, показанештріхпунктірной лінією, дещо відрізняється від тиску вздовж стінкитрубопроводу тільки в середній частині графіка. Через отвори 1 і 2виконується вимірювання статичних тисків до і після звужуючогопристрою.

Датчики тиску, датчики складу газу, датчики швидкості потоку й витрати газу

Прилади для вимірювання тиску застосовують майже у всіх галузях промисловості, особливо в машинобудуванні, хімічній, харчовій промисловості й енергетиці. Датчики тиску можна розділити на наступні кілька груп за типом вимірюваного тиску.

Датчики абсолютного тиску. Точкою відліку для них слугує нульовий тиск, тобто вакуум. Такі датчики застосовують переважно у хімічній, харчовій промисловості, у фармацевтиці – там, де параметри технологічного процесу залежать від абсолютного значення тиску. Вимірюваний абсолютний тиск звичайно не перевищує значення 50–60 бар.

Датчики відносного тиску. Покази цих датчиків відлічуються від значення зовнішнього атмосферного тиску. Це найпоширеніший тип датчиків тиску. Датчики відносного тиску вимірюють тиск у системах водопостачання, різних трубопроводах і ємностях.

Датчики диференціального тиску. Датчики мають два входи, і результатом вимірів є різниця тисків між цими входами. Ця різниця може бути як позитивною, так і негативною, однак деякі моделі датчиків диференціального тиску вимірюють тільки однобічні зміни диференціального тиску. Датчики диференціального тиску застосовуються для контролю забруднення фільтрів при фільтрації газів або рідин. Їх використовують як датчики рівня рідини при вимірюванні рівня гідростатичним методом. За допомогою датчиків диференціального тиску вимірюють витрати рідини.

Датчики тиску поділяють за типом використовуваного чутливого елемента. Цей поділ ставить істотні вимоги до галузей застосування датчиків тиску.

Одним з перших типів датчика тиску був датчик із чутливим елементом ємнісного типу. Такі датчики застосовують, наприклад, у приладах для вимірювання кров'яного тиску. Датчики тиску з ємнісним чутливим елементом мають високу точність вимірів, широкий діапазон і довготермінову стабільність. Наприклад, датчики тиску серії 3015 виробництва компанії Rosemount мають точність виміру 0,15%, довготермінову стабільність 0,125% протягом п'яти років експлуатації й діапазон 100:1.

Іншим типом датчиків є датчик тиску із чутливим елементом у вигляді мембрани із закріпленими на ній тензодатчиками. Як правило, мембрана виготовляється з нержавіючої сталі або іншого стійкого металу. Тензодатчики звичайно роблять металевими – з манганіну, константану або кремнію.

Недавно стали використовувати датчики тиску з мембраною з кераміки, з п'єзорезистивними датчиками. Датчики з такою мембраною мають більшу довготермінову стабільність показів і високу стійкість до перевантажень за тиском. Розвиток електроніки дає змогу в більшій мірі застосовувати мікропроцесорні технології в системах обробки сигналів датчиків тиску, реалізуючи цифрові інтерфейси виводу інформації з датчиків або їхнє переналаштування за діапазоном. Датчики тиску PF2057 виробництва IFM Electronic мають керамічну фронтальну мембрану, що дає змогу використовувати їх для вимірювання тиску в'язких середовищ і суспензій, а також у харчовій промисловості. Крім струмового виходу 4–20 мА датчик має граничний транзисторний вихід, світлодіодний дисплей і має змогу переналаштовуватися за діапазоном в 4 рази.

Датчики складу газів застосовують у хімічному виробництві для контролю за ходом технологічного процесу, а також для моніторингу стану атмосфери й забезпечення безпеки у виробничих цехах і житлових приміщеннях.

Датчики, що визначають наявність і концентрацію вибухонебезпечних газів, таких як метан, пропан, водень, ацетилен, зазвичай, використовують каталітичний принцип. У таких пристроях поверхня чутливого елемента покрита тонким шаром каталізатора, роль якого може виконувати, наприклад, платина, палладій або діоксид олова. Газ, що потрапляє на шар каталізатора, окисляється киснем повітря й викликає додаткове нагрівання цього шару. Зміна температури призводить до появи електричного сигналу, що підсилюється електронною схемою.

Датчики для визначення концентрацій токсичних газів, таких, наприклад, як аміак або сірководень, використовують електрохімічний принцип вимірювання. Газ надходить у ємність, де під дією електричного струму відбувається хімічна реакція. Вибираючи матеріал електродів і розділової мембрани у вимірювальній ємності, а також силу струму, можна домогтися того, що в реакцію буде вступати тільки певний газ, концентрацію якого необхідно виміряти.

Третім типом датчиків газу можна назвати ІЧ-датчики газу. Принцип вимірювання ґрунтується на поглинанні газами певних довжин хвиль ІЧ-діапазону. Той або інший газ поглинає лише певні довжини хвиль і коефіцієнт поглинання пропорційний концентрації газу. ІЧ-датчики газу мають низку переваг: довготермінова стабільність, відсутність чутливості до інших газів, висока точність. Незважаючи на те, що цей тип датчиків був розроблений давно, його широке застосування стримувалося високою вартістю устаткування. З появою нових приймачів і випромінювачів ІЧ-діапазону вартість таких приладів наближається до вартості звичайних датчиків газу.

Методи вимірювання витрати газу і рідини

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.

Перейти до: навігація, пошук

Методи вимірювання витрати газу і рідини (рос. методы измерения расхода газа и жидкости; англ. measurement methods of fluid and gas flow rate, нім. Messmethoden f pl des Gas- und Flüssigkeitsverbrauches) – методи, які основані на використанні гідрогазодинамічних, електромагнітних, теплових, ультразвукових і оптичних явищ. Ці методи розділяються:

1) за принципом дії на

а) гідрогазодинамічні, в основу яких покладено гідродинамічні явища, які спостерігаються при протіканні потоку через різні пристрої чи обтіканні потоком різних тіл;

б) електромагнітні, теплові, ультразвукові та оптичні, в основі яких лежать відповідні фізичні явища;

2) за принципом реєстрації на

динамічні (вимірювання швидкості),

об’ємні (вимірювання об’єму) і

масові (вимірювання маси).

Основу вимірювальних комплексів складають вимірювальні пристрої (давачі витрати), перетворювачі та прилади, що реєструють витрату і кількість газів та рідин. У залежності від умов експлуатації застосовують прилади як для госпрозрахункових стаціонарних, так і для оперативних та тимчасових вимірювань. Особливу групу приладів і витратовимірювальних комплексів складають зразкові вимірювальні пристрої.

Метод вимірювання витрати газів і рідин за змінним перепадом тиску, який використовується в газовій і нафтовій промисловості, простий в реалізації, добре вивчений і, по суті, є єдиним стандартизованим методом для госпрозрахункових вимірювань. Основні положення методу викладені в “Правилах для вимірювання витрати газів і рідин звужувальними пристроями: РД 50-213-80” (введені в дію з 01.07.1982 р.) і в Міжнародному стандарті ІСО 5167.

У більшості витратовимірювальних комплексів знаходять застосування діафрагмові звужувальні пристрої. З метою зниження безповоротних втрат тиску замість діафрагм можуть бути використані труби Вентурі чи витратовимірні сопла.

Стандартні сопла і труби Вентурі можуть бути використані замість діафрагм для вимірювання витрати газу чи рідини. Стандартні сопла мають поздовжну частину з боку входу потоку і циліндричну частину, яка закінчується на виході гострою кромкою. Труби Вентурі складаються з трьох частин і відрізняються від стандартних сопел наявністю конічної частини, що розширюється, на боці виходу потоку. Профільні частини сопел і труб Вентурі з боку входу потоку повинні бути гладко відшліфовані. Кут φ конусності дифузора на виході потоку з труб Вентурі звичайно складає 5°≤φ≤30°.

Звужувальні пристрої встановлюють у прямолінійній ділянці трубопроводу. Напрям прохідного потоку повинен відповідати напрямку, вказаному на кільцевій камері чи маркувальній пластині. Довжина патрубка перед звужувальним пристроєм повинна забезпечувати нормальний розподіл профілю швидкостей по перерізу потоку. Це можливо, якщо довжина патрубка перед звужувальним пристроєм не менше 20D. Застосування пластинкових чи трубчастих струменевипрямлячів зменшує довжину ділянки трубопроводів перед звужувальним пристроєм. Довжина прямої ділянки трубопроводу за звужувальним пристроєм повинна бути не менше 5D. Відбір тиску для вимірювання перепаду тиску здійснюється з плюсового і мінусового штуцерів камер, в яких розміщується звужувальний пристрій. Штуцери для відбору тиску, вимірювання температури і густини потоку необхідно ставити у верхній частині перерізу труби.

При виборі звужувальних пристроїв звичайно враховують їх вартість; втрати тиску; складність виготовлення і монтажу; довжину прямих ділянок вимірювальних ліній; умови зношування і швидкість руху потоку. Найбільші втрати тиску виникають у діафрагмах, найменші – в трубах Вентурі. У газовій промисловості найбільше поширення одержали діафрагмові звужувальні пристрої, як найбільш прості щодо обслуговування, ревізії і монтажу. В практиці експлуатації витратовимірювальних комплексів виникає необхідність періодичної перевірки звужувальних пристроїв, їх очищення чи заміни. Зняття і встановлення звужувальних пристроїв проводять звичайно після перекриття запірних пристроїв на вході та виході вимірювальних ліній і після випускання з них газу чи рідини. Вказана операція може бути здійснена і під тиском, якщо конструкція камери для встановлення звужувальних пристроїв забезпечує таку можливість. Для стандартних витратовимірювальних пристроїв, які працюють за змінним перепадом тиску, точність вимірювання лежить у межах 1-2%, хоча відомі випадки вимірювання витрати з більшою точністю.

Витратоміри механічної дії

Витратоміри, принцип роботи яких базується на законах механіки бувають:

манометричні витратоміри (на основі вимірювання змінного перепаду тиску), що перетворюють швидкісний напір у перепад тиску, які у свою чергу поділяються на:

витратоміри на основі звужуючих пристроїв (діафрагми, сопла, сопла Вентурі чи труби Вентурі);

витратоміри на основі гідравлічних опорів (з кривиною потоку, капілярними або пористими перегородками);

відцентрові витратоміри;

струминні витратоміри;

витратоміри обтікання (витратоміри зі змінною площею), які поділяються на:

витратоміри постійного перепаду тиску (ротаметри, поплавцеві та поршневі витратоміри), принцип роботи яких базується на залежності від витрати речовини вертикального переміщення тіла (поплавця, поршня), яке змінює при цьому площину перерізу прохідного отвору приладу таким чином, щоб перепад тисків по обидва боки цього тіла залишався сталим;

витратоміри змінного перепаду тиску (поплавцево-пружинні, з поворотною лопаттю), у яких переміщення тіла обтікання характеризує величину тиску чи зусилля, прикладеного до нього, що зрівноважує зусилля від динамічного тиску потоку на тіло, що характерихує витрату;

тахометричні витратоміри — турбінного (з аксіальною і тангенціальною турбіною) типу і об'ємні (шестеренчасті);

осцилюючі витратоміри — вихрового типу (принцип вимірювання ґрунтується на підрахунку вихрових доріжок Кармана) та витратоміри, що використовують ефект Коанда;

інерційні, що базуються на інерційній взаємодії маси рідини, яка рухається з лінійним чи кутовим прискоренням (витратомір Коріоліса, гіроскопічний витратомір).