Прибор, измеряющий расход, т е. количество вещества, проходящее в трубопроводах в единицу времени, называют расходомером

Скачать 0.84 Mb.

Название	Прибор, измеряющий расход, т е. количество вещества, проходящее в трубопроводах в единицу времени, называют расходомером
страница	4/6
Тип	Документы

rykovodstvo.ru > Руководство эксплуатация > Документы

1 2 3 4 5 6

Счетчики жидкости с овальными шестернями

Рассматриваемые счетчики состоят из двух овальных шестерен, который находятся в зацеплении (см. рис. 2.18) и вращаются в противоположные стороны. Под влиянием разности давлений жидкости в подводящей и отводящей трубах и перемещающих при этом определенные ее объемы.

Рис. 2.18. Схема зубчатого счетчика с овальными шестернями

Их применяют для измерения количества жидкостей с давлением до 6,4 МПа, температурой от 40 до +120 °С и давлением до 6,4 МПа в трубах диаметром от 15 до 80 мм. Их габаритные размеры и масса значительно меньше, чем у поршневых счетчиков, благодаря вращательному движению разделительных элементов.

Счетчики классов 0,25 и 0,5 с овальными шестернями широко применяют для измерения различных нефтепродуктов.

Если вязкость у измеряемой жидкости меньше вязкости градуировочной, то надо увеличить показания, чтобы кривая погрешности сместилась в плюсовую область. При большой вязкости поступают наоборот.

Если счетчик с овальными шестернями снабдить тахометрическим преобразователем или же тахометром, измеряющим частоту вращения выходного вала редуктора, то тогда наряду с измерением количества прошедшей жидкости будет измеряться и ее расход. При этом необходимо иметь устройство (например, демпфирующее) для сглаживания пульсаций шестерен в пределах каждого их оборота.

Погрешность составляет не более 1 % от измеряемого значения.
Лопастные счетчики жидкости (Рис. 1.19) состоят из цилиндра, вращающегося внутри цилиндрической камеры, и четырех лопастей, перемещающихся в радиальных прорезях последнего. Одна или две из этих лопастей всегда принудительно выдвинуты из цилиндра практически до упора во внутреннюю поверхность камеры, перекрывая при этом кольцевой проход. Лопасти, находясь под разностью давлений жидкости, входящей и уходящей из счетчика, перемещаются вместе с ней, вызывая одновременно вращение цилиндра.

http://messeko.ru/images/rashod/k 250.jpg

Рис. 2.19. Лопастной счетчик

Могут быть со скользящими или же со складывающимися лопастями. Наибольшее применение имеют первые. Лопасти имеют либо кулачковое управление, либо движутся, упираясь пружинами в стенку камеры.

Принудительное перемещение лопастей в радиальных прорезях наиболее часто осуществляется с помощью профилированного кулачка, реже - под воздействием направляющей кромки внутри измерительной камеры. В первом случае вокруг расположенного в центре неподвижного профилированного кулачка обкатываются четыре ролика, каждый из которых закреплен на своей лопасти. В данном случае лопасти не упираются во внутреннюю поверхность камеры, из-за чего между ними остается небольшой зазор. Для предотвращения непосредственного перетекания жидкости из подводящей трубы в отводящую служит кольцевая вставка.

При втором способе вращающийся цилиндр размещен эксцентрично относительно измерительной камеры. Лопасти в данном случае под воздействием пружин или же благодаря механической связи противоположных лопастей принудительно прижимаются к внутренней поверхности камеры, образуя две лопастные пары. Здесь протечки через зазоры сведены до минимума. Но данный способ имеет существенный недостаток: трение лопастей о цилиндрическую поверхность камеры, что приводит к изнашиванию трущихся поверхностей и увеличивает потерю давления. При кулачковом приводе лопастей этих недостатков нет, но необходимо обеспечить малые (около 0,05 мм) зазоры, для чего кулачковый механизм, лопасти и внутреннюю поверхности камеры выполняют с повышенной точностью, что обеспечивает минимальные неконтролируемые утечки жидкости в счетчике, поэтому данным счётчиком преимущественно измеряют количество маловязких жидкостей (легких нефтепродуктов, спирта и т. п.).

Лопастные расходомеры предназначены для измерения жидкости в трубах диаметром 100-200 мм. Используются для измерения маловязких и средневязких жидкостей. Используются при измерении расходов на испытательных стендах, в гидроприводах станков и технологического оборудования, на стационарных и передвижных бензо- и маслозаправочных станциях, в топливных системах карбюраторных и дизельных двигателей автомобилей, тракторов, строительно-дорожных, сельскохозяйственных, лесозаготовительных машин, тепловозов и судов, как дозаторы при заливке танкеров, железнодорожных цистерн, резервуаров.

Рабочей средой могут быть: нефть и нефтепродукты (минеральные масла, мазут, бензин, керосин, дизельное топливо и др.), вода, жидкие химические вещества, сжиженный газ, кислород, азот, природный газ, фреон и многие другие однофазные жидкости и газы.

Преимущества: обладают высокой точностью, однако потери давления при измерении сред, выше, чем у турбинных расходомеров. Точность замеров зависит от скорости потока и вязкости среды. Для лопастных расходомеров характерны бесшумность в работе, чувствительность даже к капельным расходам рабочей жидкости, малая инерционность вращающихся частей, долговечность и надежность. Также эти счетчики легко ремонтировать. При необходимости замены комплекта ротора снимают заднюю крышку, вынимают его из корпуса и заменяют новым, не разбирая весь прибор.

При заказе счётчика указывают его тип и диапазон вязкостей измеряемой жидкости.

Ковшовые счетчики жидкости

Ковшевые камерые счетчики состоят из цилиндрического ротора с крестообразным поперечным сечением, на котором укреплены оси четырех полуцилиндрических ковшей. Под влиянием разности давлений на ковши, находящиеся у входа и выхода жидкости, ротор вращается. При этом ковши поворачиваются вокруг своих осей, но так, что их наклон к горизонтальной оси счетчика остается неизменным.

На концах ротора имеются две дисковые пластины с укрепленными на них четырьмя подшипниками. Внутри этих подшипников вращаются оси ковшей. Для прохода жидкости имеется кольцевой канал, расположенный между измерительной камерой и ротором. Внизу данного канала имеется вставка, препятствующая непосредственному перетоку жидкости из входного отверстия в выходное.

Принцип действия: движение ковшей и вращение ротора вызывается разностью давлений жидкости на входе и выходе. При этом ковши движутся плоскопараллельно, не меняя наклона относительно оси ротора. Такое движение обеспечивается с помощью четырех шестерен, укрепленных на осях ковшей и связанных четырьмя промежуточными шестернями с центральной неподвижной шестерней.

Но применяется и другой способ, заключающийся в применении особого четырехзвенного механизма, который состоит из диска, несущего четыре пальца, связанного кривошипами с ковшами. Диск расположен эксцентрично на передней промежуточной крышке и может вращаться вокруг своей оси. Геометрические оси ротора, диска, ковша и кривошипа – вершины четырехзвенного механизма. В результате при полном повороте ротора по часовой стрелке ковши также совершают полный поворот вокруг своих осей, но уже против часовой стрелки.

Достоинства ковшовых счётчиков:

большой измерительный объем, благодаря чему они удобны для измерения сравнительно больших расходов жидкости в трубах диаметром 200 – 400 мм. За полный оборот ротора через счетчик перемещается жидкость, не только находящаяся в кольцевом канале, но также и заполняющая полукруглые пазы в роторе. Поэтому измерительный объем счетчика равен всей площади измерительной камеры за вычетом крестообразной площади поперечного сечения ротора, а также площади поперечного сечения стенок ковшей;
большой диапазон измерения: Q_max/Q_min = 10;
малая погрешность в пределах диапазона измерения: ±0,5 % от измеряемой величины.

Основной недостаток данных счетчиков – конструктивная сложность. У ковшовых сопротивление движению разделительных элементов возрастает с увеличением вязкости жидкости, как и у других счетчиков камерного типа, что приводит к соответствующему снижению предельно допустимых расходов. Потеря давления в большинстве случаев не превосходит 30 кПа (при очень большой вязкости не свыше 50 кПа).

У дисковых счетчиков диск с шаровой пятой совершает сложное колебательное движение между конусообразными поверхностями камеры.

Камерные подвижные счетчики

Все камерные подвижные счетчики можно разделить на опрокидывающиеся и барабанные.
Опрокидывающиеся счетчики. Применяются только для жидкости. Они состоят из двух камер или ковшей, опрокидывание которых происходит после заполнения одной из камер определенным объемом или определенной массой жидкости в случае грузового уравновешивания. Первые опрокидываются после начала перетекания жидкости в дополнительный желобок, прикрепленный к наружному краю камеры. Чтобы избежать разбрызгивания жидкости или преждевременного попадания в желобки она поступает через воронки, концы которых опущены почти до дна камер. Объем камер от 0,5 до 50 л, интервалы между опрокидываниями 10-30 с. Опрокидывающиеся счетчики удобны для измерения различных жидкостей при малых расходах в очень широком диапазоне. Погрешность не более 2 % от измеряемой величины и зависит главным образом от неучитываемого количества mx жидкости, поступающей в камеру в момент ее опрокидывания, и в меньшей степени – от изменения момента трения в опорах.

Для уменьшения погрешности следует в момент, когда наполнение очередной камеры заканчивается, автоматически снижать расход поступающей жидкости по аналогии с тем, как это делается у ковшевых весов. Тогда погрешность можно снизить до 0,1 %, как, например, в водосчетчиках, опорожнявшихся с помощью сифонов. Но при этом устройство счетчика существенно усложнится.

Опрокидывающиеся счетчики пригодны для измерения расходов при повышенном давлении, но при условии, что они помещены в прочный и герметичный корпус, внутрь которого подан воздух под определенным давлением.
Барабанные счетчики. Состоят из барабана, разделенного перегородками той или иной формы на несколько равновеликих измерительных камер. Смещение центра тяжести барабана от вертикали, проходящей через ось его вращения, при поступлении в него жидкости вызывает периодический или непрерывный поворот барабана. В счетчиках газа барабан непрерывно поворачивается под действием разницы давлений газа на входе и выходе. Барабанные счетчики применяют только при измерении объемного количества жидкости или газа. Однако он может применяться и для измерения массы прошедшей жидкости (барабанный счетчик с противодействующим контргрузом).

На рис. 5, приведен пример устройства трехкамерного барабанного счетчика жидкости. Вокруг оси счетчика имеется кольцевая трубка, по которой поступает жидкость, выливающаяся затем во внутренний цилиндр. Последний имеет три щелевых отверстия, сообщающиеся с измерительными камерами. Из цилиндра жидкость через нижнюю щель перетекает в измерительную камеру 1. При этом равновесие счетчика не нарушается, так как камера занимает симметричное положение относительно центральной вертикальной оси. После заполнения камеры 1 повышается уровень в цилиндре и жидкость через щель начнет заполнять камеру 2. Тогда центр тяжести сместится влево, и счетчик повернется на 120° против часовой стрелки. Жидкость через отверстие 7 выльется из камеры 1 в корпус прибора, соединенный с выходной трубкой, а камера 2, продолжая заполняться, займет нижнее положение. Трубочки, заканчивающиеся открытыми концами в торцевой стенке счетчика, служат для удаления воздуха из камер. Стаканчики, которые впаивают в торцевые стенки камер, позволяют точно подогнать объем последних к заданному расчетному значению. Для того чтобы камеры не опорожнялись слишком быстро, а так же чтобы избежать возможное проскакивания барабана с преждевременным попаданием жидкости в соседнюю камеру делают перегородки (на рис. 2.20 отмечены штриховой линией), которые тормозят выливание жидкости.

Рис. 2.20. Барабанный трехкамерный счетчик:

1 – кольцевая трубка; 2 – внутренний цилиндр; 3 – нижняя щель; 4 – измерительная камера 1; 5 – щель во внутреннем цилиндре; 6 – измерительная камера 2; 7 – отверстие истечения камеры 1; 8 – трубочка; 9 – стаканчик; 10 – измерительная камера 3; 11 – корпус
Промышленностью выпускаются барабанные счетчики с номинальным объемом каждой камеры 0,33, 1, 2, 5, 10 и 20 л., обеспечивающие погрешность не более (1-2) %. Такие счетчики применяют для измерения количества различных жидкостей, причем для агрессивных их изготовляют из керамических материалов.

Существуют конструкции счетчиков с большим числом измерительных камер, но без внутреннего цилиндра. Поэтому жидкость из отверстия в кольцевой трубке, которая идет вдоль оси, поступает в одну или сразу две измерительные камеры, находящиеся под этим отверстием. Форма камер несимметрична относительно вертикали, проходящей через ось, и по мере заполнения камер центр тяжести счетчика сдвигается вправо. Это приводит к тому, что барабан постоянно вращается.

Погрешность барабанного счетчика зависит:

от поверхностного натяжения жидкости;
от ее температуры;
от вязкости и плотности;
от трения в опорах.

Причем чем больше расход, тем больше будет влияние вышеперечисленных факторов на погрешность.

Благодаря хорошим метрологическим характеристикам барабанные счетчики применяют всегда, когда нужна высокая точность измерения, а измеряемая жидкость находится под атмосферным или небольшим избыточным давлением.

Барабанные счетчики газа на производстве практически не применяются, они сохранили свое значение только для лабораторных работ.

Камерные счетчики жидкости других типов

Помимо рассмотренных выше имеются камерные счетчики жидкости с другими формами подвижного разделительного элемента. Рассмотрим некоторые из них.
Дисковой счетчик жидкости. Разделительным элементом в данном расходомере является диск с центральным шаром (Рис. 2.21), опирающимся на шаровую пяту, который под давлением поступающей жидкости совершает сложное колебательно-нутационное движение. При этом поверхность диска катится по конусам измерительной камеры, а его радиальная прорезь перемещается вверх и вниз вдоль радиальной перегородки. Дисковые счетчики нашли применение для измерения различных нефтепродуктов и других жидкостей, но с появлением счетчиков с овальными шестернями область их применения значительно уменьшилась. Дисковые счетчики изготовлялись на калибры от 15 до 150 мм.

Рис. 2.21. Устройство дискового счетчика жидкости

Винтовые счетчики. Данные счетчики применяют для измерения количества жидкости при небольших и малых ее расходах. Винтовой счетчик состоит из двух винтов с циклоидальным профилем, которые совместно вращаются под давлением поступающей жидкости. Один из винтов имеет выпуклый профиль нарезки, другой – вогнутый. Винтовые счетчики изготовляют на калибры от 6 до 40 мм.
Расходомер с комбинированным преобразователем расхода.

В расходомере данного типа (Рис. 2.22) имеются два преобразователя расхода – зубчато-винтовой и поршневой.

Рис. 2.22. Комбинированный преобразователь расхода

Средний ротор 5 зубчато-винтового преобразователя приводится во вращение с помощью двигателя 9 мощностью 3 кВ через муфту 8. Вал ротора, снабженный уплотнительной муфтой 7, вращается в подшипниках 6. Уплотнительная муфта рассчитана на давление до 20 МПа. Имеются два боковых ротора, которые также предназначены для уплотнения. Частота вращения роторов такова, что давление на входе равно давлению на выходе. Благодаря этому при неизменном расходе поршень 2 в цилиндре 3 не перемещается. Но при появлении разности давлений с обеих сторон поршня 2 из-за изменения расхода, последний начинает перемещаться. Тогда преобразователь 1 положения поршня дает сигнал регулирующему устройству 12, которое изменяет частоту вращения двигателя 9, пока давления жидкости на входе и выходе не сравняются и перемещение поршня прекратится. Таким образом, частота вращения двигателя 9 пропорциональна объемному расходу. Вал двигателя снабжен двумя тахометрическими преобразователями 10 и 11 для выработки аналогового и цифрового сигналов. Малоинерционный поршень 2 снабжен преобразователем 4 скорости своего перемещения, вырабатывающим аналоговый измерительный сигнал перемещения. Этот поршень предназначен для измерения быстропеременной (пульсационной) составляющей расхода в пределах до 500 Гц. Аналоговые сигналы складывают с помощью устройств 13-15.

Данный расходомер имеет большой диапазон измерения 4000:1, который достигается при помощи изменения частоты вращения двигателя от 1 до 4000 об/мин. Предельный расход 260 м³/ч. Погрешность менее ±0,5 %. Потеря давления не более 2000 Па. Прибор предназначен для измерения расхода минерального масла в прямом и обратном направлениях.

Для измерения количества и расхода жидкости в трубах небольшого диаметра целесообразно применение преобразователей ролико-лопастного типа. У преобразователей данного вида лопасти не выдвижные и представляют одно целое с вращающимся цилиндром, а роликовые замыкатели – цилиндрические серповидного сечения. Внутри корпуса, образующего кольцевую измерительную камеру, соосно с последней помещен цилиндрический ротор, имеющий две лопасти. Жидкость, поступающая через канал, своим давлением на лопасть приводит ротор во вращение. При этом жидкость, находящаяся в кольцевой измерительной камере, уходит через выводной канал. Оси двух цилиндрических замыкателей вращаются вместе с осью ротора, так как связаны с ним шестеренками. Цилиндрические замыкатели предназначены для отделения входного и выходного каналов друг от друга. Вращающиеся элементы установлены на шарикоподшипниках. Основным достоинством преобразователей донного типа является их высокая точность в очень широком диапазоне вязкостей.
2.4. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ РАСХОДОМЕРЫ

Существует ряд приборов для измерения объемного расхода жидкостей, чувствительный элемент которых не имеет непосредственного контакта с измеряемым веществом, что позволяет использовать их там, где работа других расходомеров невозможна (например, при измерении расхода агрессивных сред – кислот, щелочей, растворов и взвесей). К таким приборам относят электромагнитные и ультразвуковые расходомеры.

Принцип действия электромагнитных расходомеров основан на законе электромагнитной индукции, согласно которому в проводнике, движущемся в магнитном поле, будет наводиться электродвижущая сила (ЭДС), пропорциональная скорости движения проводника. В электромагнитных расходомерах (Рис. 2.23) роль проводника выполняет электропроводная жидкость, протекающая по трубопроводу и пересекающая магнитное поле созданное электромагнитом. При этом в жидкости будет наводиться ЭДС, пропорциональная скорости ее движения, т.е. расходу жидкости.

Рассмотрим более подробно физическую картину появления ЭДС. Любой водный раствор, кроме дистиллированной или глубоко очищенной воды является электролитом, то есть в нем присутствуют диссоциированные молекулы солей, кислот, оснований. Таким образом, в водном растворе практически всегда есть свободные носители заряда. В естественных условиях число катионов и анионов равно, и жидкость электрически нейтральна.
общая схема расположения ключевых элементов электромагнитного расходомера

общая схема расположения ключевых элементов электромагнитного расходомера

Рис. 2.23. Общая схема расположения элементов

электромагнитного расходомера
При движении жидкости по трубопроводу вместе с массой воды переносятся и свободные носители заряда. А направленное движение заряженных частиц является электрическим током. Только в движущейся нейтральной жидкости текут два тока, образованные потоком анионов и катионов, равные по модулю и противоположные по направлению. Если поместить поток жидкости в магнитное поле, силовые линии которого перпендикулярны потоку, то на каждую движущуюся заряженную частицу будет действовать сила Лоренца, направление которой будет перпендикулярно вектору индукции магнитного поля и вектору скорости заряженной частицы. В результате положительно и отрицательно заряженные частицы будут смещаться в противоположные стороны, то есть произойдет разделение объемных зарядов в жидкости.

До каких пор заряды будут разделяться? Казалось бы, если магнитное поле достаточно протяженное, то все заряды должны пространственно разделиться? Однако это не так. При разделении объемных зарядов на них из-за электростатического взаимодействия начинает действовать сила Кулона. Если сила Лоренца разделяет заряды, то сила Кулона притягивает разноименно заряженные частицы. В какой-то момент эти силы сравниваются.

Следовательно, в основе принципа действия электромагнитного расходомера лежит именно стационарное равновесие между силами Лоренца (F_L) и Кулона (F_K) (Рис. 2.24). Степень разделения зарядов зависит в этом случае от величины силы Лоренца, а она, в свою очередь, – от скорости потока жидкости. Запишем условие наступления такого равновесного состояния c учетом ортогональности векторов скорости и индукции поля: F_L = F_K или qvB = qE, откуда E = vB, где q – разделенный заряд; v – модуль скорости потока; B – модуль индукции магнитного поля; E – модуль напряженности электрического поля, создаваемого разделенными зарядами.

Рис. 2.24. Смещение зарядов в жидкости

Таким образом, разность потенциалов между измерительными электродами зависит только от скорости течения жидкости, индукции магнитного поля и расстояния между электродами: Δφ = Ed = vBd, где d – расстояние между электродами.

Объемный расход Q = vS и разность потенциалов между электродами прямо пропорциональны скорости течения, а значит, прямо пропорциональны друг другу: Δφ = QBd/S, где S – площадь сечения трубы.

Отсюда видно, что измеряемое на электродах напряжение прямо пропорционально объемному расходу проводящей жидкости.
В идеальном случае измеряемый на электродах сигнал прямо пропорционален расходу. На практике на эту простую зависимость влияет множество факторов – электрохимический шум, наводки, турбулентность потока.

Выходной сигнал первичного преобразователя снимается с двух изолированных электродов, установленных в трубе из непроводящего немагнитного материала, либо в трубе имеющей изоляцию в зоне измерения. Это необходимо, чтобы исключить шунтирование наводимой ЭДС через стенку трубопровода.

Для уменьшения турбулентности потока в зоне измерения рекомендуется монтировать расходомер в прямолинейные участки без изменения сечения на протяжении 5...10 диаметров трубы до и после расходомера.

Электромагнитные расходомеры могут быть выполнены как с постоянными магнитами, так и с электромагнитами, питаемыми переменным током.

Существенным и основным недостатком электромагнитных расходомеров с постоянным электромагнитом, ограничивающим их применение для измерения слабопульсирующих потоков, является поляризация измерительных электродов, при которой изменяется сопротивление преобразователя, а следовательно, появляются существенные дополнительные погрешности. Поляризацию уменьшают, применяя электроды из специальных материалов (угольные, каломелиевые) или специальные покрытия для электродов (платиновые, танталовые). Такие расходомеры зачастую требуют каждодневного технического ухода (подрегулировка нуля, поднастройка и т.п.).

В расходомерах с переменным магнитным полем явление поляризации электродов отсутствует, однако присутствуют другие эффекты, также искажающие полезный сигнал:

трансформаторный эффект, когда на витке, образуемом жидкостью, находящейся в трубопроводе, электродами, соединительными проводами и вторичными приборами наводится трансформаторная ЭДС, источником которой является обмотка электромагнита или внешние синхронные наводки (например, от соседних расходомеров). Для их компенсации в измерительную схему прибора вводят компенсирующие цепи или питают электромагнит переключаемым постоянным током.
ёмкостный эффект, возникающий из-за большой разности потенциалов между системой возбуждения магнитного поля и электродами и паразитной емкости между ними (соединительные провода и т. п.). Средством борьбы с этим эффектом является тщательная экранировка.

Достоинством электромагнитных расходомеров является отсутствие дополнительных потерь давления на участке измерения, что объясняется отсутствием деталей, выступающих внутрь трубы. Благодаря этому гидравлические потери на приборе минимальны. Отсутствие полых углублений исключает застаивание и коагулирование измеряемого продукта. Поэтому эти расходомеры используют в биохимической и пищевой промышленности, где доминирующими являются требования к стерильности среды. На показания электромагнитных расходомеров не влияют физико-химические свойства измеряемой жидкости (вязкость, плотность, температура и т. п.), если они не изменяют её электропроводность.

В случае использования изоляционных антикоррозийных покрытий, устойчивых к механическим воздействиям с помощью электромагнитных расходометров успешно решается задача измерения расхода агрессивных, абразивных и вязких жидкостей и пульп.

Метод чувствителен к неоднородностям (пузырькам), турбулентности потока, неравномерности распределения скоростей потока в сечении канала.

Расходомеры (особенно с постоянными магнитами) могут забивать сечение трубы металлическим мусором, удерживаемым магнитной системой расходомера. Для борьбы с этим явлением расходомеры с электромагнитами периодически отключаются на короткое время, чтобы поток воды унес мусор.

Электромагнитные расходомеры применяют для измерения очень малых (3·10⁻⁹ м³/с) расходов (например, для измерения расхода крови по кровеносным сосудам) и больших расходов жидкостей (3 м³/с). Причём диапазон измерения расходомера одного типоразмера достигает значения 500:1.

Отмеченные преимущества и обеспечили достаточно широкое распространение электромагнитных расходомеров, несмотря на их относительную конструктивную сложность.

Недостатками электромагнитных расходомеров являются чувствительность к помехам от переменных электромагнитных полей и ограничения по электрической проводимости измеряемой среды. Электромагнитные расходомеры непригодны для измерения расхода газов, а также жидкостей с электропроводностью менее 10⁻³ – 10⁻⁵ сим/м (10⁻⁵ – 10⁻⁷ Ом⁻¹·см⁻¹), например, лёгких нефтепродуктов, спиртов и т. п. Вместе с тем в настоящее время разрабатываются специальные устройства, позволяющие существенно снизить требования к электропроводности измеряемых сред и создать электромагнитные расходомеры для измерения расхода любых жидкостей, в том числе и нефтепродуктов.

Электромагнитные расходомеры нашли широкое применение в металлургической, биохимической и пищевой промышленности, в строительстве и руднообогатительном производстве, в медицине, так как они малоинерционны по сравнению с расходомерами других типов, в учёте водных и энергетических ресурсов (в частности в отопительных системах.

Погрешность данных приборов определяется в основном погрешностями их градуировки и измерения разности потенциалов. Классы точности 1 – 1,5.

Внешний вид одного из самого популярного на объектах ЖКХ электромагнитного расходомера «Взлет ЭР» представлен на рис. 2.25.
расходомер-счетчик электромагнитный взлет эр (эрсв-4х0л(ф), -5х0л(ф))

расходомер-счетчик электромагнитный взлет эр (эрсв-4х0л(ф), -5х0л(ф))

Рис. 2.25. Внешний вид электромагнитного расходомера.
2.5. УЛЬТРАЗВУКОВЫЕ РАСХОДОМЕРЫ

Ультразвуковые расходомеры служат в основном для измерения расхода жидкостей.

Принцип их действия основан на использовании ультразвука, скорость которого относительно трубопровода зависит от скорости измеряемого потока. Если установить источник (A) и приёмник (B) ультразвука со смещением (Рис. 2.26), то о скорости потока можно судить по изменению скорости распространения звуковой волны вдоль отрезка AB.

общая схема расположения ключевых элементов ультразвукового расходомера

общая схема расположения ключевых элементов ультразвукового расходомера

Рис. 2.26. Общая схема расположения элементов

ультразвукового расходомера
Кроме того, для измерения локальной скорости потока может быть использован эффект Допплера, для этого источник и приёмник располагаются как указано на рис. 2.27. Исходный сигнал, а также сигнал с приёмника отправляются на смеситель. Частота ультразвука, которую фиксирует приёмник, изменяется в зависимости от скорости потока, исходная частота остаётся неизменной. Частота сигнала на выходе из смесителя является разностью частот исходного и принятого сигнала – по этой величине можно однозначно судить о локальной скорости вещества в потоке.

На рис. 2.28 показаны основные элементы ультразвукового расходомера. Излучатель и приемник ультразвуковых колебаний закрепляется на трубе, имеется также измеритель времени прохождения импульсом расстояния между излучателем и приемником. Приемник в виде пьезоэлемента преобразует механическую деформацию, вызванную ультразвуком, в электрический сигнал.
общая схема расположения ключевых элементов расходомера на эффекте допплера

общая схема расположения ключевых элементов расходомера на эффекте допплера

Рис. 2.27. Общая схема расположения элементов расходомера

на эффекте Допплера
Перед началом эксплуатации расходомер заполняют жидкостью, расход которой будут измерять, и определяют время прохождения импульсом этого расстояния в стоячей среде. При движении потока его скорость будет складываться со скоростью ультразвука, что приведет к уменьшению времени пробега импульса. Это время, преобразуемое в блоке в унифицированный токовый сигнал, будет тем меньше, чем больше скорость потока, т.е., чем больше его расход.

ульразвуковой расходомер

Рис. 2.28. Основные элементы ультразвукового расходомера
По методу измерения интервала времени ультразвуковые расходомеры разделяют на частотные, фазовые и времяимпульсные.

Достоинствами ультразвуковых расходомеров являются возможность установки прибора на трубопроводах диаметром от 10 мм и более, а также измерение расхода любых жидких сред, в том числе и неэлектропроводных, а также:

малое или полное отсутствие гидравлического сопротивления;
надежность (так как нет подвижных механических элементов);
высокая точность;
быстродействие;
высокая помехозащищенность.

Недостатки таки расходомеров – необходимость индивидуальной градуировки, зависимость от профиля скоростей, который меняется с изменением расхода, влияние на показания изменений физико-химических свойств вещества и его температуры, от которых зависит скорость ультразвука. Основная погрешность этих расходомеров при отсутствии коррекции на изменение скорости звука составляет 3-4 %.

Примеры измерения с помощью ультразвукового расходомера приведены на рис. 2.29.

Рис. 2.29. Ультразвуковые расходомеры жидкости
2.6. ВИХРЕВЫЕ РАСХОДОМЕРЫ-СЧЕТЧИКИ ЖИДКОСТИ

Принцип действия вихревых расходомеров с телом обтекания заключается в фиксации вихрей возникающих за телом, помещенным в поток. Частота срыва вихрей (так называемая «дорожка Кармана») пропорциональна объемному расходу.

Фиксация вихрей может осуществляться разными методами. Индуктивным, когда в теле обтекания располагаются две катушки индуктивности, а в специальной полости между катушками находится свободно размещенная мембрана. Мембрана под действием вихрей перемещается от одной катушки к другой и частота изменения индуктивности катушек пропорциональна объемному расходу.

Выпускаются вихревые расходомеры с электромагнитным узлом съема сигнала и ультразвуковыми датчиками.

В случае применения электромагнитного узла съема сигнала, в теле обтекания делается отверстие и вблизи нее в теле по перпендикулярным диаметрам располагаются два постоянных магнита и два электрода, электрически изолированные от проточной части отверстия. По сути, датчик преобразования пульсаций представляет собой маленький электромагнитный расходомер с постоянными магнитами. Но так как измеряется пульсирующий поток, используются постоянные магниты не требующие электрического питания, а электронные компоненты в электронных блоках потребляют мало энергии. Поэтому электронные блоки могут питаться от литиевых батарей. Но имеется недостаток – на постоянных магнитах могут накапливаться магнитные частички, если они есть в измеряемой среде. Желательно перед расходомером такого типа устанавливать магнито-механический фильтр и периодически проверять состояние отверстия в теле обтекания.

В случае использования ультразвуковых датчиков поток просвечивается за телом обтекания и фиксируются вихреобразования. Электроника у такого вихревого расходомера получается проще, чем у времяпролетного ультразвукового расходомера, поэтому приборы получаются более дешевые.

Принцип действия прибора основан на определении частоты вихрей, образующихся в потоке среды при обтекании тела специальной формы, установленном в проточной части преобразователя расхода. Частота вихрей пропорциональна объемному расходу, определяется при помощи двух пъезодатчиков, которые фиксируют пульсации давления в зоне вихреобразования.

На рис. 2.30 показана конструкция вихревого расходомера с телом обтекания. Прибор представляет собой моноблок, состоящий из корпуса и электронного блока. В корпусе проточной части датчика размещены первичные преобразователи объемного расхода, избыточного давления и температуры. На входе в проточную часть датчика установлено тело обтекания 1. За телом обтекания, по направлению потока газа, симметрично расположены два пьезоэлектрических преобразователя пульсаций давления 2. Преобразователь избыточного давления 3 тензорезисторного принципа действия размещен перед телом обтекания вблизи его крепления. Термопреобразователь сопротивления платиновый 4 размещен внутри тела обтекания. Для обеспечения непосредственного контакта измеряемой среды и термосопротивления в теле обтекания выполнены отверстия 5. Плата цифровой обработки 6 производит обработку сигналов и передает их на вычислитель 7.

безымянный

Рис. 2.30. Вихревой расходомер с телом обтекания:

1 – тело обтекания, 2 – пьезоэлектрические преобразователи пульсаций давления, 3 – преобразователь избыточного давления,

– термопреобразователь сопротивления, 5 – отверстие,
– плата цифровой обработки, 7 – вычислитель

На рис. 2.31 представлена схема измерения расхода с использованием системы тензодатчиков. В расходомерах данного типа основным элементом является дискообразная или шарообразная мишень, укреплённая на эластичном тросе, один противоположный конец которого неподвижно закреплён. Поток жидкости или газа приводит к смещению мишени, что
схема расположения ключевых элементов вихревого расходомера

схема расположения ключевых элементов вихревого расходомера

Рис. 2.31. Схема расположения элементов вихревого расходомера с мишенью
вызывает деформацию троса, а установленные на нём тензодатчики регистрируют тип и степень деформации. Полученные данные позволяют судить о скорости потока вещества, а также о его направлении.

Достоинством таких датчиков является возможность проведения измерений расхода и скорости потока в двух или даже в трёх различных направлениях. Для обеспечения подобной многозадачности необходимо обеспечить симметричность мишени для всех нужных направлений.

На рис. 2.32 представлен внешний вид различных модификаций вихревых расходомеров.

http://www.emis-kip.ru/pics/uploads/pribor/siyt.jpg

Рис. 2.32. Различные модификации вихревых расходомеров
1.7. ТЕПЛОВЫЕ РАСХОДОМЕРЫ