34.Тепловой расходомер

Тепловыми называются расходомеры, основанные на измерении зависящего от расхода эффекта теплового воздействия на поток или тело, контактирующее с потоком. Чаще всего их применяют для измерения расхода газа и реже для измерения расхода жидкости.

Тепловых расходомеры различают по:

• способу нагрева;

• расположению нагревателя (снаружи или внутри трубопровода);

• характеру функциональной зависимости между расходом и измеряемым сигналом.

Электрический омический способ нагрева является основным, индуктивный нагрев почти не применяется на практике. Также в некоторых случаях применяют нагрев с помощью электромагнитного поля и с помощью жидкостного теплоносителя.

По характеру теплового взаимодействия с потоком тепловые расходомеры подразделяются на:

• калориметрические (при электрическом омическом нагреве нагреватель расположен внутри трубы);

• термоконвективные (нагреватель расположен снаружи трубы);

• термо-анемометрические.

У калориметрических и термоконвективных расходомеров измеряется разность температур AT газа или жидкости (при постоянной мощности W нагрева) или же мощность W (при ΔТ == const). У термоанемометров измеряется сопротивление R нагреваемого тела (при постоянной силе тока i) или же сила тока i (при R = const).

Термоанемометрические приборы для измерения местных скоростей потоков появились раньше остальных. Калориметрические расходомеры с внутренним нагревом, появившиеся позже, не получили заметного применения. Позднее стали разрабатываться термоконвективные расходомеры, которые благодаря наружному расположению нагревателя находят все более широкое применение в промышленности.

Термоконвективные расходомеры делят на квазикалориметрические (измеряется разность температур потока или мощность нагрева) и теплового пограничного слоя (измеряется разность температур пограничного слоя или соответствующая мощность нагрева). Они применяются для измерения расхода главным образом в трубах небольшого диаметра от 0,5—2,0 до 100 мм. Для измерения расхода в трубах большого диаметра находят применение особые разновидности термоконвективных расходомеров:

• парциальные с нагревателем на обводной трубе;

• с тепловым зондом;

• с наружным нагревом ограниченного участка трубы.

Ультразвуковой расходомер

Для контроля расхода и учета воды и теплоносителя с 60-х годов прошлого века в промышленности применяются ультразвуковые расходомеры. Неоспоримые достоинства ультразвуковых расходомеров: малое или полное отсутствие гидравлического сопротивления, надежность (так как нет подвижных механических элементов), высокая точность, быстродействие, помехозащищенность – определили их широкое распространение.

Существуют три основные методики определения расхода жидкости при помощи ультразвука:

• время-импульсный метод (фазового сдвига),

• доплеровские расходомеры,

• метод сноса ультразвукового сигнала (корреляционный).

35

Уровнемер — прибор, предназначенный для определения уровня содержимого в открытых и закрытых сосудах, резервуарах, хранилищах и других ёмкостях. Под содержимым подразумеваются разнообразные виды жидкостей, в том числе и газообразующие, а также сыпучие и другие материалы. Уровнемеры так же называют датчиками/сигнализаторами уровня, преобразователями уровня. Главное отличие уровнемера от сигнализатора уровня — это возможность измерять градации уровня, а не только его граничные значения.

Существует следующая классификация устройств для измерения уровня жидкости:

-визуальные;

-поплавковые, в которых для измерения уровня используется поплавок или другое тело, находящееся на поверхности жидкости;

-буйковые, в которых для измерения уровня используется массивное тело (буёк), частично погружаемое в жидкость;

-гидростатические, основанные на измерении гидростатического давления столба жидкости;

-электрические, в которых величины электрических параметров зависят от уровня жидкости;

-ультразвуковые, основанные на принципе отражения от поверхности звуковых волн;

-радарные и волноводные, основанные на принципе отражения поверхности сигнала высокой частоты (СВЧ);

-радиоизотопные, основанные на использовании интенсивности потока ядерных излучений, зависящих от уровня жидкости.

Помимо классификации уровнемеров по принципу действия, эти приборы делятся на:

1.приборы для непрерывного слежения за уровнем (непрерывное измерение);

2.приборы для сигнализации о предельных значениях уровня (дискретный контроль).

К приборам непрерывного слежения относятся — уровнемеры-указатели, преобразователи уровня, указатели уровня жидкости, преобразователи уровня.

К приборам для сигнализации о предельных значениях уровня относятся — сигнализаторы уровня, реле уровня, переключатели уровня, датчики предельного уровня. Рассмотрим каждый вид уровнемеров на предмет их принципа действия, области применения и их достоинства и недостатки.

Визуальные уровнемеры

Простейший уровнемер (визуальный) — водомерное стекло, в котором использован принцип сообщающихся сосудов, служит для непосредственного наблюдения за уровнем жидкости в закрытом сосуде. Указательное стекло соединяют с сосудом нижним концом (для открытых сосудов) или обоими концами (для сосудов с избыточным давлением или разрежением). Наблюдая за положением уровня жидкости в стеклянной трубке, можно судить об изменении уровня в сосуде. Стёкла комплектуют вентилями или кранами для отключения их от сосуда и продувки системы.

Не рекомендуется использовать указательные стекла длиной более 0,5 м, поэтому при контроле уровня, изменяющегося больше чем на 0,5 м, устанавливают несколько стекол таким образом, чтобы верх предыдущего стекла перекрывал низ последующего.

Поплавковые уровнемеры относятся к механическим.

Поплавковые — уровнемеры с чувствительным элементом (поплавком), тогда измерение происходит по оценке положения предмета на поверхности жидкости относительно двух точек измерений.

Поплавковые измерительные приборы делятся на уравнемеры узкого и широкого диапазонов.

Поплавковые уровнемеры узкого диапазона представляют собой устройства, содержащие шарообразный поплавок, выполненный из нержавеющей стали, который плавает на поверхности жидкости и через штангу и специальное уплотнение соединяется или со стрелкой измерительного прибора, или с преобразователем угловых перемещений в унифицированный электрический или пневматический сигналы.

Поплавковые уровнемеры широкого диапазона представляют из себя поплавок, связанный с противовесом гибким тросом, в нижней части противовеса укреплена стрелка, указывающая значения уровня жидкости в резервуаре.

Важной характерной особенностью поплавковых уровнемеров, является высокое разрешение прибора 0,1 мм и точность измерений — 1 мм.

36

Буйковый уровнемер – уровнемер, принцип действия которого основан на изме-рении перемещения буйка или силы гидростатического давления, действующей на буёк.

Буёк в отличие от поплавка не плавает на поверхности жидкости, а погружён в жидкость и перемещается в зависимости от её уровня. Буйковые уровнемеры наиболее часто применяются для измерения уровня однородных, в том числе агрессивных, жидкостей, находящихся при высоких рабочих давле-ниях (до 32 МПа), широком диапазоне температур (от –200 до +600С) и не обладающих свойствами адгезии (прилипания) к буйкам.

Стальной цилиндрический буек подвешен на конце рычага , который связан с торсионной трубкой . Под действием буйка и упругой трубки прикладывается деформированный момент при этом масса буйка выбирается так, чтобы он не всплывал при полном его погружении в жидкость. С повышением уровня жидкости увеличивается его масса, что вызывает пропорциональное уменьшение угла закручивания упругой трубки . И стального стержня закрепленной внутри трубки. На противоположном конце стержня установлена заслонка , которая отклонена относительна сопла на тот же угол. Пневмоустройство усиливает малое угловое перемещение заслонки относительно сопла пропорционально изменения давления сжатого воздуха контролируемого манометра , шкала которого проградуирована в уровень.

Главной особенностью буйковых уровнемеров является возможность измерения уровня границы раздела двух жидкостей.

Недостатком буйковых уровнемеров являются зависимость их точности от плотности и температуры измеряемой среды, ограниченность использования для больших (свыше 16 м) диапазонов измерения уровней жидкостей и жидкостей обладающих адгезией к буйку.