2.2. Измерение расходов и уровня жидкостей и сыпучих материалов.

Термином р а с х о д обозначают величину, равную количеству жидкого или газообразного вещества, протекающего по трубопроводу в единицу времени. Специфика измерения расходов в холодильной технике заключается в том, что по трубопроводам протекает парожидкостные смеси, а также смесь холодильного агента с машинным маслом. Поэтому необходимо исключить прохождение таких сред через расходомеры и обеспечить надёжный контроль состояния рабочей среды и условий измерения.

При измерении расхода жидкого холодильного агента необходимо обеспечить переохлаждение жидкости. Величина этого переохлаждения определяет допустимый перепад давления на преобразователе расходомера. Эта задача формулируется так:

,

где р_р - падение давления в расходомере; _bx -давление холодильного агента перед входом расходомера; ₀ - давление насыщения холодильного агента при температуре t_bx + a, где а  3 ⁰С, t_bx - температура переохлаждённого холодильного агента перед входом расходомера.

П ри измерении расхода парообразного холодильного агента на выходе из испарителя во избежание погрешностей из-за выброса капель неиспарившейся жидкости пар должен быть перегрет. В случае использования фреонов желательно чтобы этот перегрев был не менее 8-10 ⁰С, а аммиака—порядка 3-6 ⁰С.

Физические основы первичных преобразователей расхода.

В зависимости от выходной величины первичные преобразователи разделяются на следующие виды:

1 - преобразователи расхода в переменный перепад давления: это сужающие устройства (диафрагмы, сопла), которые преобразуют расход в перепад давления, который воспринимается преобразователем разности давления (дифманометром). Рис.YI-1, стр. 217 [3].

Рис. VI-1.стр.217[3]. Схема (а) и диаграмма давления (б) сужающего устройства: 1- труба; 2 – сужающее устройство; 3 – трубки отбора давлений; 4 – дифманометр.

Для несжимаемой жидкости - объёмный расход, М³/С,

, массовый расход, кг/с,  - плотность среды, кг/м куб.,  - коэффициент расхода,  - перепад давления, Па.

Для сжимаемой среды

, M³/C

, кг/м куб.,

где ε - коэффициент расширения.

Выбор и расчет стандартных сужающих устройств регламентирован «Правилами измерения расхода газов и жидкостей стандартными сужающими устройствами». РД 50-213.80.—М. Изд. Стандартов 82г., 23с.

Ротаметры. Так называют расходомеры, рабочим элементом которых является преобразователь обтекания. Расход жидкости или газа преобразуется в перемещение поплавка (поршня, диска). Рис.YI-4, стр.224[3].

Рис.VI-4, стр.224[3]. Упрощённые схемы преобразователей обтекания:

а- со свободным поплавком; б – с центрированным поплавком; в – с

электрическим дифференциальным трансформатором.

Преобразователи этого типа принято подвергать индивидуальной градуировке. Градуировку осуществляют, как правило, на воде или воздухе.

Тахометрические преобразователи. Рис.VI-5, стр.227 [3].

Преобразователи объёмного расхода (скорости потока) в частоту вращения ротора, которая в свою очередь, преобразуется в частоту следования электрических импульсов.

По видам вращающегося элемента подразделяются на крыльчатые и шариковые.

Концы крыльчатки выполняют из ферромагнитных материалов, а корпус из немагнитных (нержав. сталь или цветной металл).

Рис.VI-5, стр.227 [3]. Схема крыльчатого (турбинного) преобразователя расхода: 1 – корпус; 2 – направляющая; 3 – крыльчатка; 4 – катушка датчика; 5 – постоянный магнит; 6 – сердечник;7 - показывающий прибор.

При движении жидкости (или газа) крыльчатка вращается, в результате чего периодически m раз за оборот (m крыльев) в поле датчика оказывается стальное крыло, В катушке индуктируется m импульсов за 1 оборот. При n оборотах за минуту крыльчатки индуктируются импульсы с частотой

f = m  n; f = mV/(FH).

Объём протекающего продукта V = fFH/m(1-s),

где s - коэффициент скольжения s = (f _и -f)/f_и ,

F - площадь сечения потока в зоне крыльчатки;

H - шаг винта крыльчатки.

Погрешность крыльчатых преобразователей порядка 0,5-1,0 %.

Недостатком считается также их невысокий ресурс, порядка 500 час.- реже больше.

Шариковые преобразователи. Рис.YI-7, стр. 229 [3].

Частота вращения шарика в определённом диапазоне скоростей потока пропорциональна расходу.

Теория этих преобразователей разработана недостаточно. Ресурс достаточно велик--~ 2000часов. Погрешность 1,5%.

Электромагнитные преобразователи.

Жидкость должна быть электропроводна. При движении жидкости наводится ЭДС.

Область применения - вода и некоторые растворы.

Погрешность достаточно большая –2-3 %.

Преобразователи объёмных счётчиков

Преобразователи этого типа содержат вращающиеся элементы, отсекающие определённые объёмы измеряемой среды и переводящие их от входного патрубка к выходному. Вращение измерительных элементов происходит под действием самой измеряемой среды. Известно несколько типов объёмных преобразователей: овально- шестерёночные, роторные, лопастные, кольцевые.

Рис.VI-9, [3]. Схема преобразователя объёмного счётчика с овальными

шестернями.

Рис.3.5. Счётчик с кольцевым поршнем. (стр.92 учебн., автор проф. Зайчик Ц.Р. «Оборудование предприятий винодельческого производства».)

К достоинствам рассматриваемых преобразователей относятся: достаточно высокая точность измерений, допустимая погрешность составляет 0,5%; широкий диапазон температур измеряемой жидкости(-40 +50^оС); широкий диапазон измерений, охватывающий количества от нескольких литров до сотен кубических метров в час; практическая независимость точности измерений от вязкости жидкости в пределах от 0,5 до 300 сСт (0,510^-3 Па  с –0,3 Па  с).

Недостаткам преобразователя являются: сравнительно высокая потеря давления (до 0,05 МПа); чувствительность к загрязнениям, что требует обязательного применения фильтров.

Средства поверки расходомеров.

По способу поверки расходомеры можно подразделить на две группы.

Первая – первичные преобразователи которых требуют лишь поверки расчёта и геометрических размеров (диафрагмы, сопла, сопла Вентурри).

Вторая – все остальные типы расходомеров, поверка которых осуществляется методом непосредственного сличения с показаниями образцового прибора или методом сравнения с образцовой мерой, но при обязательном воспроизведении расхода.