Расходомерное устройство: 61833-15: УР-1.0 Устройство расходомерное

Содержание

Расходомерное устройство — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Cтраница 1

Расходомерное устройство, показанное на рис. 2.4, работает следующим образом. Контролируемая технологическая среда непрерывно попадает из технологического трубопровода в накопительную камеру 4 и по достижении заданного уровня жидкости сбрасывается через клапан 5 в транспортную технологическую коммуникацию, являющуюся продолжением трубопровода. Клапан 5 приводится в движение с помощью пневмоцилинд-ра 6, связанного с уровнемером 2 через систему управления. [1]

Автоматические расходомерные устройства для пульповидных и сыпучих сред должны объединять непрерывное взвешивание материала с регулированием. [2]

Промысловые расходомерные устройства работают, как правило, с погрешностью не меньшей 1 %; такой же величиной в большинстве случаев ограничивается и точность измерения температуры. В цифровом выражении этого соответствует 6 — 7 двоичным разрядам на выходе кодирующего преобразователя.

[3]

Принципиальная схема качающегося двухкамерного устройства для измерения расхода нетоксичных жидких потоков.| Принципиальная схема устройства для измерения расхода жидких сред, способных к кристаллизации. [4]

Расходомерное устройство двухкамерного типа ( рис. 2.3) применяется для контроля расхода нетоксичных жидких потоков. Устройство работает следующим образом. [5]

Конструкция расходомерного устройства должна исключать возможность образования осадков и отложений перед ним. [6]

Основным недостатком рассмотренного выше расходомерного устройства является наличие в нем подвижного запорного элемента — клапана 5, разгерметизация которого ( за счет попадания кристаллов в зазор между его седлом и подвижным штоком) приводит к резкому возрастанию случайной составляющей погрешности измерений. [7]

Схема пневматического частотно-аналогового преобразователя расходомера ИСО-39.

[8]

Основным недостатком рассматриваемого расходомерного устройства ИСО-39 является необходимость подачи воздуха или азота в значительных количествах для вытеснения жидкости из накопительной камеры, что создает определенные сложности при контроле, например, расхода легкоокисляемых жидкостей. [9]

Размеры ( в мм торцовых уплотнений типов 422 и 562. [10]

Подачу измеряют с помощью расходомерного устройства, установленного на напорном трубопроводе. [11]

ТЭП в сечении установки расходомерного устройства ( обязательное приложение 2) должен располагаться на расстоянии не более 0 2 d от оси мерного участка воздуховода и от расходомерного устройства. [12]

Гидромоторы в данной схеме являются расходомерными устройствами ( дозаторами), пропускающими за один оборот объем жидкости, равный без учета утечек в гидромоторе рабочему объему гидромотора. [13]

Для решения этой задачи было разработано поршневое расходомерное устройство ( рис. 4), имеющее калиброванную камеру, при заполнении которой выдается сигнал на суммирующее устройство. [14]

Суммарная погрешность тепломера складывается из погрешностей расходомерного устройства, измерителя разности температур, множительного и интегрирующего устройств. [15]

Страницы: 1 2 3 4

Классификация расходомерных устройств и выбор устройства

В разрабатываемой нашей группой системе регулирования охлаждения сусла в роли охлаждающего агента используется рассол. Поддержание постоянной температуры сусла происходит за счет изменения расхода агента, зависящего от его температуры. Регулирование расхода агента выполняет специальное устройство – расходомер жидкости, который выбирают в процессе анализа различных типов и подклассов расходомеров, являющихся основой регуляторов расхода.

На основе вышесказанного можно сделать вывод, что от правильного выбора расходомера во многом зависит надежность и стабильность работы всей системы в целом.

Расходом называется количество вещества, протекающее через данное сечение трубопровода в единицу времени [2]. К приборам для измерения расхода относятся расходомеры и счетчики расхода. Расходомеры определяют расход вещества за единицу времени, а счетчики расхода – суммарное количество вещества за любой период времени [3]. Исходя из этого определения в разрабатываемой системе будет применяться расходомер, выбор которого следует производить с учетом анализа исходной системы и условий ее эксплуатации.

Расходомеры и счетчики могут применяться как в качестве самостоятельных приборов, так и в качестве датчиков систем автоматического регулирования (САР). В разрабатываемой системе данные приборы служат датчиками расхода агента.

За основной классификационный признак при анализе и выборе расходомеров выбирается метод измерения. На сегодняшний день существует множество методов измерения расхода, которые лежат в основе построения расходомерных устройств. Основные из них перечислены ниже:

1. Согласно ГОСТ 15528-70, меточными называются расходомеры, основанные на изменении времени прохода меткой определенного участка пути. Основная сфера их применения – градуировочные и исследовательские работы [1].

2.Парциальными называются расходомеры, в которых производится измерение определенной доли расхода основного потока жидкости. Основной смысл применения парциального метода измерения расхода состоит в том, чтобы с помощью небольшого расходомера контролировать поток в трубопроводе большого диаметра[1].

3. Ядерно—магнитными называются расходомеры, основанные на зависимости ядерно-магнитного резонанса в потоке от величины расхода. Они не нашли широкого распространения в промышленности[1].

4. Концентрационными называются расходомеры, основанные на зависимости от расхода кратности разбавления вещества, вводимого в поток (ГОСТ 15528-70). Этот метод весьма целесообразен при измерении больших расходов, а также при проверке сужающих устройств и других расходомеров без демонтажа последних на месте их установки. Основной его недостаток – большая длина пути, необходимого для хорошего перемешивания вещества индикатора [1].

5. Ионизационными называются расходомеры, основанные на искусственной ионизации движущегося потока вещества, обычно газа, сопровождающейся возникновением ионизационного тока между электродами, величина которого зависит от расхода газа [1].

6. Оптические расходомеры основаны на зависимости от расхода вещества того или иного эффекта в потоке. Делятся на две группы:

расходомеры, основанные на эффекте Физо-Френеля, заключающемся в том, что скорость света в движущейся прозрачной среде зависит от скорости движения среды [1];
расходомеры, основанные на эффекте Доплера, согласно которому, в луче, отраженном от движущейся частицы, имеет место сдвиг частоты оптических колебаний, зависящий от скорости движения отражающей частицы.
[1].

7. Ультразвуковые расходомеры основаны на измерении, зависящем от расхода того или иного акустического эффекта, возникающего при проходе ультразвуковых колебаний через поток жидкости или газа. В настоящее время применяются два вида расходомеров: 1) основанные на перемещении ультразвуковых колебаний движущейся средой; и 2) основанные на эффекте Доплера. Для измерения расхода служат расходомеры первого типа [1].

8. Электромагнитные расходомеры основаны на взаимодействии движущейся жидкости с магнитным полем. Это взаимодействие подчиняется закону электромагнитной индукции, согласно которому в жидкости, пересекающей магнитное поле, индуктируется ЭДС, пропорциональная скорости движения жидкости.

9.Перепадно—

силовыми называются расходомеры, основанные на зависимости от массового расхода перепада давления, возникающего в потоке в результате внешнего силового воздействия (ГОСТ 151528-70). Они очень редко используются в связи с необходимостью затрат на дополнительное оборудование (насосы)[1].

10. Тепловые расходомеры основаны на измерении зависящего от расхода эффекта теплового воздействия (нагрева или реже охлаждения) на поток или на тело, контактирующее с потоком [1].

11. Тахометрические счетчики количества основаны на зависимости от расхода вещества скорости движения тела, установленного в трубопроводе. Расходомеры этого типа используются редко[1].

12. Силовыми называются расходомеры, основанные на зависимости от массового расхода эффекта силового воздействия, сообщающего потоку ускорение того или иного рода. Это ускорение возникает в процессе придания потоку какого-либо дополнительного движения, например закручивания. Недостатком является сложность конструкции преобразователей расхода и большое число вращающихся элементов внутри трубы, что снижает надежность приборов. На практике данные расходомеры используются крайне редко (нет серийного производства) [1].

13.Расходомерами переменного уровня называются приборы, основанные на зависимости между расходом и высотой уровня жидкости в сосуде, в который жидкость непрерывно поступает и из которого вытекает через отверстие в дне или в боковой стенке. Применяются для измерения расходов жидкостей, протекающих по открытым лоткам и каналам.[1]

14. Расходомерами обтекания называются приборы, основанные на зависимости от расхода вещества перемещения тела, воспринимающего динамическое давление обтекающего его потока.

15.Расходомерами переменного перепада давления называются расходомеры, основанные на зависимости расхода вещества перепада давления, создаваемого неподвижным устройством, устанавливаемым в трубопроводе, или самим элементом трубопровода. Эти расходомеры включают в себя, по крайней мере, три отдельные части:

преобразователь расхода, создающий перепад давления в зависимости от расхода;
соединительное устройство, передающее перепад давления от преобразователя к измерительному прибору;
дифференциальный манометр, сокращенно дифманометр, измеряющий перепад давления, образованный преобразователем расхода, и градуированный обычно в единицах расхода. [1]

Из всей совокупности рассмотренных устройств лишь некоторые из них используются для измерения расхода агрессивных жидких сред, каковой является охлаждающий агент рассол. На рис. 1 представлена классификация таких устройств. Исходя из нее, выделенные типы устройств будут рассмотрены более подробно применительно к заданной системе и из них будет выбрано наиболее подходящее.

Типы расходомеров для различных применений

Что такое расходомер?

Расходомер (или датчик расхода) — это прибор, который используется для определения количества жидкости, газа или пара, проходящего через трубу или канал, путем измерения линейного, нелинейного, массового или объемного расхода. Поскольку регулирование расхода часто имеет важное значение, измерение расхода жидкостей и газов является критической потребностью во многих промышленных приложениях, и существует множество различных типов расходомеров, которые можно использовать в зависимости от характера приложения.

При выборе расходомера следует учитывать такие нематериальные факторы, как осведомленность персонала завода, его опыт в обслуживании и ремонте, доступность запасных частей, среднее время наработки на отказ и т. д. на конкретной площадке завода. Также рекомендуется рассчитывать стоимость установки только после выполнения этих шагов. Одной из наиболее распространенных ошибок при измерении расхода является обратная последовательность: вместо выбора датчика, который будет работать должным образом, предпринимается попытка оправдать использование устройства тем, что оно дешевле. Эти «недорогие» покупки могут оказаться самыми дорогостоящими установками.

Типы расходомеров и применение

Расходомеры перепада давления

Использование дифференциального давления в качестве предполагаемого измерения скорости потока жидкости хорошо известно. Расходомеры с перепадом давления на сегодняшний день являются наиболее распространенными приборами. Эти расходомеры, отличающиеся высокой точностью, рассчитывают расход жидкости, считывая потери давления на сужении трубы. По оценкам, более 50 процентов всех приложений для измерения расхода жидкости используют этот тип устройства.

Основной принцип работы расходомеров дифференциального давления основан на предположении, что падение давления на расходомере пропорционально квадрату расхода. Расход определяется путем измерения перепада давления и извлечения квадратного корня.

Расходомеры дифференциального давления, как и большинство расходомеров, имеют первичный и вторичный элементы. Первичный элемент вызывает изменение кинетической энергии, что создает перепад давления в трубе. Блок должен быть правильно подобран к размеру трубы, условиям потока и свойствам жидкости. И точность измерения элемента должна быть хорошей в разумных пределах. Вторичный элемент измеряет перепад давления и выдает сигнал или показания, которые преобразуются в фактическое значение расхода.

Расходомеры с диафрагмой

Расходомеры с диафрагмой являются наиболее популярными расходомерами жидкости в настоящее время. Отверстие представляет собой просто плоский кусок металла с просверленным в нем отверстием определенного размера. Большинство используемых отверстий имеют концентрический тип, но также доступны эксцентрические, конические (квадрантные) и сегментные конструкции.

На практике диафрагма устанавливается в трубу между двумя фланцами. Действуя как первичное устройство, отверстие сужает поток жидкости, создавая перепад давления на пластине. Отводы давления с обеих сторон пластины используются для обнаружения разницы. Основные преимущества форсунок заключаются в том, что они не имеют движущихся частей, а их стоимость незначительно увеличивается с размером трубы.

Конические и четырехугольные отверстия являются относительно новыми. Приборы были разработаны в первую очередь для измерения жидкостей с низкими числами Рейнольдса. Практически постоянные коэффициенты расхода могут поддерживаться при значениях R ниже 5000. Конические диафрагмы имеют скос перед входом, глубину и угол которого необходимо рассчитывать и обрабатывать для каждого применения.

Сегментарный клин представляет собой разновидность сегментарного отверстия. Это ограничительное отверстие, в первую очередь предназначенное для измерения расхода жидкостей, содержащих твердые частицы. Устройство способно измерять потоки при низких числах Рейнольдса и при этом поддерживать требуемое отношение квадратного корня. Его конструкция проста, и есть только один критический размер — зазор клина. Падение давления через устройство примерно вдвое меньше, чем у обычных отверстий.

Встроенные клиновые узлы объединяют клиновой элемент и штуцеры давления в неразъемную трубную муфту, крепящуюся болтами к обычному датчику давления. Для установки устройства в трубопровод не требуются специальные трубы или фитинги.

Точность измерения всех диафрагменных расходомеров зависит от условий установки, соотношения площадей диафрагмы и физических свойств измеряемой жидкости.

Расходомеры Вентури

Преимущество трубок Вентури заключается в том, что они могут обрабатывать большие объемы потока при низких перепадах давления. Трубка Вентури представляет собой отрезок трубы с коническим входом и прямой горловиной. Когда жидкость проходит через горловину, ее скорость увеличивается, вызывая перепад давления между входной и выходной областями.

Расходомеры не имеют движущихся частей. Их можно устанавливать в трубы большого диаметра с использованием фланцевых, приварных или резьбовых фитингов. Для усреднения измеренного давления вместе с устройством обычно устанавливаются четыре или более штуцеров для измерения давления. Трубки Вентури можно использовать с большинством жидкостей, в том числе с высоким содержанием твердых частиц.

Расходомер с трубкой Пито

Трубки Пито обычно устанавливаются путем приваривания муфты к трубе и введения зонда через муфту. Использование большинства трубок Пито ограничено измерениями в одной точке. Блоки подвержены забиванию посторонними материалами в жидкости. Преимущества трубок Пито: низкая стоимость, отсутствие движущихся частей, простота установки и минимальный перепад давления.

Объемные расходомеры

Работа этих установок заключается в разделении жидкостей на точно отмеренные порции и их перемещении. Каждый сегмент подсчитывается соединительным регистром. Поскольку каждое приращение представляет собой дискретный объем, устройства прямого вытеснения популярны для приложений автоматического дозирования и учета. Объемные расходомеры хорошо подходят для измерения расхода вязких жидкостей или для использования там, где требуется простая механическая измерительная система.

Расходомеры поршневые бывают одно- и многопоршневые. Конкретный выбор зависит от диапазона скоростей потока, требуемых в конкретном приложении. Поршневые счетчики могут использоваться для работы с широким спектром жидкостей. На рис. 1 показан расходомер с колеблющимся поршнем с магнитным приводом. Жидкость никогда не контактирует с шестернями или другими деталями, которые могут засориться или подвергнуться коррозии.

Рисунок 1: Счетчик с качающимся поршнем работает по принципу магнитного привода, поэтому жидкость не соприкасается с деталями.

Перегородка между впускным и выпускным отверстиями заставляет поступающую жидкость течь вокруг цилиндрической измерительной камеры и через выпускное отверстие. Движение колеблющегося поршня в блоке передается магнитному узлу в измерительной камере, который соединен с толкающим магнитом на другой стороне стенки камеры.

Счетчики с овальными шестернями имеют две вращающиеся шестерни овальной формы с синхронизированными плотно прилегающими зубьями. Фиксированное количество жидкости проходит через расходомер за каждый оборот. Вращение вала можно контролировать для получения конкретных значений расхода.

Счетчики с нутационным диском имеют подвижный диск, установленный на концентрической сфере, расположенной в сферической камере с боковыми стенками. Давление жидкости, проходящей через измерительную камеру, заставляет диск раскачиваться по траектории циркуляции, не вращаясь вокруг своей оси. Это единственная подвижная часть измерительной камеры.

Штифт, идущий перпендикулярно диску, соединен с механическим счетчиком, который отслеживает качательные движения диска. Каждый цикл пропорционален определенному количеству потока. Как и во всех объемных расходомерах, изменения вязкости ниже заданного порога влияют на точность измерения. Доступны многие размеры и емкости. Блоки могут быть изготовлены из широкого выбора строительных материалов.

Крыльчатые расходомеры доступны в нескольких исполнениях, но все они работают по одному и тому же принципу. Базовый блок состоит из равномерно разделенной вращающейся крыльчатки (содержащей два или более отсеков), установленной внутри корпуса счетчика. Рабочее колесо находится в постоянном контакте с корпусом. Фиксированный объем жидкости подается к выпускному отверстию расходомера из каждого отсека при вращении крыльчатки. Обороты рабочего колеса подсчитываются и регистрируются в объемных единицах.

Спиральные расходомеры состоят из двух радиально расположенных спиральных роторов, соединенных зубчатым зацеплением, с небольшим зазором между роторами и корпусом. Два ротора перемещают жидкость в осевом направлении от одного конца камеры к другому.

Объемные расходомеры

Эти приборы работают линейно по отношению к объемному расходу. Поскольку здесь нет отношения квадратного корня (как в устройствах перепада давления), их диапазон регулирования выше. Объемные расходомеры имеют минимальную чувствительность к изменениям вязкости при использовании при числах Рейнольдса выше 10 000. Большинство корпусов измерителей скорости оснащены фланцами или фитингами, что позволяет подключать их непосредственно к трубопроводам.

Турбинные расходомеры

Турбинные счетчики нашли широкое применение для точных измерений жидкостей. Установка состоит из многолопастного ротора, закрепленного на патрубке перпендикулярно потоку жидкости. Ротор вращается, когда жидкость проходит через лопасти. Скорость вращения является прямой функцией скорости потока и может быть измерена магнитным датчиком, фотоэлементом или шестернями. Электрические импульсы можно считать и суммировать, рис. 2.

Рисунок 2: Турбинный расходомер состоит из многолопастного свободно вращающегося проницаемого металлического ротора, заключенного в немагнитный корпус из нержавеющей стали.

При работе вращающиеся лопасти генерируют частотный сигнал, пропорциональный расходу жидкости, который воспринимается магнитным датчиком и передается на считывающий индикатор.

Количество электрических импульсов, подсчитанных за данный период времени, прямо пропорционально объему потока. Можно добавить тахометр для измерения скорости вращения турбины и определения расхода жидкости. Турбинные расходомеры, если они правильно подобраны и установлены, имеют хорошую точность, особенно для жидкостей с низкой вязкостью.

Основной проблемой турбинных расходомеров является износ подшипников. Чтобы избежать этой проблемы, была разработана «безопорная» конструкция. Жидкость, поступающая в расходомер, проходит через спиралевидные лопасти статора, которые сообщают вращение потоку жидкости. Поток воздействует на сферу, заставляя ее двигаться по орбите в пространстве между первым статором и вторым статором с такой же спиралью. Орбитальное движение сферы регистрируется электронным способом. Частота результирующего импульсного выхода пропорциональна расходу.

Вихревые расходомеры

Вихревые измерители используют природное явление, возникающее, когда жидкость обтекает обтекаемый объект. Завихрения или вихри поочередно сбрасываются вниз по течению от объекта. Частота вихреобразования прямо пропорциональна скорости жидкости, протекающей через счетчик, рис. 3.

Рисунок 3: Вихревые измерители работают по принципу, согласно которому, когда необтекаемый объект помещается в середину потока, ряд вихрей поочередно сбрасывается вниз по течению от объекта. Частота вихреобразования прямо пропорциональна скорости жидкости, протекающей по трубопроводу.

Тремя основными компонентами расходомера являются распорка тела обтекания, установленная поперек отверстия расходомера, датчик для обнаружения наличия вихря и генерирования электрического импульса, а также датчик усиления и формирования сигнала, выходной сигнал которого пропорционален скорости потока. , рис. 4. Счетчик в равной степени подходит для измерения расхода или суммирования расхода. Не рекомендуется использовать для взвесей или жидкостей с высокой вязкостью.

Рисунок 4

Магметр

Электромагнитные счетчики могут работать с большинством жидкостей и суспензий при условии, что измеряемый материал является электропроводным. Расходомерная трубка устанавливается непосредственно в трубу. Падение давления на расходомере такое же, как и на трубе эквивалентной длины, потому что нет движущихся частей или препятствий для потока. Вольтметр может быть присоединен непосредственно к расходомерной трубке или может быть установлен удаленно и соединен с ней экранированным кабелем.

Электромагнитные расходомеры работают на основе закона электромагнитной индукции Фарадея, согласно которому при движении проводника через магнитное поле возникает напряжение. Жидкость служит проводником; магнитное поле создается катушками под напряжением снаружи расходомерной трубки, рис. 5. Величина создаваемого напряжения прямо пропорциональна скорости потока. Два электрода, вмонтированные в стенку трубы, регистрируют напряжение, которое измеряется вторичным элементом.

Рисунок 5: Основные компоненты расходомерной трубки электромагнитного расходомера без препятствий включают электроды и катушки.

Электромагнитные расходомеры имеют основные преимущества: они могут измерять сложные и коррозионно-активные жидкости и шламы; и они могут измерять как прямой, так и обратный поток с одинаковой точностью. Недостатками более ранних конструкций были высокое энергопотребление и необходимость получения полной трубы и отсутствия потока для первоначальной установки счетчика на ноль. Недавние усовершенствования устранили эти проблемы. Методы возбуждения импульсного типа позволили снизить энергопотребление, так как возбуждение происходит в блоке только в половине случаев. Нулевые настройки больше не требуются.

Ультразвуковые расходомеры

Ультразвуковые расходомеры можно разделить на доплеровские измерители и измерители времени прохождения (или транзита). Доплеровские измерители измеряют сдвиги частоты, вызванные потоком жидкости. Два преобразователя смонтированы в корпусе, прикрепленном к одной стороне трубы. В измеряемую жидкость подается сигнал известной частоты. Твердые частицы, пузырьки или любые неоднородности в жидкости вызывают отражение импульса к элементу приемника, рис. 6. Поскольку жидкость, вызывающая отражение, движется, частота отраженного импульса смещается. Сдвиг частоты пропорционален скорости жидкости.

Рисунок 6

Недавно был разработан портативный доплеровский измеритель, способный работать от сети переменного тока или от перезаряжаемого блока питания. Чувствительные головки просто прикрепляются к внешней стороне трубы, и прибор готов к использованию. Общий вес, включая корпус, составляет 22 фунта. Набор выходных клемм от 4 до 20 миллиампер позволяет подключать устройство к ленточному самописцу или другому удаленному устройству.

Счетчики времени пути имеют преобразователи, установленные на каждой стороне трубы. Конфигурация такова, что звуковые волны, распространяющиеся между устройствами, проходят под углом 45 градусов. под углом к направлению потока жидкости. Скорость прохождения сигнала между датчиками увеличивается или уменьшается в зависимости от направления передачи и скорости измеряемой жидкости. Соотношение разницы во времени, пропорциональное расходу, можно получить, попеременно передавая сигнал в обоих направлениях. Ограничение измерителей времени прохождения состоит в том, что измеряемые жидкости не должны содержать увлеченных газов или твердых частиц, чтобы свести к минимуму рассеяние и поглощение сигнала.

Массовые расходомеры

Постоянная потребность в более точных измерениях расхода в процессах, связанных с массой (химические реакции, теплопередача и т. д.), привела к разработке массовых расходомеров. Доступны различные конструкции, но наиболее часто используемым для измерения расхода жидкости является массовый расходомер Кориолиса. Его действие основано на природном явлении, называемом силой Кориолиса, отсюда и название.

Кориолисовы расходомеры представляют собой расходомеры истинной массы, которые измеряют не объемный расход, а массовый расход. Поскольку масса не меняется, расходомер является линейным, и его не нужно настраивать на изменения свойств жидкости. Это также устраняет необходимость компенсации изменения условий температуры и давления. Измеритель особенно полезен для измерения жидкостей, вязкость которых зависит от скорости при заданных температурах и давлениях.

Кориолисовые расходомеры также доступны в различных исполнениях. Популярный блок состоит из U-образной расходомерной трубки, заключенной в корпус датчика, соединенной с электронным блоком. Чувствительный блок может быть установлен непосредственно в любой технологический процесс. Блок электроники может располагаться на расстоянии до 500 футов от датчика.

Внутри корпуса датчика U-образная расходомерная трубка вибрирует с собственной частотой под действием магнитного устройства, расположенного на изгибе трубки. Вибрация похожа на вибрацию камертона, охватывая менее 0,1 дюйма и совершая полный цикл около 80 раз в секунду. Когда жидкость течет по трубке, она вынуждена совершать вертикальное движение трубки, рис. 7. Когда трубка движется вверх в течение половины своего цикла, жидкость, поступающая в счетчик, сопротивляется вытеснению вверх за счет давления вниз. на трубке.

Рисунок 7

Вытесненная вверх жидкость, вытекающая из счетчика, сопротивляется уменьшению вертикального движения за счет давления на трубку. Это действие заставляет трубку скручиваться. Когда трубка движется вниз во время второй половины своего цикла вибрации, она закручивается в противоположном направлении.

Жидкость, вытекающая из расходомера, под действием силы вверх сопротивляется уменьшению вертикального движения за счет давления на трубку. Это действие заставляет трубку скручиваться. Когда трубка движется вниз во время второй половины своего цикла вибрации, она закручивается в противоположном направлении. Величина крутки прямо пропорциональна массовому расходу жидкости, протекающей через трубку. Магнитные датчики, расположенные с каждой стороны расходомерной трубки, измеряют скорости трубки, которые изменяются по мере закручивания трубки. Датчики передают эту информацию в блок электроники, где она обрабатывается и преобразуется в напряжение, пропорциональное массовому расходу. Счетчик имеет широкий спектр применений от клеев и покрытий до жидкого азота.

Массовые расходомеры теплового типа традиционно использовались для измерения газов, но доступны конструкции для измерения расхода жидкости. Эти массомеры также работают независимо от плотности, давления и вязкости. В термометрах используется нагреваемый чувствительный элемент, изолированный от пути потока жидкости. Поток отводит тепло от чувствительного элемента. Проводимое тепло прямо пропорционально массовому расходу. Датчик никогда не вступает в прямой контакт с жидкостью. Блок электроники включает анализатор расхода, температурный компенсатор и формирователь сигналов, обеспечивающий линейный выходной сигнал, прямо пропорциональный массовому расходу.

Расходомеры жидкости — Сравнительные типы

Поток подразделяется на поток с открытым каналом и поток с закрытым каналом .

Поток в открытом канале возникает, когда текущий поток имеет свободную или неограниченную поверхность, открытую для атмосферы. Типичными примерами являются потоки в каналах или трубопроводах с вентиляцией, таких как дренажные и канализационные коллекторы, которые не заполнены полностью.

В открытом канале поток сила, вызывающая поток сила тяжести на жидкости. Постепенное падение или уменьшение высоты поверхности воды происходит по мере движения потока вниз по течению.

Поток в закрытом канале возникает, когда поток вызван перепадом давления в канале. Типичными примерами являются потоки в водопроводных трубах или трубах централизованного теплоснабжения. Скорость потока зависит в основном от перепада давления между концами, расстояния между концами, площади канала и гидравлических свойств канала, таких как форма, шероховатость и ограничения, такие как изгибы.

major friction loss in Ducts, Tubes and Pipes

Flow Metering Principals

Differential Pressure Flow meters
Velocity Flow meters
Positive Displacement Flow meters
Mass Flow meters
For Open Channel Flow meters — weirs

Расходомеры с перепадом давления

В устройстве измерения перепада давления расход рассчитывается путем измерения перепада давления на препятствиях, вставленных в поток. Расходомер дифференциального давления основан на уравнении Бернулли, в котором падение давления и дополнительный измеренный сигнал являются функцией квадратичной скорости потока.

DP = ρ v ² /2 (1)

, где

DP = разность давления (PA, PSI)

ρ = DEDINGE FLUID (KG / M

ρ = DEDIENT (KG / M

ρ wrence of Fluid (KG / M

ρ (PA / M

ρ (PA)

порций/фут ³ )

v = скорость потока (м/с, дюйм/с)

Обратите внимание, что обычно используется « напор» вместо «давление» h

= dp / γ (2)

где

h = напор (м, дюйм)

γ = удельный вес (Н/м ³ , фунт/фут ³ ) расходомеры дифференциального давления

4 9 типов :
Диафрагмы
Расходомерные сопла
Трубки Вентури
Переменная площадь – ротаметры
Диафрагма
При наличии диафрагмы, расположенной ниже по потоку, разница давления в боковом и верхнем потоках жидкости измеряется через диафрагму. частично забитой трубы. Пластина, препятствующая потоку, представляет собой точно рассчитанное препятствие, которое сужает трубу и заставляет сжиматься текущую жидкость.
Диафрагмы просты, дешевы и могут поставляться практически для любого применения и из любого материала.
Диапазон регулирования для диафрагм менее 5:1. Их точность плоха при низких скоростях потока. Высокая точность зависит от правильной формы диафрагмы с острым краем в сторону входа. Износ снижает точность.
Расходомеры с диафрагмой, соплом и Вентури
Трубка Вентури
Из-за простоты и надежности расходомер с трубкой Вентури часто используется в тех случаях, когда требуется более высокий диапазон изменения или более низкие перепады давления, чем у диафрагмы. предоставлять.
В трубке Вентури расход жидкости измеряется путем уменьшения площади поперечного сечения потока на пути потока, создавая перепад давления. После зоны сужения жидкость проходит через выходную секцию восстановления давления, где восстанавливается до 80% перепада давления, создаваемого в зоне сужения.
При правильном оборудовании и калибровке расхода расход в трубке Вентури может быть снижен примерно до 10% от полного диапазона шкалы с надлежащей точностью. Это обеспечивает коэффициент отклонения 10:1. Обратите внимание, что манометр для трубки или отверстия Вентури должен быть установлен ниже линии гидравлического уровня или трубы.
Дроссель, сопло и расходомеры Вентури
Расходомеры
Расходомеры часто используются в качестве измерительных элементов для расхода воздуха и газа в промышленности.
Проточная насадка относительно проста и дешева и доступна для многих применений со многими материалами.
Коэффициент трансформации и точность можно сравнить с диафрагмой.
Диафрагма, сопло и расходомеры Вентури
Сопло Sonic — Сопло с критическим (дроссельным) расходом
Когда газ ускоряется через сопло, скорость увеличивается, а давление и плотность газа уменьшаются. Максимальная скорость достигается в горловине, минимальная площадь, где она прорывается 1 Мах или звук. В этот момент невозможно увеличить расход за счет снижения давления на выходе. Поток захлебывается.
Эта ситуация используется во многих системах управления для поддержания фиксированных, точных и воспроизводимых расходов газа, не зависящих от давления на выходе.
Восстановление перепада давления в отверстиях, соплах и расходомерах Вентури
После создания перепада давления в расходомере перепада давления жидкость проходит через выпускную секцию восстановления давления, где перепад давления, создаваемый в суженной зоне, частично восстанавливается.
Как видим, перепад давления в диафрагмах значительно выше, чем в трубках Вентури.
Расходомер с переменным сечением или ротаметр
Ротаметр состоит из вертикально ориентированной стеклянной (или пластиковой) трубки с большим концом наверху и дозирующего поплавка, который может свободно перемещаться внутри трубки. Поток жидкости заставляет поплавок подниматься в трубке, поскольку восходящий перепад давления и плавучесть жидкости преодолевают действие силы тяжести.
Поплавок поднимается до тех пор, пока кольцевая площадь между поплавком и трубкой не увеличится настолько, чтобы обеспечить состояние динамического равновесия между восходящими факторами перепада давления и плавучести и нисходящими гравитационными факторами.
Высота поплавка является показателем скорости потока. Трубка может быть откалибрована и отградуирована в соответствующих единицах расхода.
Ротаметр обычно имеет передаточное отношение до 12:1. Точность может достигать 1% от полной шкалы.
Магнитные поплавки могут использоваться для сигнализации и передачи сигналов.
Расходомеры скорости
В расходомере скорости расход рассчитывается путем измерения скорости в одной или нескольких точках потока и интегрирования скорости потока по площади потока.
Трубка Пито
Трубка Пито является одним из наиболее часто используемых (и самых дешевых) способов измерения расхода жидкости, особенно в системах вентиляции и кондиционирования воздуха, даже в самолетах для измерения скорости.
Трубка Пито измеряет скорость потока жидкости путем преобразования кинетической энергии потока в потенциальную энергию.
Использование трубки Пито ограничено точечными измерениями. С помощью «annubar» или зонда Пито с несколькими отверстиями динамическое давление может быть измерено по профилю скорости, и annubar обеспечивает эффект усреднения.
Калориметрический расходомер
Калориметрический принцип измерения расхода жидкости основан на использовании двух датчиков температуры, находящихся в тесном контакте с жидкостью, но теплоизолированных друг от друга.
Один из двух датчиков постоянно нагревается, а охлаждающий эффект протекающей жидкости используется для контроля расхода. В стационарном (отсутствующем потоке) состоянии жидкости существует постоянная разница температур между двумя датчиками температуры. Когда поток жидкости увеличивается, тепловая энергия отбирается от нагретого датчика, и разница температур между датчиками уменьшается. Снижение пропорционально расходу жидкости.
Время отклика зависит от теплопроводности жидкости. Как правило, более низкая теплопроводность требует более высокой скорости для правильного измерения.
Калориметрический расходомер может обеспечить относительно высокую точность при низких скоростях потока.
Турбинный расходомер
Существует множество различных конструкций турбинных расходомеров, но в целом все они основаны на одном и том же простом принципе:
Если жидкость движется по трубе и воздействует на лопасти турбины, турбина начнет крутиться и вращаться. Скорость вращения измеряется для расчета потока.
Диапазон регулирования может превышать 100:1, если турбинный расходомер откалиброван для одной жидкости и используется при постоянных условиях. Точность может быть лучше +/-0,1%.
Вихревой расходомер
Препятствие в потоке жидкости создает вихри в нижнем потоке. Каждое препятствие имеет критическую скорость потока жидкости, при которой происходит вихреобразование. Срыв вихрей — это случай, когда в нижнем течении образуются чередующиеся зоны низкого давления.
Эти чередующиеся зоны низкого давления заставляют препятствие перемещаться в сторону зоны низкого давления. С датчиками, измеряющими вихри, можно измерить силу потока.
Принцип вихревого расходомера. Введение в принцип вихревого расходомера.
Электромагнитный расходомер
Электромагнитный расходомер работает на основе закона электромагнитной индукции Фарадея, согласно которому при движении проводника через магнитное поле возникает напряжение. Жидкость служит проводником, а магнитное поле создается катушками под напряжением снаружи расходомерной трубки.
Производимое напряжение прямо пропорционально расходу. Два электрода, закрепленные в стенке трубы, регистрируют напряжение, которое измеряется вторичным элементом.
Электромагнитные расходомеры могут измерять сложные и агрессивные жидкости и суспензии, а также измерять расход в обоих направлениях с одинаковой точностью.
Электромагнитные расходомеры имеют относительно высокое энергопотребление и могут использоваться только для электропроводных жидкостей, таких как вода.
Принцип электромагнитного расходомера. Введение в принцип электромагнитного расходомера
Ультразвуковой доплеровский расходомер
Эффект движения источника звука и его влияние на частоту звука наблюдал и описал Кристиан Иоганн Допплер. .
Частота отраженного сигнала зависит от скорости и направления потока жидкости.
Если жидкость движется к датчику, частота обратного сигнала увеличивается. По мере удаления жидкости от датчика частота обратного сигнала уменьшается.
Разность частот равна отраженной частоте за вычетом исходной частоты и может использоваться для расчета скорости потока жидкости.
Ультразвуковой доплеровский и времяпролетный расходомер
Объемный расходомер
Объемный расходомер измеряет расход технологической жидкости с помощью точно подогнанных роторов в качестве элементов измерения расхода. Между роторами перемещаются известные и фиксированные объемы. Вращение роторов пропорционально объему вытесняемой жидкости.
Количество оборотов ротора подсчитывается встроенным электронным датчиком импульсов и преобразуется в объем и скорость потока.
Конструкция поршневого ротора может быть выполнена несколькими способами:
Поршневые расходомеры бывают однопоршневыми и многопоршневыми.
Счетчики с овальными шестернями имеют две вращающиеся шестерни овальной формы с синхронизированными плотно прилегающими зубьями. Фиксированное количество жидкости проходит через расходомер за каждый оборот. Вращение вала можно контролировать для получения конкретных значений расхода.
Нуттирующий диск Счетчики имеют подвижные диски, установленные на концентрической сфере, расположенной в сферических камерах с боковыми стенками. Давление жидкости, проходящей через измерительную камеру, заставляет диск раскачиваться по траектории циркуляции, не вращаясь вокруг своей оси. Это единственная подвижная часть измерительной камеры.
Счетчик крыльчатый состоит из поровну разделенных вращающихся крыльчаток, двух или более отсеков внутри корпуса счетчика. Рабочие колеса находятся в постоянном контакте с корпусом. Фиксированный объем жидкости подается к выпускному отверстию расходомера из каждого отсека при вращении крыльчатки. Обороты рабочего колеса подсчитываются и регистрируются в объемных единицах.
Объемный расходомер может использоваться для всех относительно неабразивных жидкостей, таких как печное топливо, смазочные масла, полимерные добавки, животный и растительный жир, типографская краска, дихлордифторметан R-12 и многие другие.
Точность может достигать 0,1% от полной скорости с динамическим диапазоном 70:1 или более.
Массовые расходомеры
Массовые расходомеры непосредственно измеряют массовый расход.
Тепловой расходомер
Тепловой массовый расходомер работает независимо от плотности, давления и вязкости. В термометрах используется нагреваемый чувствительный элемент, изолированный от пути потока жидкости, где поток отводит тепло от чувствительного элемента. Проводимое тепло прямо пропорционально массовому расходу, а разница температур вычисляется по массовому расходу.
Точность теплового расходомера зависит от надежности калибровки фактического процесса и изменений температуры, давления, скорости потока, теплоемкости и вязкости жидкости.
Кориолисовый расходомер
Прямое измерение массы отличает кориолисовые расходомеры от других технологий. Измерение массы не чувствительно к изменениям давления, температуры, вязкости и плотности. Кориолисовые расходомеры, способные измерять жидкости, взвеси и газы, являются универсальными расходомерами.
Кориолисовый массовый расходомер использует эффект Кориолиса для измерения количества массы, проходящей через элемент. Измеряемая жидкость проходит через U-образную трубку, которая вибрирует с угловыми гармоническими колебаниями. За счет сил Кориолиса трубы будут деформироваться и к колебаниям добавится дополнительная вибрационная составляющая. Эта дополнительная составляющая вызывает фазовый сдвиг в некоторых местах трубок, который можно измерить датчиками.
Расходомеры Кориолиса в целом очень точны, лучше +/- 0,1% с динамическим диапазоном более 100:1. Измеритель Кориолиса также можно использовать для измерения плотности жидкости.
Расходомеры с открытым каналом
Обычный метод измерения расхода через открытый канал заключается в измерении высоты жидкости, когда она проходит над препятствием в виде желоба или плотины в канале.
Обычно используются водослив с острым гребнем, водослив с V-образным вырезом, водослив Чиполлетти, водослив с прямоугольным вырезом, водослив Паршалла или водослив Вентури.
Стандарты измерения расхода водосливов – важные и часто используемые стандарты при измерении расхода водосливов
Измерение расхода с помощью водосливов.