Измерения количества и расхода жидкости, газа и пара

Средства измерений количества вещества за некоторый промежуток времени (сутки, месяц и т. д.) называют счетчиками.

где q_v — постоянная счетчика, определяющая количество вещества, приходящегося на единицу показания счетчика,

N₂ и N₁ - показаниz счетчика.

Объемный расход, измеряемый в м³/с, м³/ч, л/мин и т. д.,

и массовый расход, измеряемый в кг/с, кг/ч, т/ч и т. д.

Необходимо различать понятия «средний расход» и «истинный (мгновенный) расход»

Cредний объемный расход равен

где V — объем вещества, измеренный счетчиком за время τ₂— τ₁.

Истинным, или мгновенным, расходом называют производную от количества (объема V или массы т) по времени.

Средства измерений расхода называют расходомерами.

Интегрируя сигнал расходомера по времени, можно определить количество вещества, прошедшее через расходомер за интервал времени

Приборы, работающие в комплекте с расходомерами и реализующие операцию интегрирования его сигнала, называют интеграторами расходомеров.

Объемные счетчики

Принцип действия объемных счетчиков основан на непосредственном отмеривании объемов измеряемой среды с помощью мерных камер известного объема и подсчета числа порций, прошедших через счетчик.

Опорожняющиеся объемные счетчики имеют жесткие камеры, из которых измеряемая среда свободно вытекает. Счетчики этого типа непригодны для измерения количества газа.

Вытесняющие объемные счетчики имеют мерные камеры с перемещающимися стенками, которые вытесняют измеряемую фазу, освобождая камеру для следующей порции.

Схема счетчика с овальными шестернями

Схема лопастного счетчика

Скоростные счетчики

Скоростные, как и объемные, счетчики применяют для определения объемного количества измеряемой среды. Однако в отличие от объемных скоростные счетчики не имеют измерительных камер и производят косвенное измерение количества веществ в объемных единицах.

Чувствительным элементом скоростных счетчиков является аксиальная или тангенциальная турбинка, приводимая во вращение потоком жидкости, протекающим через счетчик.

Принцип действия скоростных счетчиков основан на том, что число оборотов турбинки в единицу времени п пропорционально скорости потока, омывающего турбинку:

n=kW, (7.7)

где k — коэффициент пропорциональности; W — скорость потока в некотором сечении счетчика F.

Схема скоростного счетчика с аксиальной, турбинкой

Схема скоростных счетчиков с тангенциальной турбинкой

Расходомеры переменного перепада давления (дроссельные расходомеры)

Одним из самых распространенных принципов измерения расхода жидкостей, газов и паров является принцип переменного перепада давления на сужающем устройстве.

Широкое использование этого принципа связано с рядом присущих ему преимуществ. К их числу относятся:

• простота и надежность,

• отсутствие движущихся частей,

• легкость серийного изготовления средств измерений практически на любые давления и температуры измеряемой среды,

• низкая стоимость,

• возможность измерения практически любых расходов

• и, что особенно существенно, возможность получения градуировочной характеристики расходомеров расчетным путем, т. е. без использования дорогостоящих расходоизмерительных метрологических установок.

Картина течения вещества через диафрагму (а) и эпюры давления (б) и скорости (в)

Схемы стандартных сужающих устройств

Расходомеры обтекания

Расходомеры обтекания относятся к большой группе расходомеров, называемых также расходомерами постоянного перепада давления. В этих расходомерах обтекаемое тело (поплавок, поршень, клапан, поворачивающаяся пластинка, шарик и др.) воспринимает со стороны набегающего потока силовое воздействие, которое при возрастании расхода увеличивается и перемещает обтекаемое тело, в результате чего перемещающая сила уменьшается и вновь уравновешивается противодействующей силой.

Расходомеры переменного уровня

Принцип действия расходомеров переменного уровня основан на зависимости высоты уровня жидкости в сосуде от расхода непрерывно поступающей и вытекающей из сосуда жидкости. Вытекание жидкости из сосуда происходит через отверстие в дне или в боковой стенке. Сосуды для приема жидкости выполняют цилиндрическими или прямоугольными.

Схемы расходомеров переменного уровня

Электромагнитные расходомеры

Принцип действия электромагнитных расходомеров основан на законе электромагнитной индукции — законе Фарадея, согласно которому в проводнике, пересекающем магнитные силовые линии, индуцируется ЭДС, пропорциональная скорости движения проводника. Если использовать в качестве проводника поток электропроводящей жидкости, текущей между полюсами магнита, и измерить наведенную в жидкости ЭДС, то можно определить скорость потока или объемный расход жидкости.

Схема электромагнитного расходомера

Тепловые расходомеры

Принцип действия тепловых расходомеров основан на нагреве потока вещества и измерении разности температур до и после нагревателя (калориметрические расходомеры) или на измерении температуры нагретого тела, помещенного в поток (термоанемометрические расходомеры). Последние не имеют самостоятельного применения в технологических измерениях.

Схема калориметрического расходомера