3. Переменного уровня

Зависимость между расходом и высотой уровня в сосуде, в который жидкость непрерывно поступает и из которого она вытекает через отверстие в дне или боковой стенке. В последнее время расходомеры данного типа практически не применяются.

Достоинства:

• щелевые расходомеры хорошо зарекомендовали себя при изме­рении сильно загрязненных и быстро кристаллизующихся жидко­стей и растворов.

Недостатки:

• небольшой диапазон измерения;

• относительно высокая основная по­грешность устройства: в комплекте со вторичным прибором ±3,5%.

Рисунок 3 - Расходометр переменного давления

3. Обтекания

Чувствительный элемент расходомера воспринимает динамическое давление потока и перемещается под его воздействием на величину, зависящую от расхода. Расходомеры обтекания классифицируются по трем группам:

Рисунок 4 - Расходометр обтекания

1. Расходомеры с обтекаемым телом, которое перемещается вертикально, а сила противодействия создается весом тела. В расходомерах данной группы перепад давления остается постоянным.

2. Расходомеры с обтекаемым телом перемещающимся не только по вертикальной траектории, благодаря противодействующей пружине, при этом изменяется перепад давления.

3. Расходомеры, имеющие поворотную лопасть. Сила противодействия в таких расходомерах создается не только весом тела и противодействующей пружиной, но посторонним источником энергии.

Достоинства:

• простота конструкции;

• безотказность в процессе эксплуатации, большой диапазон измерения;

• небольшая погрешность измерения расхода ± (1,5- 2,5%) .

Недостатки:

• большая чувствительность к температурному изменению вязкости (особенно при малых расходах);

• невозможность измерения расхода загрязненных жидкостей и жидкостей, из которых выпадает осадок.

Ко второй группе относятся измерительные приборы с непрерывно движущимся телом. Такими счетчиками воды являются следующие:

1. Тахометрические (крыльчатые)

Рисунок 5 - Схема турбинного (а) и крыльчатого (б) счетчика воды

Расходомер или счетчик воды, имеющий подвижной, обычно вращающийся элемент, скорость движения которого пропорциональна объемному расходу. Измеряя скорость движения подвижного элемента, получаем расходомер, а измеряя количество оборотов получаем счетчик количества воды. Подразделяются на турбинные, крыльчатые, шариковые, роторно-шаровые и камерные. Основное применение турбинных (а) или крыльчатых (б) (рис.5) счетчиков воды - учет холодной и горячей воды.

Состав расходомера, счетчика воды:

Двухступенчатый преобразователь расхода. Первая ступень – турбинка, крыльчатка, шарик или другой элемент, скорость которого пропорциональна объемному расходу. Вторая ступень тахометрический преобразователь, вырабатывающий измерительных сигнал, импульсный цифровой или аналоговый.

Достоинства:

• относительно невысокая цена;

• автономность (не требуют внешнего питания);

• камерные приборы могут обеспечить высокую точность и больший диапазон измерений по сравнению с турбинными и шариковыми счетчиками.

Недостатки:

• изнашивание движущихся частей расходомера;

• чувствительность к механическим примесям.

2. Силовые

С помощью силового воздействия, зависящего от массового расхода, потоку сообщается ускорение, и изменяется какой-либо параметр, характеризующий степень этого воздействия или его эффекта.

В зависимости от характера этого изменения силовые расходомеры и счетчики подразделяют на:

1. кориолисовые массовые расходомеры;

2. гироскопические расходомеры;

3. турбосиловые расходомеры.

Турбосиловыми называют силовые расходомеры, в преобразователе которых в результате силового воздействия, пропорционального массовому расходу, поток закручивается.

На рисунке 6 показана принципиальная схема такого расходомера при внешнем силовом воздействии. Внутри трубопровода 2 установлен ротор 3 с малым радиальным зазором, имеющий каналы для прохода жидкости, разделенные перегородками, параллельными его оси, или же выполненный в виде прямолопастной крыльчатки. Ротор вращается от электродвигателя 1 с угловой скоростью ω и закручивает жидкость, которая приобретает винтовое движение, показанное стрелками. Далее жидкость поступает на ротор 5, закрепленный на пружине 6, и закручивает последнюю на угол ф, пропорциональный массовому расходу. Неподвижный диск 4 уменьшает вязкостную связь между роторами.

Главный момент количества движения жидкости I относительно оси вращения роторов определяется выражением: I_x=J_x ω

Рисунок 6 - Принципиальная схема турбосилового расходомера

где Jх — момент инерции закручиваемой жидкости относительно оси вращения; ω — угловая скорость вращения жидкости.

У турбосиловых расходомеров один из элементов (ротор, крыльчатка) должен непрерывно вращаться. У кориолисовых же и гироскопических в некоторых случаях ограничиваются лишь непрерывными колебаниями подвижного элемента вокруг оси. Подобные расходомеры получили название вибрационных.

Приведенная погрешность силовых расходомеров ±0,5-3,0 %. Большинство из них предназначено для измерения расхода жидких видов топлива, имеются конструкции и для измерения расхода газа. На практике применяются редко. Особую группу силовых расходомеров образуют перепадно-силовые расходомеры, в которых в результате внешнего силового воздействия создается разность давлений в отдельных местах потока, пропорциональная массовому расходу.

Силовое воздействие может быть внешним и внутренним. Внешнее воздействие сообщается обычно от электродвигателя, который вращает (или колеблет) один из элементов преобразователя расхода, например прямолопастную крыльчатку, закручивающую проходящий через неё поток. Внутреннее воздействие осуществляется за счет снижения потенциальной энергии потока, например, при его закручивании неподвижными винтовыми лопатками.

Дополнительное ускорение, сообщаемое потоку в силовых расходомерах, пропорционально массовому расходу. Соответственно пропорционален массовому расходу и измеряемый параметр, характеризующий степень силового воздействия, например мощность, затрачиваемая на закручивание потока, угол закрутки противодействующей пружины и т.п. Поэтому силовые расходомеры, как типичные представители приборов, измеряющих массовый расход, нередко называются массовыми расходомерами.

Достоинства:

• измерение массового расхода;

• отсутствие необходимости в прямых участках;

• пригодны для измерения пульсирующего потока;

• измерения мало зависят от профиля скорости.

Недостатки:

• относительно высокая цена;

• сложность конструкции преобразователей расхода с автоколеблющимся телом.

Третью категорию составляют приборы, основанные на физических явлениях:

1. Тепловые

Рисунок 7 - Схема теплового расходомера

Принцип действия расходомера: измерение эффекта теплового воздействия на поток, зависящее от расхода.

Расходомеры в основном предназначены для измерения расхода газа в лабораторных условиях, реже жидкости.

Разновидности тепловых расходомеров:

1. калориметрический тепловой расходомер

2. термоконвективный тепловой расходомер

3. термоанемометрический тепловой расходомер

Недостаток: малая надежность

2. Электромагнитные

Рисунок 8 - Схема электромагнитного расходомера

Принцип действия счетчика воды: взаимодействие движущейся электропроводной жидкости с магнитным полем, подчиняющееся закону электромагнитной индукции.

Основное применение получили расходомеры, счетчики воды у которых измеряется ЭДС, индуктируемая в жидкости, при пересечении ею магнитного поля. Для этого в участок трубопровода, изготовленный из немагнитного материала, покрытого внутри неэлектропроводной изоляцией (обычно фторопластом) и помещенного между полюсами магнита или электромагнита, вводятся два электрода в направлении, перпендикулярном как к направлению движения жидкости, так и к направлению силовых линий магнитного поля.

Разность потенциалов на электродах определяется уравнением:

E=BDv=4BQ_o/πD, где

B – магнитная индукция;

D – расстояние между концами электродов, равное внутреннему диаметру трубопровода;

v и Q_o – средняя скорость и объемный расход воды.

Таким образом, измеряемая разность потенциалов E прямо пропорциональна объемному расходу Q_o. Для учета краевых эффектов, вызываемых неоднородностью магнитного поля и шунтирующим действием трубы, уравнение умножается на поправочные коэффициенты обычно близкие к единице.

Достоинство счетчиков воды:

• показания одинаковы как при ламинарном, так и при турбулентном потоке.

Недостатки:

• влияние взвесей содержащихся в воде;

• оседание на стенках расходомера ржавчины, мазута, угольных примесей влияют на показания расходомера;

• большое содержание железа в воде так же оказывает неблагоприятное воздействие при измерении расхода;

• влияние блуждающих токов и внешних электромагнитных полей на измерения.

3. Акустические или ультразвуковые

Измерение эффекта зависящего от расхода при прохождении акустических колебаний через поток воды. Почти все акустические расходомеры работают в ультразвуковом диапазоне, поэтому называются ультразвуковыми.

Рисунок 9 - Ультразвуковой расходометр

Ультразвуковые расходомеры подразделяются на расходомеры, основанные на:

1. перемещении ультразвуковых колебаний движущейся средой;

2. эффекте Доплера;

3. корреляционной дискриминации времени прохождения случайных флуктуаций.

Большое распространение получили счетчики воды, основанные на измерении разности времен прохождения ультразвуковых колебаний по потоку и против него. Объем воды определяется по формуле:

V=КнКм(1/t1-1/t2)T,

Где:

V – объем прошедшей воды, м³;

Т – время работы счетчика воды, сек;

t1- время распространения ультразвукового импульса по направлению потока, сек;

t2 – время распространения против направления потока, сек;

Кн – гидродинамический коэффициент;

Км – коэффициент, учитывающий геометрию первичного преобразователя.

Как видно из формулы скорость ультразвука отсутствует в выражении.

В зависимости от способа установки ультразвуковые расходомеры подразделяются на стационарные и переносные. Стационарные расходомеры устанавливаются на трубопроводе в виде расходомерной вставки или ультразвуковые датчики врезаются непосредственно в трубопровод. Переносной расходомер представляет собой накладные ультразвуковые датчики, которые устанавливаются на трубопровод при помощи прижимной штанги или крепятся при помощи цепей. Параметры трубопровода (толщина стенки, диаметр трубопровода) и воды (температура) вводятся во вторичный преобразователь расхода.

Достоинства:

• слабая зависимость от отложений на проточной части;

• низкое  энергопотребление;

• точность в широком диапазоне;

• отсутствие выступающих в поток деталей;

• высокая чувствительность на малых расхода.

Недостатки:

• чувствительность отдельных однолучевых конструкций к неравномерности поля скоростей измеряемого потока;

• чувствительность преобразователей с отражателями к образованию отложений на отражающих ультразвук поверхностях.

4. Оптические

5. Ядерно-магнитные

6. Ионизационные

Приборы, основанные на особых методах, относятся к четвертой категории:

1. Концентрационные

2. Меточные

3. Корреляционные

Рисунок 10 - Схема корреляционного расходомера

Принцип действия счетчика воды заключается в вычислении времени прохождения случайных флуктуаций расстояния между преобразователями. Большинство однофазных потоков не однородны, поэтому параметры потока или свойства среды постоянно меняются случайным образом, например такие параметры как температура, плотность и др. После корреляционной обработки обычно с помощью микропроцессора по транспортному запаздыванию вычисляется период выходных импульсов и их формирование. Далее определяется объем и мгновенный расход воды.

Состав счетчика воды: расходомер состоит из преобразователей, как правило, акустических, вторичных преобразователей сигналов и микропроцессорного устройства. Достоинства:

• корреляционные расходомеры могут применяться для измерения расхода загрязненных сред и многофазных потоков;

• из-за отсутствия контакта с измеряемым веществом отсутствуют потери давления.

Недостатки:

• длительность процесса измерения;

• относительно невысокая точность не более 1,5-2%.