Меню

Измерение малого расхода жидкости



Расходомеры малых расходов в России

Расходомеры Bronkhorst® занимают особую нишу: они разработаны для измерения и регулирования малых расходов газов и жидкости. В статье приводится обзор основных решений Bronkhorst®, представленных на российском рынке: рассмотрены характеристики расходомеров EL-FLOW и IN-FLOW, MASS-VIEW, mini CORI-FLOW, системы генерации пара CEM, приведены примеры их применения. В России расходомеры Bronkhorst® представляет компания ООО «Сигм плюс инжиниринг», имеющая свою измерительную лабораторию для калибровки и поверки этой уникальной продукции.

ООО «Сигм плюс инжиниринг», г. Москва

На рынке в настоящий момент представлены расходомеры самых различных принципов действия от российских и зарубежных производителей, список доступных опций ограничивается только бюджетом. Однако в большинстве случаев все эти приборы рассчитаны на измерение расходов газов и жидкостей от десятков кубических метров в час. Если же необходим прибор для измерения малых расходов, например 10 мл/мин, найти его не так просто. Редко кто из производителей серийно выпускает подобные расходомеры, да и перечень возможных технологий измерения таких расходов сильно ограничен.

Казалось бы, а нужны ли такие расходы российской науке и производству? Оказывается, нужны. Подача присадок (одорантов), катализаторов в химической и нефтехимической промышленности, фармацевтика, полупроводниковое производство, газоаналитические измерения (газоанализаторы, хроматографы), пилотные и стендовые установки, применяемые для физического моделирования и отработки регламентов процессов в научных исследованиях, – вот далеко не полный список применений, требующих измерения и регулирования малых расходов газов и жидкостей с высокой точностью и воспроизводимостью.

Компания «Сигм плюс инжиниринг» занимается поставками высокоточных измерителей и регуляторов расхода и давления от голландской компании Bronkhorst® в России с 1998 года. Производитель из Нидерландов нашел свою нишу на международном рынке – малые расходы газов и жидкостей. Линейка газовых расходомеров Bronkhorst® начинается с приборов, позволяющих измерять расход 0,014 мл/мин, а жидкостных – с уникальных приборов, фиксирующих расход 5 мг/ч! Продукция Bronkhorst® внесена в Государственный реестр средств измерения РФ, а компанией «Сигм плюс инжиниринг» построена эталонная база для проведения первичных и периодических поверок.

Рассмотрим основные серии расходомеров Bronkhorst® и варианты их практического применения.

Расходомеры EL-FLOW и IN-FLOW

Наиболее популярная серия газовых расходомеров – тепловые с разделением потока EL-FLOW (лабораторное исполнение со степенью защиты IP40) и IN-FLOW (промышленное исполнение со степенью защиты IP65). Используемый принцип измерения позволяет работать с расходами, начиная от 0,014 мл/мин. При этом благодаря конструкции расходомеров можно, используя один и тот же сенсор, измерять как микрорасходы, так и расходы вплоть до 11 000 м³/ч.

Газовый расходомер серии EL-FLOW и схема генератора газовых смесей:
1 – генератор газовой смеси; 2 – регулятор расхода газа; 3 – смесительная камера

Практическое применение. Динамическое приготовление поверочных и калибровочных смесей для настройки хроматографов

Конструктивные особенности позволяют использовать расходомеры EL-FLOW и IN-FLOW для автоматического регулирования потоков практически любых технологических газов. Для настройки хроматографов необходимо обеспечить точный и стабильный (без пульсаций) расход основного (разбавляющего) и калибровочных газов (рис. 1). Тепловой измеритель массового расхода, прецизионный регулирующий клапан и ПИД-регулятор на основе микропроцессора, входящие в состав регулятора расхода EL-FLOW, позволяют создать смесь точно заданного состава.

Напыление покрытий на стекла

Пример применения промышленных расходомеров IN-FLOW – установки напыления, работающие в режиме 24 × 7 и создающие однородные по площади покрытия (рис. 2). Для такой задачи требуются расходомеры с высокой долговременной стабильностью поддержания расхода и малым временем отклика.

Рис. 2. Газовый расходомер серии IN-FLOW и газовая схема установки напыления

Конвертерная плавка стали

Еще один пример применения IN-FLOW – операция на металлургическом предприятии, при которой требуется обеспечить непрерывное движение расплавленного железа внутри конвертера за счет подачи азота и аргона в нескольких точках (рис. 3). В целях экономии следует ограничивать подачу газов, поддерживая ее на достаточном уровне. Расходомеры IN-FLOW стабильно работают в условиях постоянно меняющегося давления в конвертере.

Рис. 3. Газовый расходомер серии IN-FLOW и конвертер с газовой схемой

В линейке продукции Bronkhorst® есть и интересные «классические» тепловые расходомеры, выполненные в форм-факторе поплавкового ротаметра. Речь идет о расходомерах MASS-VIEW (рис. 4). Важно отметить, что они измеряют массовый расход газа, их показания практически не зависят от давления и температуры рабочего газа в отличие от поплавковых ротаметров, измеряющих объемный расход. Конкурентная цена, высокая точность, цифровой и аналоговый интерфейсы, а также монтаж прямо на место старых поплавковых ротаметров обеспечивают стабильный интерес покупателей к этим приборам.

Рис. 4. Электронный ротаметр MASS-VIEW и газовая схема реактора

Практическое применение. Реакторные системы

MASS-VIEW незаменим, когда необходимо подобрать оптимальные условия для протекания реакции: расход газа на входе и выходе из реактора, давление и температуру в реакторе. Расходомеры MASS-VIEW измеряют именно массовый расход газа, что важно для подбора условий реакции. Они имеют и локальную индикацию, и цифровой интерфейс, позволяющий интегрировать прибор с автоматизированной системой управления. Встроенный регулирующий клапан дает возможность устанавливать требуемый расход.

Читайте также:  Измерение жидкости с помощью составной мерки

Расходомеры mini CORI-FLOW

В настоящее время широко применяются кориолисовые расходомеры. К их бесспорным преимуществам относятся возможность непосредственного измерения массового расхода, плотности и температуры рабочей среды, высокая точность. Один и тот же расходомер может работать как с газом, так и с жидкостью. Компания Bronkhorst и здесь остается верной выбранной стратегии. Расходомеры серии mini CORI-FLOW способны измерять расход от 0,05 г/ч, то есть капля в час! В настоящий момент ведется работа над созданием кориолисового расходомера еще с меньшим диапазоном измерений: от 0,01 до 10 г/ч.

Кориолисовые расходомеры Bronk­­horst могут комплектоваться регулирующими клапанами или разнообразными насосами. В итоге получается прецизионная система дозирования, позволяющая реализовывать схему пропорционального дозирования (рис. 5).

Рис. 5. Кориолисовый расходомер mini CORI-FLOW с насосом и схема приготовления смеси

Практическое применение. Приготовление раствора для контактных линз

Использование схемы пропорционального дозирования для приготовления раствора дает возможность в значительной степени оптимизировать процесс производства контактных линз. Расходомеры mini CORI-FLOW и CORI-FLOW с насосами позволяют реализовать компактный блок дозирования, точно поддерживающий соотношение очищающей жидкости и физраствора.

Совсем недавно продуктовая линейка расходомеров на малые расходы компании Bronkhorst пополнилась ультразвуковыми расходомерами серии ES-FLOW (рис. 6). Разработанная технология Ultrasonic Wave позволила создать уникальный сенсор. Он позволяет измерять с помощью одного прибора объемный расход жидкости в рекордно низком для ультразвуковых сенсоров диапазоне: от 4 до 1500 мл/мин. При этом расходомер обладает высокой точностью и линейностью, обеспечивает низкий перепад давления. Существенно, что показания расходомера не зависят от типа измеряемой среды, ее плотности, вязкости и температуры.

Рис. 6. Ультразвуковой расходомер ES-FLOW

Система генерации пара CEM

Существует ряд задач, для которых необходимо создавать пар определенной концентрации. Система смешивания и испарения CEM (Controlled Evaporation and Mixing) – современное решение для генерации пара, которое может заменить традиционные устройства барботажного типа (рис. 7). Она состоит из регулятора расхода жидкости, регулятора расхода газа и термостатируемого устройства смешения и испарения. Отличительными особенностями СЕМ являются точное дозирование жидкости и газа (массовый расход), быстрый отклик, очень стабильный поток пара.

Рис. 7. Система генерации пара СЕМ и схема подачи пара в реактор

Практическое применение. Водоотталкивающие ткани

Один из примеров применения системы генерации пара CEM – обработка ткани жидким кремний­органическим соединением гексаметилдисилоксан (HMDSO). Во время этой операции необходимо обеспечить точную концентрацию активного вещества в паре, стабильно поддерживать расход пара как на малых, так и на больших расходах.

Эталонная база ООО «Сигм плюс инжиниринг»

Вполне закономерно, что ограниченное количество игроков на рынке расходомеров малых расходов в России сопровождается недостатком эталонной базы для калибровки и поверки приборов. В связи с этим в 2008 году руководство компании «Сигм плюс инжиниринг» приняло решение о создании измерительной лаборатории. Теперь это одна из немногих в стране компаний, обладающих эталоном, который фиксирует минимальный расход 2 мл/мин по газу и 1 г/ч по жидкости. Верхний предел эталонов составляет 200 м³/ч по газу и 600 кг/ч по жидкости. К концу года планируется увеличение расхода по газу до 400 м³/ч. Еще одна особенность эталонов – испытание расходомеров на избыточном давлении.

Благодаря огромному опыту, накопленному без малого за 20 лет работы с приборами Bronkhorst®, в настоящее время ООО «Сигм плюс инжиниринг» предоставляет полный спектр услуг, начиная от подбора прибора в соответствии с задачей заказчика, поставки и установки, и заканчивая полной постпродажной поддержкой, включая периодическую поверку и ремонт. Более того, открытая в 2011 году в Москве собственная сборочная линия позволила компании значительно сократить срок поставки некоторых наиболее популярных серий приборов.
Ваша задача – наше решение!

Статья опубликована в журнале «ИСУП» № 5(71)_2017

Источник

Измерение расхода жидкости: приборы и методы

Расход – это объем жидкости протекающий в единицу времени через поперечное сечение трубопровода. Измерение расхода жидкости является одной из задач при производственных испытаниях оборудования.

В этой статье мы собрали для Вас все современные методы определения расхода жидкости, а так же приборы для измерения расхода: трубчатые расходомеры, расходомерные шайбы, крыльчатые расходомеры, ультразвуковые и вихревые расходомеры.

Содержание статьи

Методы измерения расхода жидкости

Наиболее простые и вместе с тем точные методы измерения расхода жидкости являются объемный и массовый (весовой).

В соответствии с методами измерения, единицами расхода жидкости являются:
для объемного способа: м 3 /с, м 3 /ч
для массового способа: кг/c, кг/ч, г/с и т.д.

Читайте также:  Прибор для измерения герметичности двухтактного двигателя

При объемном способе измерения протекающая в исследуемом потоке(например, в трубе) жидкость поступает в особый, тщательно протарированный сосуд (так называемый мерник), время наполнения которого точно фиксируется по секундомеру.

Если известен объем мерника – V и измеренное время его наполнения – T, то объемный расход будет

При весовом способе взвешиванием находят вес Gv = mv*g (где g – ускорение свободного падения) всей жидкости, поступившей в мерник за время T. Затем определяют её массу

и массовый расход

и по ней, зная плотность жидкости (ρ), вычисляют объемный расход

Но объемный и весовой методы измерения расхода жидкости пригодны только при сравнительно небольших значениях расхода жидкости, так как в противном случае размеры мерников получаются довольно громоздкими и, как следствие, замеры очень затруднительными.

Кроме того, этими способами невозможно измерить расход в произвольном сечении, например, длинного трубопровода или канала без нарушения их целостности. Поэтому, за исключением случаев измерения сравнительно небольших расходов жидкостей в коротких трубах и каналах, объемный и весовой способы, как правило, не применяются, а на практике пользуются специальными приборами, которые предварительно тарируются объемным или весовым способом.

Приборы для измерения расхода жидкости

Трубчатые расходомеры

Одним из таких приборов является трубчатый расходомер или расходомер Вентури. Большим достоинством этого расходомера является простота конструкции и отсутствие в нем каких-либо движущихся частей. Трубчатые расходомеры могут быть горизонтальными и вертикальными. Рассмотрим, к примеру, горизонтальный вариант.

Расходомер состоит из двух цилиндрических труб А и В диаметра d1, соединенных при помощи двух конических участков (патрубков) С и D с цилиндрической вставкой E меньшего диаметра d2. В сечениях 1-1 и 2-2 расходомера присоединены пьезометрические трубки a и b, разность уровней жидкости h в которых показывает разность давлений в этих сечениях.

Расход жидкости в этом случае определяется по тарировочным кривым, полученным опытным путем и дающим для данного расходомера прямую зависимость между показаниями манометра и измеряемыми расходами жидкости. Пример такой кривой на картинке рядом

Расходомерная шайба

Другим широко распространенным прибором для измерения расхода является расходомерная шайба (или диафрагма), обычно выполняемая в виде плоского кольца с круглым отверстием в центре, устанавливаемого между фланцами трубопровода

Края отверстия чаще всего имеют острые входные кромки под углом 45° или закругляются по форме втекающей в отверстие струи жидкости (сопло). Два пьезометра a и b (или дифференциальный манометр) служат для измерения перепада давления до и после диафрагмы.В основе метода положен принцип неразрывности Бернулли.

Расход в этом случае определяется по замеренной разности уровней в трубках. Трубки подсоединяют к датчикам, замеряющим перепад давления. Датчик перепада давления преобразует перепад в электрический сигнал, который отправляется на компьютер.

Крыльчатый расходомер

Расходы могут быть вычислены также в результате измерения скоростей течения жидкости и живых течений потока.

Одним из широко распространенных приборов, применяемых для этой цели является гидрометрическая вертушка. Современный турбинный расходомер устанавливают только на горизонтальном участке трубопровода. Лопасти крыльчатки колеса турбины изготавливают из не магнитного материала.

Вертушка состоит из крыльчатки А, представляющей собой колесо с винтовыми лопастями, насаженное на горизонтальный вал С. Когда она установлена в потоке, крыльчатка под действием протекающей жидкости вращается, причем число её оборотов прямо пропорционально скорости течения. Число импульсов за один оборот крыльчатки равно числу лопастей, а значит частота импульсов пропорциональна расходу.

При вращении лопасти поочередно пересекают магнитное поле, которое наводит электродвижущую силу в катушке в виде импульса. От вертушки вверх выводятся провода В, подающему сигнал к специальному счетчику, автоматически записывающему число оборотов и время.

Приборы для измерения расхода жидкости в этом случае называют турбинными расходомерами

Ультразвуковой метод измерения расхода

Ультразвуковой расходомер работает по принципу использования разницы по времени прохождения ультразвукового сигнала в направлении потока и против него.

Расходомер формирует электрический импульс, поступающий на пьезоэлемент П1, который излучает электромеханические колебания в движущуюся среду. Эти колебания воспринимаются через некоторое время пьезоэлементом П2, преобразуются им в электрический импульс, попадающий в электронное устройство и снова направляемый им на пьезоэлемент П1 и т.д.

Такой контур П1-П2 характеризуется частотой f1 повторений импульсов, прямо пропорциональной расстоянию между пьезоэлементами и обратно пропорциональной разности между скоростью распространения звука в контролируемой среде и скоростью самой среды.

Аналогично электронное устройство подает импульсы в обратном направлении, т.е. от пьезоэлемента П2 к пьезоэлементу П1. Контур П2-П1 характеризуется своей частотой f2 повторений импульсов, прямо пропорциональной расстоянию между пьезоэлементами и обратно пропорциональной сумме скоростей распространения звука в среде и самой среды.

Следующим шагом является определение разности Δf указанных частот, которая пропорциональна расходу среды. Приборы для измерения расхода жидкости называются ультразвуковые расходомеры.

Читайте также:  Характеристика прибора для измерения скорости

Вихревой метод измерения расхода

В основу работы вихревых расходомеров положена зависимость между расходом и частотой возникновения вихрей за твердым телом (например, металлическим прямоугольным стержнем), которое расположено в потоке жидкости или газа.

Принцип действия преобразователя основан на ультразвуковом детектировании вихрей, образующихся в потоке жидкости, при обтекании жидкостью специальной призмы, расположенной поперек потока.

В зависимости от конструкции датчика чувствительные тепловые элементы устанавливаются непосредственно в теле датчика или вихревой дорожке.

Если в тело образующее вихри, установить магнит, то он может служить датчиком. Реакция, возникающая при срыве вихрей, заставляет помещённый в поток цилиндр колебаться с частотой вихреобразования. Достоинством вихревых расходомеров является, обеспечение низкой зависимости качества измерений от физико-химических свойств жидкости, состояния трубопровода, распределения скоростей по сечению потока и от точности монтажа первичных преобразователей на трубопроводе. Приборы для измерения расхода жидкости называются вихревые расходомеры.

Видео о измерении расхода

При проведении измерения расхода, в некоторых случая используется понятие количества вещества – это количество жидкости или другой среды, проходящей через поперечное сечение трубопровода в течении определенного промежутка времени(за час, месяц, рабочую смену и т.д.)

Приборы для измерения количества вещества по аналогии с измерением расхода монтируются на – на трубопроводе, с выводом вторичного прибора к оператору.

Источник

ПРАМЕНЬ — Производство и поставка расходомеров, счетчиков топлива. — ООО ПРАМЕНЬ. Производство расходомеров, дозаторов, искробезопастных барьеров

Звоните:+74993488793, +74957776675доб 29797, 810 375293333813
факс: +7 (495) 777-66-75 доб. 37645

WhatsApp;Viber: +375293333813
Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Область измерения

Измерение малых расходов жидкостей и газов необходимо при проведении различных научно-исследовательских работ и при контроле многих промышленных процессов.

При этом верхнюю границу малых расходов целесообразно связать с со-ответствующей верхней границей диаметра трубопровода DB. Если принять DB = 10 мм, то Qmax ДЛЯ жидкостей будет около 1 м3/ч, а для газов — около 10 м3/ч. Если верхнюю границу DB уменьшить в два раза, то указанные значения Qmax соответственно уменьшатся в четыре раза. А нижняя граница малых расходов определяется требованиями практики.

Расходомеры обтекания

Расходомеры обтекания

Существует ряд конструкций расходомеров обтекания (ротаметров), предназначенных для измерения малых расходов. Наиболее известными из них являются ротаметры типа РМ-1 с условным диаметром 3 мм.

Расходомеры особых типов

Расходомер с осциллирующим шариком . Расходомер с осциллирующим шариком применяют для измерения весьма малых расходов жидкости. В данном приборе шарик 2 из магнитной коррозионно-стойкой стали, который находится в стеклянной трубке 3, совершает вынужденные колебания вверх и вниз под воздействием электромагнитов 4, расположенных в верхней части трубки. В средней части трубки от осветителя 1 на фотоэлемент 8 падает луч света. Шарик, поднимаясь вверх, в средней части трубки прерывает этот луч света. Это приводит к выключению электромагнитов через генератор импульсов 7 и усилительное устройство 5, вследствие чего шарик 2 падает на упор. Затем цикл повторяется. Чем больше расход жидкости, поступающей в трубку снизу, тем медленнее происходит падение шара и тем меньше частота его колебаний, измеряемая прибором 6 [1]. Частота колебаний шарика равна 3 Гц при Qmax и 20 Гц при Q = 0. Диапазон измерений расхода 0,05—1000 см3/мин обеспечивается набором сменных шариков и стеклянных трубок, погрешность ±2 %.

Расходомеры переменного перепада давления

Для измерения микрорасходов применяются миниатюрные сужающие устройства, преобразователи типа различных гидравлических сопротивлений (такие как капиллярные, гидравлические мосты и реометры), а также ударно-струйные преобразователи, которые требуют индивидуальной градуировки.

Тахометрические расходомеры

Тахометрические расходомеры имеют несколько основных разновидностей: турбинные, шариковые и камерные, — все из которых нашли своё применение для измерения малых расходов газа и жидкостей, в особенности жидкостей.

Тепловые расходомеры

Для измерения малых расходов жидкостей и газов используют тепловые расходомеры термоконвективного типа, так как они не имеют контакта с измеряемым веществом.

Обычно применяют симметричное расположение термопреобразователей относительно нагревателя, для того чтобы иметь развитую начальную восходящую ветвь градуировочиой кривой при постоянной мощности нагрева.

Меточные расходомеры для измерения микрорасходов

Меточный метод редко применяют для измерения малых расходов. Обычно для этой цели используют оптические и тепловые метки, перекрывающие, как правило, всё сечение трубы маленького диаметра.

На расстоянии L от места ввода метки в стенке трубы с двух сторон расположены окна из оптически прозрачного материала. Против одного окна помещают осветитель и фокусирующие линзы, против другого — фотоэлемент. Для более точного измерения времени перемещения метки лучше на обоих концах контрольного расстояния установить осветительные лампы и фотоэлементы.

Источник