3. Методы и приборы для измерения расхода

Под величиной расхода понимается количество продукта, прошедшего через заданное сечение трубопровода в единицу времени. Количество продукта может измеряться в объёмных и массовых единицах.

Устройства, измеряющие массовые величины, называют мас­совыми расходомерами. Расходомеры, определяющие объёмный расход. называются объёмными расходометрами.

Обозначим через Q_v количество продукта в объёмных едини­цах. Тогда объёмный расход

Обозначим через Q™ количество продукта, выраженного в массовых единицах.

Тогда массовый расход

Выпускаются следующие типы расходомеров и счетчиков ко­личества:

• Расходомеры переменного перепада давления.

При проходе потока через сужающее устройство часть потенциальной энергии потока переходит в кинетическую, поэтому статическое давление после сужающего устройства ста­новится меньше давления перед сужающим устройством. Раз­ность давлений до и после сужающего устройства тем больше, чем больше расход протекающего вещества. Следовательно, пе­репад давления может служить мерой расхода.

Расходомеры переменного перепада давления являются наиболее распространенными по следующим при­чинам:

1. Для поверки не требуются образцовых средств измерения расхода (используется поэлементный способ поверки). В процес­ се поверки поверяются геометрические размеры сужающего уст­ ройства (диаметр проходного сечения и острота кромки), затем отдельно поверяется датчик перепада давления.

2. Простота механической конструкции.

3. Измерения стандартизованы, имеются программы расчета на ЭВМ.

Основные недостатки метода:

• потери давления на сужающем устройстве;

• малый динамический диапазон измерения расхода

• Турбинные расходомеры жидкости:

• турбинные расходомеры с механическим счётным механиз­мом;

• турбинные расходомеры с индукционным узлом съёма сиг­нала.

Турбинка вращается под действием набегающего потока. Частота вращения пропорциональна скорости потока. Динамиче­ский диапазон трубопровода расходомера D = 10. Погрешность измерения 0,01 %..Л %. Расходомер работает только на чистом газе или жидкости. Поток должен быть ламинарный (для этого перед замерным узлом ставят спрямляющий участок, длина ко­торого L > iOd, d - диаметр трубопровода).

Рекомендуется также использовать струевыпрямитель, кото­рый ставят перед расходомером

• Ультразвуковые расходомеры жидкости.

Ультразвуковые расходомеры (рис. 5.7) используют для изме­рения как в жидких, так и в газовых средах.

Скорость ультразвука в среде является геометрической сум­мой векторов скорости распространения ультразвука в непод­вижной среде и скорости среды. Фактически ультразвуковой ме­тод измерения позволяет измерять скорость среды.

Ультразвуковые расходомеры не имеют подвижных механиче­ских частей, не вызывают потерь давления в трубопроводе, по­зволяют измерять расход в прямом и обратном направлениях.

Выделяют два типа излучателей и приёмников:

- врезные (излучатель непосредственно контактирует с изме­ рительной средой);

- накладные (пьезоэлектрические преобразователи устанав­ ливают на поверхности трубопровода).

Доплеровские расходомеры (рис. 5.11) использует широко из­вестный эффект Доплера, который заключается в изменении час­тоты волны при её отражении от движущегося объекта. В случае потока жидкости или газа отражающими объектами служат при­меси в потоке.

Технология «широколучевого» измерения реализуется, как правило, с помощью ультразвуковых волн Лэмба. Волной Лэмба называется волна, распространяющаяся между поверхностями стенки трубы вдоль поверхности трубопровода. При каждом от­ражении от границы труба-среда в среде возбуждается волна, направленная внутрь измеряемого потока. В результате создаётся пучок когерентных измерительных лучей, который и называют широким лучом.

«Широкий луч» обеспечивает нечувствительность расходоме­ра к примесям в среде. Если один из параллельных лучей широ­кого пучка перекрывается инородной частицей примеси, то изме­рение обеспечивают другие лучи.

• Электромагнитные расходомеры жидкости.

Основой измерений с помощью электромагнитного расходо­мера является закон индукции Фарадея, в соответствии с кото­рым при перемещении проводника через магнитное поле в нём наводится напряжение. Этот принцип измерений применяется к текущей по трубе проводящей жидкости, поперек направления движения которой создается магнитное поле

Электро­магнитный расходомер позволяет измерять расход в трубопрово­дах диаметром от 1 мм до 2 м. При этом выходной сигнал не зависит от эпюры скоростей по сечению трубопровода.

• Вихревые расходомеры жидкости:

Принцип действия вихревых расходомеров с телом обтекания (рис.) заключается в фиксации вихрей, возникающих за те­лом обтекания, помещенного в поток. Частота образования вих­рей (так называемая «дорожка Кармана») пропорциональна объёмному расходу

Рис. Устройство вихревого расходомера:

1 - корпус расходомера; 2 - тело обтекания; 4 ~ фланцы расходомера; 5 - трубо­провод

• с индуктивным преобразователем сигнала;

• с электромагнитным преобразователем сигнала;

• с ультразвуковым преобразователем сигнала.

Расходомеры постоянного перепада давления (рота­метры).

• Кориолисовы расходомеры.

Кориолисовы расходомеры позволяют измерять массовый расход жидкостей или газов с большой точностью. Измерение расхода производится за счёт эффекта возникновения силы Ко-риолиса, возникающей при криволинейном движении жидкости или газа.

Рассмотрим течение жидкости в горизонтальной трубе (рис.). Если горизонтально расположенную трубу, через ко­торую протекает жидкость, жёстко закрепить с одного конца, а другой конец заставить вибрировать с постоянной круговой ско­ростью со, относительно неподвижной точки 0, то на стенку тру­бы будет действовать сила Кориолиса, которая будет зависеть от массового расхода жидкости.

Частица жидкости массой т, находящаяся на расстоянии г от точки 0, движется с линейной скоростью v и с угловой скоро­стью со. Ускорение а частицы жидкости складывается из двух

Рис. Принцип работы кориолисова расходомера