Лекция 10.

Методы и средства измерения расхода

Основные понятия

Расход – это количество вещества, протекающее через данное сечение в единицу времени. Количество можно измерять в единицах массы (кг, т) или единицах объема (м³). Следовательно, расход можно измерять в единицах массы, деленных на единицу времени (кг/с, кг/мин, кг/ч, т/ч), или в единицах объема, также деленных на единицу времени (м³/с, м³/мин, м³/ч). В первом случае имеем массовый расход, во втором - объемный расход.

Прибор для измерения расхода называют расходомерами, а приборы для измерения количества - счетчиками количества (счетчиками).

Измерение расхода и количества является сложной задачей, поскольку на показания приборов влияют физические свойства измеряемых потоков: плотность, вязкость, соотношение сред в потоке и т.п. физические свойства измеряемых потоков, в свою очередь, зависят от условий эксплуатации, главным образом от температуры и давления. Если условия эксплуатации отличаются от условий при которых производилась их градуировка, то ошибка в показаниях прибора может значительно превысить допустимые значения. Поэтому для серийно выпускаемых приборов установлены ограничения области их применения: по свойствам измеряемого потока, максимальной температуре и давлению, содержанию твердых частиц или газов в жидкости и т.п.

Классификация приборов для измерения расхода

В зависимости от принятого метода измерения приборы для измерения расхода и количества подразделяются на:

1. Расходомеры переменного перепада давления – основаны на измерении перепада давления, который образуется в результате местного изменения скорости потока жидкости, газа или пара. Расходомеры данного вида включают в себя три отдельные части: преобразователь расхода, создающий перепад давления в зависимости от расхода (сужающее устройство); соединительное устройство, передающее перепад давления от преобразователя к измерительному прибору; дифференциальный манометр, измеряющий перепад давления, образованный преобразователем расхода и градуированный в единицах расхода. Стандартные сужающие устройства подразделяются на три типа: нормальная диафрагма, нормальное сопло и труба(сопло) Вентури.

2. Расходомеры постоянного перепада давления (расходомеры обтекания)– основаны на уравновешивании обтекаемого тела потоком измеряемого вещества. Формы обтекаемых тел различны: поплавок, поршень, шар, диск, крыло и т.п. По конструктивным особенностям эти расходомеры подразделяются на ротаметры, поршневые и поплавковые расходомеры.

3. Электромагнитные расходомеры – основаны на законе электромагнитной индукции, согласно которому в проводнике, движущемся в магнитном поле, будет наводиться э. д. с, пропорциональная скорости движения проводника. В электромагнитных расходомерах роль проводника выполняет электропроводная жидкость, протекающая по трубопроводу и пересекающая магнитное поле электромагнита. При этом в жидкости будет наводиться э. д. с. U, пропорциональная скорости ее движения, т. е. расходу жидкости. Выходной сигнал такого первичного преобразователя снимается двумя изолированными электродами, установленными в стенке трубопровода.

4. Ультразвуковые расходомеры – основаны на сложении скорости распространения ультразвука в жидкости и скорости самого потока жидкости. Излучатель и приемник ультразвуковых импульсов расходомера располагают на торцах измерительного участка трубопровода. Электронный блок содержит генератор импульсов и измеритель времени прохождения импульсом расстояния между излучателем и приемником.

5. Тахометрические расходомеры – основаны на преобразовании скорости потока в угловую скорость вращения обтекаемого элемента. Подразделяются на турбинные, шариковые и камерные.

6. Расходомеры переменного уровня – основаны на зави­симости уровня жидкости в сосуде от расхода при свободном истечении ее через калиброванное отверстие (щель) в дне или боковой стенке. Профиль и диаметр отверстия рассчитываются таким обра­зом, чтобы указанная зависимость была линейной.

7. Тепловые расходомеры – основаны на использовании зависимости эффекта теплового воздействия на поток вещества от массового расхода этого вещества.

8. Вихревые расходомеры – основаны на зависимости от расхода частоты колебаний давления среды, возникающих в по­токе в процессе вихреобразования.

Методы и средства измерения уровня

Для ведения технологических процессов большое значение имеет контроль за уровнем жидкостей и твердых сыпучих материалов в производственных аппаратах. Кроме того, зная площадь любой емкости, по величине уровня можно определить количество вещества в ней. Часто по условиям технологического процесса нет необходимости в измерении уровня по всей высоте аппарата. В таких случаях применяют узкопредельные, но более точные уровнемеры. Особую группу составляют уровнемеры, используемые только для сигнализации предельных значений уровня.

Для измерения уровня жидкости применяют поплавковые, буйковые, гидростатические, ультразвуковые и акустические приборы, для измерения уровня жидкости и твердых сыпучих материалов — емкостные и радиоизотопные.

1. Поплавковые уровнемеры

В поплавковых уровнемерах имеется плавающий на поверхности жидкости поплавок, в результате чего измеряемый уровень преобразуется в перемещение поплавка. В таких приборах используется легкий поплавок, изготовленный из коррозионно-стойкого материала. Показывающее устройство прибора соединено с поплавком тросом или с помощью рычагов. Поплавковыми уровнемерами можно измерять уровень жидкости в открытых емкостях.

2. Буйковые уровнемеры

В буйковых уровнемерах применяется неподвижный погруженный в жидкость буек. Принцип действия буйковых уровнемеров основан на том, что на погруженный буек действует со стороны жидкости выталкивающая сила. По закону Архимеда эта сила равна весу жидкости, вытесненной буйком. Количество вытесненной жидкости зависит от глубины погружения буйка, т. е. от уровня в емкости. Таким образом, в буйковых уровнемерах измеряемый уровень преобразуется в пропорциональную ему выталкивающую силу. Поэтому зависимость выталкивающей силы от измеряемого уровня линейная. В буйковых уровнемерах буек передает усилие на рычаг промежуточного преобразователя. Выходной сигнал первого уровнемера — унифицированный пневматический, второго — унифицированный электрический сигнал (постоянный ток).

Принцип действия буйковых уровнемеров позволяет в широких пределах изменять их диапазон измерения. Это достигается как заменой буйка, так и изменением передаточного отношения рычажного механизма промежуточного преобразователя.