Какой расходомер измеряет падение давления в потоке жидкости

Типы существующих расходомеров: преимущества и недостатки

Расходомеры – это приборы, измеряющие объем или массу вещества: жидкости, газа или пара, которые проходят через сечение трубопровода в единицу времени. В быту расходомеры называют «счетчиками», но это неверно, потому что счетчик – только одна из составляющих конструкции расходомера. Особенности конструкции зависят от типа прибора. Сейчас используют 6 типов расходомеров, у каждого из которых – свои сильные и слабые стороны.

Электромагнитные расходомеры

В основе устройства электромагнитных расходомеров – закон электромагнитной индукции, известный как закон Фарадея. Когда проводящая жидкость, например вода, проходит через силовые линии магнитного поля, индуцируется электродвижущая сила. Она пропорциональна скорости движения проводника, а направление тока – перпендикулярно направлению движения проводника.

В электромагнитных расходомерах жидкость течет между полюсами магнита, создавая электродвижущую силу. Прибор измеряет напряжение между двумя электродами, рассчитывая тем самым объем проходящей через трубопровод жидкости. Это надежный и точный метод, потому что сам прибор не влияет на скорость течения жидкости, а за счет отсутствия движущихся частей оборудование долговечное.

Преимущества электромагнитных расходомеров:

• Умеренная стоимость.
• Нет движущихся и неподвижных частей в поперечном сечении.
• Большой динамический диапазон измерений.

• На работу прибора влияют магнитные и проводящие осадки.

Принцип работы электромагнитного расходомера

Ультразвуковые расходомеры

В конструкции расходомеров есть передатчик ультразвуковых сигналов (УЗС). Когда жидкость движется по трубопроводу, происходит снос ультразвуковой волны. Из-за этого меняется время, за которое сигнал от передатчика достигает приемника. Время прохождения увеличивается против потока жидкости и уменьшается, если ультразвуковой сигнал идет по направлению потока. Ультразвуковые расходомеры рассчитывают объемный расход жидкости на основе разности времени прохождения УЗС по течению потока и против него – эта разность пропорциональна скорости движения и объему воды.

Достоинства ультразвуковых расходомеров:

• Невысокая стоимость.
• Нет движущихся и неподвижных частей в поперечном сечении.
• Средний динамический диапазон измерений.
• Возможность монтажа на трубопроводы большого диаметра.

• Чувствительность измерений к отражающим и поглощающим ультразвук осадкам.
• Чувствительность к вибрациям.
• Чувствительность к перекосам потока для однолучевых расходомеров.

Расходомеры перепада давления

Принцип действия этого типа расходомеров основан на измерении перепадов давления, которые возникают, когда поток жидкости, газа или пара проходит через шайбу, сопло или другое сужающее устройство. Скорость потока в этом месте меняется, давление возрастает: чем выше скорость потока, тем больший расход.

• Отсутствие движущихся частей.

• Механические препятствия в сечении: шайба или сопло.
• Малый динамический диапазон измерений.
• Чувствительность к любым осадкам на сужающем устройстве.

Вихревые расходомеры

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.

• Отсутствие движущихся частей.

• Механические препятствия в сечении расходомера.
• Малый динамический диапазон.
• Температурная чувствительность.
• Неустойчивость характеристик при осадках на теле обтекания.
• Влияние вибраций на результаты измерений.

Принцип работы вихревого расходомера

Тахометрические расходомеры

Тахометрические расходомеры измеряют скорость вращения, количество оборотов крыльчатки или турбины в потоке воды, газа или пара. Принцип действия не меняется в зависимости от того, установлена ли в приборе крыльчатка или турбина; разница только в том, что ось вращения крыльчатки находится перпендикулярно движению потока, а турбины – параллельно потоку жидкости или газа.

• Невысокая стоимость.
• Работают без источника питания.

• Механические препятствия в сечении расходомера.
• Малый динамический диапазон.
• Неустойчивость измерений.
• Невысокая надежность.
• Примеси и посторонние предметы в воде влияют на результаты измерений.
• Небольшой срок эксплуатации.

Принцип работы тахометрического расходомера

Кориолисовы расходомеры

Принцип действия этих расходомеров опирается на эффект Кориолиса: изменение фаз механических колебаний U-образных трубок, по которым движется жидкость, газ или пар. Сдвиг фаз зависит от массового расхода. Сила Кориолиса, которая воздействует на стенки колеблющейся трубки, меняется под напором воды или пара.

• Прямое измерение массового расхода.
• Осадки не влияют на измерения.
• Нет препятствий во внутреннем сечении.
• Измерение расхода жидкостей не зависит от их электрической проводимости.

• Высокая стоимость.
• Строгие требования к технологии изготовления.
• Влияние вибраций на метрологические характеристики.

Сравнив достоинства и недостатки разных видов оборудования, несложно понять, почему самыми востребованными остаются электромагнитные расходомеры: они недорогие, точные и практичные. Через каталог компании «Интелприбор» вы можете заказать измерительные модули высокого качества. Мы не только поможем выбрать оборудование, но также установим его и обеспечим техобслуживание.

Подпишитесь на нашу рассылку,
и станьте одним из первых,
кто будет в курсе всех
наших новостей!

Источник

Типы средств измерения расхода жидкости

Необходимость учета расхода различных веществ встает почти на любом производстве. В этой статье мы попробуем помочь Вам с выбором типа расходомера.

Самый простой метод измерения расхода – взять емкость известного объема, направить в нее поток жидкости и засечь время наполнения емкости. Если мы разделим объем емкости на время наполнения, то получим расход. Этот метод можно применять, например, в лаборатории. На производстве придется ставить специальный прибор для измерения расхода и количества вещества – расходомер. Существует несколько типов расходомеров с разным принципом работы.

Методы и средства измерений расхода жидкости

Расходомеры переменного перепада давления

В расходомерах такого типа используют зависимость перепада давления от расхода вещества. Расходомеры переменного давления делятся на:

• центробежные;
• ударно-струйные;
• расходомеры с сужающим устройством;
• расходомеры с гидравлическим сопротивлением;
• расходомеры с напорным устройством.

Самым простым и популярным прибором для измерения расхода такого типа является расходомер с диафрагмой, т.е. сужающим устройством потока жидкости.

В трубе ставят сужающее устройство и измеряется разность давления перед диафрагмой и в её отверстии. По разнице давлений рассчитывается расход вещества. Такой тип датчиков прост в изготовлении и может применяться почти для любых видов жидкостей. Но данный метод измерения расхода с трудом применим в системах с малым расходом, в пульсирующих потоках, а также в веществах, меняющих свое состояние.

Расходомеры постоянного перепада давления

Расходомеры постоянного перепада давления также известны как расходомеры обтекания. Принцип действия таких расходомеров основан на реакции чувствительного элемента на напор. Ярким примером является ротаметр . Ротаметр имеет форму вертикальной конической трубы, в которой находится поплавок специальной формы. Вещество движется вверх по трубе и поднимает поплавок, пока силы, поднимающие поплавок, и сила гравитации не равновесятся.

Оптические расходомеры измеряют расход вещества, используя зависимость оптических эффектов от скорости движения вещества.

Такие расходомеры используют эффект Физо-Френеля. С помощью этого эффекта определяют зависимость скорости света в движущейся среде и скорость движения среды. Оптические расходомеры применяют в агрессивных средах и в условиях высоких и низких температур.

Акустические расходомеры

Принцип действия акустических расходомеров основан на измерении эффекта, возникающего при прохождении акустических колебаний через вещество. Акустические расходомеры называют ультрозвуковыми, потому что большинство из них работает в ультразвуковом диапазоне.

К ультразвуковым расходомерам относятся:

• ультразвуковые время-импульсные;
• ультразвуковые фазового сдвига;
• ультразвуковые доплеровские;
• ультразвуковые корреляционные.

Наибольшее применение получили ультразвуковые расходомеры, которые измеряют разность времени прохождения колебаний по потоку и против него. На таком принципе основан датчик Dynasonics TFXL .

Принцип действия электромагнитных расходомеров основан на законе Фарадея. Поток жидкости помещают между полюсами магнита и замеряют ЭДС. Применяют как постоянные магниты, так и электромагниты, питаемые переменным током. Труба в зоне установки расходомера должна быть выполнена из непроводящего немагнитного материала.

Электромагнитные расходомеры применяют в различных областях, в том числе в медицине, биохимической и пищевой промышленности, так как они малоинертны, устанавливаются снаружи трубопровода, позволяют измерять очень малые расходы. К недостаткам электромагнитных расходомеров можно отнести следующие: они не могут применяться для измерения расхода веществ с малой электропроводностью, расходомеры чувствительны к неоднородностям, турбулентностям, паразитным токам заземления.

Расходомеры могут забивать трубы металлическим мусором.

Кориолисовые или массовые расходомеры

Данный вид приборов использует эффект Кориолиса для измерения массового расхода. Принцип действия расходомера основан на измерении разницы фаз колебаний на входе и на выходе измерительных трубок. Рассмотрим как это работает на примере расходомера RCT 1000. Катушка возбуждения создает колебания в расходомерной трубе. Когда жидкости нет, колебания на измерительных катушках совпадают по фазе. Но при наличии потока начинает действовать сила Кориолиса, из-за которой колебания на входе и на выходе начинают отличаться. Зная разность фаз колебаний, расходомер определяет массовый расход. Плотность жидкости определяется по периоду колебаний.

Вихревые расходомеры используют эффект вихревой дорожки Кармана для измерения расхода. За телом обтекания в потоке образуется система вихрей. Частота вихрей пропорциональна скорости потока. Пульсации давления, возникающие в потоке вихрей за телом обтекания, регистрируются датчиками. Такой тип расходомеров обеспечивает низкую относительную погрешность +(0,2-1,5)% в широком динамическом диапазоне.

Тепловые расходомеры основаны на измерении скорости потока по эффекту теплового нагрева потока или тела в потоке. Тепловые расходомеры делятся на следующие виды: калориметрические, термоконвективные и термоанемоментрические

Калориметрические и термоконвективные расходомеры измеряют разность температур при постоянной мощности нагрева. Достоинством калориметрических и термоконвективных расходомеров является постоянство теплоемкости при изменении расхода. Кроме того термоконвективные расходомеры не контактируют с веществом, так как распологаются снаружи трубопровода. Но эти виды тепловых расходомеров имеют большую инерционность.

Термоанемометрические расходомеры основаны на зависимости между потерей тепла нагреваемого тела и скоростью вещества, в котором оно находится. В расходомерах данного типа измеряется сопротивление, по которому определяется скорость потока. Термоанемометры малоинерционны, но применяются в основном для измерения местной скорости и вектора скорости.

Данная статья является обзорной и носит рекомендательный характер. Решения, приведённые в статье, являются типовыми. Существует огромное количество уникальных процессов, для которых требуется более тщательный подбор оборудования и консультации специалистов.

Источник

Измерение расхода по перепаду давлений на сужающем устройстве

Расходомеры переменного перепада давления

Для получения сравнимых результатов измерений объемный расход газа или пара приводят к стандартным условиям.

Приборы, измеряющие расход вещества, называют расходомерами. Приборы, измеряющие количество вещества, протекающее через данное сечение трубопровода за некоторый промежуток времени, называют счетчиками количества. При этом количество вещества определяется как разность двух последовательных показаний счетчика в начале и конце этого промежутка времени. Показания счетчика выражаются в единицах объема, реже — в единицах массы. Прибор, одновременно измеряющий расход и количество вещества, называют расходомером со счетчиком. Расходомер измеряет текущее значение расхода, а счетчик выполняет интегрирование текущих значений расхода.

В последнее время граница между счетчиками и расходомерами практически исчезает. Расходомеры оснащают средствами для определения количества жидкости или газа, а счетчики — средствами для определения расхода, что позволяет объединить счетчики и расходомеры в одну группу приборов — расходомеры.

Устройство (диафрагма, сопло, напорная трубка), непосредственно воспринимающее измеряемый расход и преобразующее его в другую величину, удобную для измерения (например, в перепад давления), называют преобразователем расхода.

Принцип действия расходомеров этой группы основан на зависимости перепада давления, создаваемого неподвижным устройством, устанавливаемым в трубопроводе, от расхода вещества.

При измерении расхода методом переменного перепада давления в трубопроводе, по которому протекает среда, устанавливают сужающее устройство (СУ), создающее местное сужение потока. Из-за перехода части потенциальной энергии потока в кинетическую средняя скорость потока в суженном сечении повышается. В результате статическое давление в этом сечении становится меньше статического давления перед СУ. Разность этих давлений тем больше, чем больше расход протекающей среды, и, следовательно, она может служить мерой расхода. Перепад давления на СУ (рис. 78, а) равен

где

— давление на входе в сужающее устройство; — давление на выходе из него.

Измерение расхода вещества методом переменного перепада давления возможно при соблюдении условий:

1) поток вещества заполняет все поперечное сечение трубопровода;

2) поток вещества в трубопроводе является практически установившимся;

3) фазовое состояние вещества, протекающего через СУ, не изменяется (жидкость не испаряется; газы, растворенные в жидкости, не десорбируются; пар не конденсируется).

Рис.5.78. Расходомеры переменного перепада давления:

а — структура потока проходящего через диафрагму; б — распределение статического давления р вблизи диафрагмы по длине трубопровода

; / — сужающее устройство (диафрагма); 2 — импульсные трубки; 3 — -образный дифманометр; — сечение потока вещества, в котором не сказывается возмущающее воздействие диафрагмы; — сечение потока вещества в месте его наибольшего сжатия; в — сопло; г — сопло Вентури

В качестве сужающих устройств для измерения расхода жидкостей, газов, пара широко применяются стандартные сужающие устройства. К ним относят стандартную диафрагму, сопло ИСА 1932, трубу Вентури и сопло Вентури.

Стандартная диафрагма (далее — диафрагма) — диск с круглым отверстием, имеющий острую прямоугольную входную кромку.

Сопло ИСА 1932 (далее — сопло) — СУ с круглым отверстием, имеющее на входе плавно сужающийся участок с профилем, образованным двумя сопрягающимися дугами, переходящий в цилиндрический участок на выходе, называемый горловиной (рис. 78, в).

Расходомерная труба Вентури (далее — труба Вентури) — СУ с круглым отверстием, имеющее на входе конический сужающийся участок, переходящий в цилиндрический участок, соединенный на выходе с расширяющейся конической частью, называемой диффузором.

Вентури — труба Вентури с сужающимся входным участком в виде сопла ИСА 1932 (рис. 78, г).

Эти наиболее изученные средства измерения расхода и количества жидкостей, газа и пара могут применяться при любых давлениях и температурах измеряемой среды.

Установим диафрагму в трубопроводе так, чтобы центр ее отверстия находился на оси трубопровода (рис. 78, а). Сужение потока вещества начинается до диафрагмы, на некотором расстоянии за диафрагмой поток достигает своего минимального сечения. Затем поток постепенно расширяется до полного сечения. На рис. 78, б изображено распределение давлений вдоль стенки трубопровода (сплошная линия), а также распределение давлений по оси трубопровода (штрихпунктирная линия). Давление потока около стенок трубопровода после СУ не достигает своего прежнего значения на величину

— безвозвратной потери, обусловленной завихрениями, ударом и трением (затрачивается значительная часть энергии).

Отбор статических давлений

и возможен с помощью соединительных импульсных трубок 2, вставленных в отверстия, расположенные до и после диафрагмы / (рис. 78, а), а измерение перепада давления возможно с помощью какого-нибудь измерителя перепада давления (в данном случае -образного дифманометра 3).

Сопло (рис. 78, в) конструктивно изготовляется в виде насадки с круглым концентрическим отверстием, имеющим плавно сужающуюся часть на входе и развитую часть на выходе. Профиль сопла обеспечивает практически полное сжатие потока вещества и поэтому площадь цилиндрического отверстия сопла может быть принята равной минимальному сечению потока, т. е.

. Характер распределения статического давления в сопле по длине трубопровода такой же, как и у диафрагмы. Такой же и отбор давлений и до и после сопла, как и у диафрагмы.

Сопло Вентури (рис. 78, г) конструктивно состоит из цилиндрического входного участка; плавно сужающейся части, переходящей в короткий цилиндрический участок; из расширяющейся конической части — диффузора. Сопло Вентури благодаря диффузору обладает меньшей потерей давления, чем диафрагма и сопло. Характер распределения статического давления

в сопле Вентури по длине трубопровода такой же, как и у диафрагмы и сопла. Отбор давлений и осуществляется с помощью двух кольцевых камер, каждая из которых соединяется с внутренней полостью сопла Вентури группой равномерно расположенных по окружности отверстий.

Теперь уравнение объемного расхода для несжимаемой жидкости принимает вид:

С учетом введения поправочного коэффициента е, учитывающего расширение измеряемой среды, окончательно перепишем уравнение:

Для несжимаемой жидкости поправочный коэффициент е равен единице, при измерении расхода сжимаемых сред (газа, пара) поправочный коэффициент

и определяется по специальным номограммам.

Источник