Меню

Какие приборы применяются для измерения расхода жидкости



Какие приборы применяются для измерения расхода жидкости

Расходом вещества называется количество вещества, проходящее через данное сечение канала в единицу времени.
За единицу измерения массового расхода принят кг/с (на практике чаще используется т/ч).
Приборы, измеряющие расход (т.е. количество вещества за единицу времени), называются расходомерами. Расходомеры позволяют измерять расход и количество вещества.

В зависимости от принятого метода измерения (т.е. принципа действия) все расходомеры подразделяются на:

· тахометрические;
· переменного перепада давления;
· постоянного перепада давления (расходомеры обтекания);
· электромагнитные (индукционные);
· ультразвуковые;
· инерциальные;
· вихревые и вихреакустические;
· оптические (лазерные);
· тепловые;
· меточные;
· ядерно-магнитные;
· центробежные и др.

Тахометрические расходомеры, т.е. скоростные счетчики, служат для измерения количества жидкостей. Тахометрические расходомеры преобразуют скорость потока в угловую скорость вращения обтекаемого элемента. О количестве жидкости, прошедшей через прибор, судят по числу оборотов обтекаемого элемента (лопастной вертушки, турбины, шарика, барабана и др.), расположенного на пути потока.

Расходомеры переменного перепада давления преобразуют скоростной напор в перепад давления. Измерение расхода по этому методу основано на изменении потенциальной энергии (статического давления) вещества, протекающего через сужающее устройство в трубопроводе.

Расходомеры обтекания (расходомеры постоянного перепада давления) преобразуют скоростной напор в перемещение обтекаемого тела. Расходомеры постоянного перепада давления бывают следующих конструктивных разновидностей: ротаметры, поршневые, гидродинамические и поплавковые расходомеры. Принцип действия всех указанных приборов основан на силовом взаимодействии потока и помещенного в него тела.

Электромагнитные (индукционные) расходомеры, преобразующие скорость движущейся в магнитном поле проводящей жидкости в ЭДС, относятся к бесконтактным, т.е. в них отсутствует прямой контакт измеряемой среды с узлами прибора. Эти расходомеры подразделяются на приборы с электромагнитным преобразователем расхода и приборы с электромагнитным преобразователем скорости потока.

Работа ультразвуковых расходомеров основана на эффекте увлечения звуковых колебаний движущейся средой. Измерение расхода жидкости осуществляется путем косвенных измерений следующих величин:
· разности времен прохождения ультразвуковых импульсов по потоку и против него (времяимпульсный метод);
· разности фаз между ультразвуковыми колебаниями, распространяющимися по потоку и против него (фазовый метод);
· разности частот двух автогенераторов, в качестве элемента обратной связи которых используется контролируемая среда (частотный метод).

Инерциальные расходомеры (турбосиловые; кориолисовы; гироскопические) основаны на инерционном воздействии массы движущейся с линейным или угловым ускорением жидкости.

Вихревые и вихреакустические расходомеры. Принцип действия этих расходомеров основан на эффекте Ван Кармана, согласно которому при обтекании неподвижного твердого тела потоком жидкости за телом образуется вихревая дорожка, состоящая из вихрей, поочередно срывающихся с противоположных сторон тела. Частота образования вихрей за телом пропорциональна скорости потока. Детектирование вихрей и определение частоты их образования позволяет определить скорость и объемный расход среды.
В зависимости от способа детектирования частоты вихрей различают вихревые и вихреакустические расходомеры. В вихревых расходомерах определение частоты вихреобразования производится при помощи двух пьезодатчиков, фиксирующих пульсации давления в зоне вихреобразования («съем сигнала по пульсациям давления»). В вихреакустических расходомерах в качестве тела обтекания применяется призма трапецеидального сечения, а детектирование вихрей производится с помощью ультразвуковых преобразователей. Вихреакустические расходомеры применяются в чистых жидкостях с низкой вязкостью без завихрений, которые движутся со средней или высокой скоростью.

Оптические (лазерные) расходомеры относятся к бесконтактным приборам расхода. В настоящее время распространение получили две конструктивные разновидности оптических (лазерных) расходомеров, отличающиеся лежащими в их основе физическими явлениями: расходомеры, основанные на эффекте рассеяния света движущимися частицами (допплеровские расходомеры), и расходомеры, основанные на эффекте Физо-Френеля увлечения света движущейся средой.

Тепловые расходомеры основаны на эффекте переноса тепла движущейся средой от нагретого тела.

Существуют два способа измерения массового расхода жидкостей и газов:
· по значению мощности, потребляемой нагревателем и обеспечивающей постоянную разность температур ∆Т;
· по разности температур ∆Т при неизменной мощности, подводимой к нагревателю.
В первом случае расходомеры работают как регуляторы температуры нагрева потока, у которых измерительным и регулирующим элементом является уравновешенный мост с термометрами сопротивления до и после нагревателя. При изменении разности температур мост выходит из равновесия и включает устройство, которое изменяет регулировочное сопротивление до тех пор, пока не восстановится заданная степень нагрева. Массовый расход при этом определяют по показаниям ваттметра, включенного в цепь нагревателя.
Датчики калориметрических расходомеров второго типа состоят из двух последовательно соединенных термометров сопротивления, устанавливаемых до и после нагревателя. Последовательное соединение термометров обеспечивает равенство токов в их цепях, что позволяет градуировать их непосредственно по разности температур. Кроме термометров сопротивления используют также термисторы и термопары.

Читайте также:  Единицы измерения динамика изменения объемов

Меточные расходомеры (с тепловыми, ионизационными, магнитными, концентрационными, турбулентными метками), основанные на измерении скорости или состоянии «метки» при ее прохождении между двумя фиксированными сечениями потока. Расходомеры, основанные на этом методе измерений, состоят из устройства, периодически создающего ту или иную «метку» потока; устройства, фиксирующего момент прохождения «метки», и прибора, измеряющего продолжительность перемещения «метки» на фиксированное расстояние.

Ядерно-магнитные расходомеры (ЯМР-расходомеры). Принцип работы ЯМР-расходомеров основан на зависимости амплитуды сигнала ядерного резонанса А от скорости течения жидкости v.

Наибольшее распространение получили расходомеры пяти групп (переменного и постоянного давления, тахометрические, электромагнитные и ультразвуковые). Расходомеры остальных групп используются пока для решения специальных измерительных задач.

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.

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.

Читайте также:  Назовите основные единицы измерения давления объема температуры

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.

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

Типы расходомеров: преимущества и недостатки

Расходомер представляет собой прибор для измерения количества израсходованного (пройденного через трубопровод) рабочего вещества, жидкости или газа. Поскольку сжимаемые и несжимаемые вещества имеют свою специфику измерения, то и устройства в этом сегменте различаются по принципам действия. Каждая категория рассчитана на работу в среде с определенными эксплуатационными характеристиками, отличается особыми параметрами, имеет свои преимущества и недостатки.

Электромагнитные расходомеры

В основе таких приборов – закон Фарадея (электромагнитной индукции). Электродвижущая сила формируется под воздействием воды или другой проводящей жидкости, проходящей через магнитное поле. Получается, что жидкость течет между полюсами магнита, создавая ЭДС, а прибор фиксирует напряжение между 2 электродами, тем самым измеряя объем потока. Этот прибор работает с минимальными погрешностями при условии транспортировки очищенных жидкостей и никак не тормозит поток.

Преимущества электромагнитных расходомеров

  • В поперечном сечении нет движущихся и неподвижных деталей, что позволяет сохранить скорость транспортировки жидкости.
  • Измерения можно производить в большом динамическом диапазоне.

Недостатки

  • Если в жидкости будут магнитные и токопроводящие осадки, загрязнения, то прибор будет работать с искажениями.
Читайте также:  Что такое магнитный поток формула обозначение единицы измерения

Ультразвуковые расходомеры

Расходомеры этого типа дополнены передатчиками УЗ-сигналов. Скорость прохождения сигнала от передатчика до приемника будет меняться каждый раз при движении жидкости. Если ультразвуковой сигнал идет по направления потока, то время уменьшается, если против – увеличивается. По разности времени прохождения сигнала по потоку и против него и рассчитывается объемный расход жидкости. Как правило, такие устройства комплектуются аналоговым выходом и микропроцессорным блоком управления, а все отображаемые данные выводятся на LED-дисплей.

Достоинства ультразвуковых расходомеров

  • Устойчивость к вибрациям и ударам.
  • Стабильный долговечный корпус.
  • Подходят для нефтеперерабатывающей промышленности и систем охлаждения.
  • Выполняют замеры расхода воды и жидкостей, подобных воде по физическим свойствам.
  • Работают в среднем динамическом диапазоне измерений.
  • Могут монтироваться на трубопроводы больших диаметров.

Недостатки

  • Повышенная чувствительность к вибрациям.
  • Восприимчивость к осадкам, поглощающим либо отражающим ультразвук.
  • Чувствительность к перекосам потока.

Тахометрические расходомеры

В расходомерах тахометрического типа основным измерительным элементом служит крыльчатка или турбина (располагаются перпендикулярно или параллельно проходящему потоку соответственно). В процессе замеряются скорость вращения и количество оборотов, сделанных в потоке.

Преимущества

  • Подходят для измерения расхода жидкости, пара и газа.
  • Простые и дешевые модели.
  • Легко монтируются на трубопроводы малых диаметров и часто используются в бытовых условиях.
  • Работают без источника питания, электроподключение не требуется.

Недостатки

  • Для трубопровода большого диаметра (то есть в промышленном учете) тахометрические расходомеры будут слишком дорогими из-за повышенной металлоемкости, а также чересчур громоздкими.
  • Создают гидравлическое сопротивление потоку и в случае с большими диаметрами могут стать причиной «блокировки» или выйти из строя из-за механических поломок.
  • Невысокая надежность для промышленных измерений, малый динамический диапазон.
  • Недостаточная точность учета: на результаты влияют примеси и посторонние предметы в потоке.
  • Срок эксплуатации недостаточно высокий: подходит для бытовых условий, но не для промышленности.

Кориолисовы расходомеры

В основе действия – эффект Кориолиса: U-образные трубки подвергаются колебаниям при движении, а вибрационные колебания, в свою очередь, вызывают закручивание вещества. Величина сдвига фаз зависит от массового расхода жидкости или пара. Расход измеряется с учетом образуемого угла закручивания. Чаще всего такие расходомеры применяются для жидкостных сред, в том числе для красок, лаков, жидких полимеров.

Преимущества

  • Массовый расход измеряется напрямую.
  • Осадки или загрязнения, растворенные в жидкости, не влияют на результаты измерений.
  • Препятствий во внутреннем сечении нет, система работает стабильно.
  • Подходят для измерения всех типов жидкости, вне зависимости от их электрической проводимости.

Недостатки

  • Дороговизна, сложные технологические компоненты.
  • Необходимость высокоточного монтажа.
  • Точность проведения замеров может изменяться при сильных вибрациях.

Вихревые расходомеры

В таких приборах проводится измерение частоты колебаний, возникающих в потоке газа или жидкости в момент обхождения препятствий. Обтекание приводит к образованию вихрей (собственно, поэтому этот тип устройств и получил свое название), а величина изменения завихрений позволяет вычислить силу потока.

Преимущества

  • Подходят для измерения расхода газов, технического воздуха.
  • Движущихся частей в конструкции нет.

Недостатки

  • В сечении есть механические препятствия, мешающие движению среды.
  • При загрязнении тела обтекания точность измерения существенно снижается.
  • Прибор чувствителен к изменениям температуры.
  • Возникновение вибраций влияет на результаты.
  • Измерения возможны в малом динамическом диапазоне.

Вихревые расходомеры измеряют частоту колебаний, которые возникают в потоке жидкости или газа, когда они обтекают препятствия. При обтекании препятствий образуется вихрь, от которого приборы и получили свое название.

Расходомеры перепада давления

В основе принципа действия таких приборов – измерение перепада давления, возникающего в момент прохождения жидкостного или газового потока через сужающееся приспособления (шайбу, сопло). В этом месте меняется скорость потока, а давление возрастает. Замеры в точке прохождения препятствия производятся с использованием дифференциального датчика давления.

Преимущества

  • Движущиеся части в приборе отсутствуют.

Недостатки

  • Измерения возможны в малом динамическом диапазоне.
  • Любые осадки на сужающем устройстве приводят к значительным погрешностям.
  • Механические препятствия в сечении снижают надежность конструкции.

Эти шесть вариантов считаются основными типами расходомеров для измерения объемов жидкостей и газообразных сред, воздух и воды.

В компании Измеркон предлагается широкий выбор промышленных расходомеров воздуха и сжатых газов, в том числе и с цифровым интерфейсом. Вы можете подобрать подходящую модель, ориентируясь на описание или проконсультировавшись с менеджерами. Наша компания из Санкт-Петербурга обеспечивает отправку измерительных приборов по всей России.

Источник