Определение расхода объемным способом

Методы измерения расхода жидкости

Расход — количество жидкости, проносимое потоком сквозь живое сечение в единицу времени.

Количеством жидкости можно считать массу, тогда расход называют массовым и измеряют в кг/с, или объем, в этом случае расход называют объемным и измеряют в м₃/c или л/мин.

Если плотность жидкости считать постоянной, то связать массу и объем не составит труда:

m= ρV

• где m — масса
• V — объем
• ρ — плотность

Используя эту зависимость можно легко связать массовый и объемный расходы.

Измерительные приборы позволяют определить массовый или объемный расход. Рассмотрим наиболее известные методы измерения расхода жидкости.

Объемный способ измерения расхода

Поток жидкости направляется в мерную емкость, на которую нанесена шкала.

Фиксируется время за которое жидкость наполнит емкость до некоторой отметки. Зная геометрические размеры емкости можно определить какой объем был заполнен жидкостью и вычислить объемный расход.

Погрешности измерения объемным способом

В связи с тем, что измерения производятся визуально с ручной фиксацией времени, погрешности объемного способа измерения расхода связаны с неточностью измерения времени, величины заполнения емкости (по линейке). Кроме того, объем жидкости зависит от температуры, поэтому нагрев или охлаждение жидкости могут влиять на показания при измерениях.

Весовой способ измерения расхода жидкости

Жидкость поступает в мерную емкость установленную на весах.

Если зафиксировать время, за которое масса жидкости достигнет установленной величины, то можно определить массовый расход.

Погрешность измерения зависит от точности измерения времени наполнения мерной емкости. Масса жидкости от температуры не меняется, поэтому погрешностей, связанных с нагревом или охлаждением, в данном случае, не будет.

Механические способы определения расхода

При механическом способе измерения расхода фиксируется частота вращения подвижного элемента — турбины, крыльчатки и т.п. Для этого одну или несколько лопаток турбины могут быть изготовлены из немагнитного материала, а другие — из магнитного.

Расходомер вытеснительного типа

При данном способе измерения фиксируется время, за которое жидкость заполняет заданный объем вытесняя подвижный элемент. Для этого может быть использован гидроцилиндр, гидромотор.

Рассмотрим данный способ измерения не примере расходомера с вращающимися кулачками.

Жидкость поступает в полость расходомер, воздействует на кулачки, заставляя их вращаться. Зная объем рабочей камеры и частоту вращения кулачков можно легко вычислить расход рабочей жидкости.

Погрешности при измерениях расходомерами вытеснительного типа

Погрешности связаны с трением между подвижными деталями, перетечками жидкости.

Турбинный расходомер

Турбина установлена в цилиндрическом корпусе.

При прохождении потока жидкость турбина будет вращаться, причем чем выше расход тем быстрее будет вращаться турбина. При прохождении лопатки увеличивается индуктивность. С помощью этого фиксируется скорость вращения турбины. Произведя тарировку прибора, можно будет судить о расходе жидкости зная частоту вращения турбины.

К турбинным расходомерам относят и мировертушки.

Погрешности при измерении расхода с помощью турбинного расходомера

Основными факторами влияющими на погрешность измерения в данном случае будут:

• Силы трения;
• Инерционность подвижных частей;
• Стекание жидкости на малых расходах.

Определение расхода по перепаду давления

Потери давления зависят от скорости движения жидкости в трубопроводе, а скорость, в свою очередь зависит от расхода и диаметра трубопровода. Получается, что, зная потери давления на трубопроводе, можно судить о скорости движения жидкости о расходе.

Измерение расхода с помощью диафрагмы

В трубопроводе установлена тонкая пластина с небольшим отверстием — диафрагма. С помощью датчиков давления или манометра фиксируются давление перед диафрагмой и за ней. Определить расход можно по перепаду давления на диафрагме.

Погрешности измерения могут быть связаны с изменением профиля проходного сечения диафрагмы, вызванного зарастанием отверстия или сглаживанием кромок.

Ультразвуковой способ определения расхода

Два ультразвуковых приемника (передатчика) установлены на противоположных поверхностях.

Скорость течения жидкости будет влиять на время прохождения ультразвукового импульса через поток жидкости. Зная диаметр трубы можно вычислить расход жидкости.

Вихревой способ определения расхода жидкости

Вихревой расходомер представляет собой трубу, в которой установлено плохо обтекаемое тело. При обтекании этого объекта жидкостью образуются вихри. Причем частота генерируемых вихрей будет пропорциональна расходу. Для регистрации измерений может использоваться ультразвуковой излучатель с приемником. Вихри, образовавшиеся при обтекании телка, оказывают воздействие на ультразвуковую волну, изменяя ее амплитуду, это фиксируется приемником. Полученные данные могут быть интерпретированы в значение расхода жидкости.

Термоанемометрический способ измерения расхода

Расходомер представляет собой тонкую проволоку помещенную в поток. Через проволоку проходит электрический ток, что вызывает ее нагрев, до величины, которая определяется скоростью теплопотерь.

На величину потерь тепла влияет скорость течения жидкости, а значит и ее расход.

Источник

Измерение расхода

Расход – это продукт или сырье проходящий через поперечное сечение трубопровода в единицу времени.

Существуют два вида расхода – объемный (Qv) и массовый (Qm) . Они рассчитываются по формулам:

где α – расчетный коэффициент расхода;

К²t – температурный коэффициент (коэффициент расширения), эта величина выбирается из справочника;

ρ — плотность продукта или сырья;

d20 – диаметр сужающего устройства при температуре t = 20˚С;

∆Р – перепад давления на сужающем устройстве.

Из этих формул видно, что разница между объемным и массовым расходом заключается в подкоренном выражении, т.е. в одном случае под корнем перепад давления ∆Р делится на плотность ρ, а в другом случае эти две величины перемножаются.

Единицы измерения объемного расхода : м3/ч; м3/с.

Единицы измерения массового расхода : кг/ч; кг/с; т/ч; т/с.

При измерении расхода существует такое понятие, как »Количество вещества». Количество вещества – это продукт или сырье, проходящее через поперечное сечение трубопровода за промежуток времени (смену, вахту, час, месяц и т.д.).

Количество вещества измеряется счетчиками, которые устанавливаются:

1. По месту (в трубопроводе);

2. В операторной (вторичный прибор).

Количество вещества – выражают в единицах объема (м3) или массы (кг).

Существует несколько методов измерения расхода:

1. Расходомеры постоянного перепада давления.

2. Расходомеры переменного перепада давления.

3. Электромагнитные расходомеры.

4. Турбинные расходомеры.

5. Акустические расходомеры.

6. Приборы измеряющие расход по эффекту »Кориолисовых сил».

7. Тепловые расходомеры.

8. Вихревые расходомеры.

Метод постоянного перепада давления.

Ротаметр – расходомеры обтекания. Ротаметры устанавливают в вертикальный участок трубопровода. Он представляет собой стеклянную трубку в форме конуса, обращенную широким концом вверх, внутри которой находится поплавок. Наибольшее давление будет в кольцевом зазоре между поплавком и стенками сосуда, а наименьшее сверху.

а) нижнюю коническую часть;

б) среднюю цилиндрическую часть;

в) верхнюю со скошенными бортиками, косые линии предназначены для предания поплавку устойчивости.

В зависимости от пределов измерения поплавок изготовляют из: эбонита, дюралюминия или нержавеющей стали. Шкала нанесена непосредственно на стеклянной трубке.

Преимущества ротаметров:

1. Простота конструкции

2. Возможность измерения малых расходов

3. Значительный диапазон измерения

4. Возможность измерения агрессивных сред

5. Равномерная шкала.

Существуют ротаметры с электрической дистанционной передачей показаний. Они являются бесшкальными датчиками. Ротаметры типа РЭ (ротаметр электрический) – могут использоваться при t˚С от -40˚С до +70˚С.

Используются для измерения расхода неагрессивных жидкостей.

Метод переменного перепада давления.

Для того, чтобы создать перепад давлений в трубопроводе, устанавливают сужающее устройство. На нашем предприятии в качестве сужающего устройства применяют диафрагмы. Конструктивно диафрагма представляет из себя диск с отверстием, который вставляется в трубопровод.

Р1 – самое большое давление перед диафрагмой;

Р2, Р3 – промежуток, в котором будет самое маленькое давление;

Р4 – самое большое давление после диафрагмы;

Рn – давление потерь (это и есть перепад давлений между Р и Р4, для которого устанавливается сужающее устройство).

Перепад давления обозначается ∆Р и находится по формуле:

∆Р = Р – Р2

Перед диафрагмой давление измеряемой среды возрастает, а скорость ее перемещения по трубопроводу снижается. После диафрагмы давление измеряемой среды снижается, а скорость ее перемещения возрастает.

Отбор давления производится рядом с сужающим устройством.

Перепад давления ∆Р на сужающем устройстве является мерой расхода. Из формулы определения расхода видно, что они связаны между собой зависимостью через корень квадратный, поэтому на выходе из дифманометра сигнал имеет форму параболы.

Таким образом, если не предусмотреть дополнительного устройства на выходе из дифманометра, то шкала вторичного прибора по всей длине будет неравномерной, но особенно это просматривается в нижней части шкалы.

Для того, чтобы преобразовать нелинейную зависимость в линейную и чтобы шкала была равномерной устанавливают приборы извлечения квадратного корня. Во многих электронных вторичных приборах эти преобразователи устанавливаются программно, т.е. устанавливаются при программировании контроллера.

Существует несколько видов сужающих устройств:

1. Диафрагмы – они подразделяются на стандартные и нестандартные.

Стандартные диафрагмы устанавливаются в трубопроводах таким образом, чтобы скосы были на выходе.

К нестандартным диафрагмам относятся:

Конические диафрагмы применяют для измерения расхода запыленных, загрязненных и очень вязких сред. Их устанавливают в трубопроводе таким образом, чтобы скоси были на входе.

Секторные диафрагмы применяют для измерения сыпучих материалов.

2. Сопло Вентури.

3. Труба Вентури.

4. Дроссель (переменный, постоянный).

Сужающие устройства соединяются с дифманометрами соединительными импульсными проводками, а те в свою очередь преобразуют перепад давления в унифицированный пневматический или электрический сигнал. Этот сигнал передается на вторичный прибор, а затем, если имеется компьютер, на монитор.

Электромагнитные расходомеры.

Электромагнитные расходомеры применяют для измерения расхода электропроводящих жидкостей.

Расходомер представляет собой отрезок трубы из нержавеющей стали, с расположенными снаружи полюсами электромагнита. По оси в трубопроводе расположены токосъемные электроды. Участок трубопровода по обе стороны от электродов покрыт электроизоляцией. Роль проводника в таком расходомере выполняет электропроводная жидкость, перемещающаяся по трубопроводу и пересекающая магнитное поле электромагнита. В жидкости будет наводиться ЭДС (электродвижущая сила, т.е. напряжение) пропорциональная скорости ее движения, т.е. расходу жидкости. Степень агрессивности для таких приборов определяется материалом изоляции трубы и электродов первичного преобразователя.

Турбинные расходомеры.

Турбоквант предназначен для измерения объемного и массового расхода различных жидкостей и газов. Также этот прибор осуществляет суммирование расхода, выдает количество вещества.

Турбинка устанавливается только в горизонтальных трубопроводах. Поток измеряемой среды проходит через турбинку и приводит во вращение ее лопасти. Число оборотов крыльчатки пропорционально расходу. На турбинке установлен преобразователь, который состоит из катушки с магнитным сердечником.

Лопасти крыльчатки выполнены из ферромагнитного сплава (т.е. из не магнитящегося материала). При вращении они поочередно пересекают магнитное поле, которое наводит магнит и в катушке наводится ЭДС в виде импульса, причем число импульсов за один оборот крыльчатки будет равно числу лопастей. Таким образом, частота импульсов пропорциональна расходу. Этот выходной сигнал от турбинки по кабелю поступает на частотомер, т.е. на Турбоквант.

Ультразвуковые расходомеры.

Принцип действия ультразвуковых расходомеров основан на пьезоэлектрическом эффекте, т.е это фактическая скорость распространения ультразвуков в движущейся среде, которая равна геометрической сумме скорости движения среды и скорости звука в этой среде.

Ультразвуковой расходомер представляет собой отрезок трубы, в который установлены излучатель ультразвука и его приемник. Время, за которое сигнал проходит от излучателя к приемнику преобразуется в величину расхода.

Расходомеры по эффекту »Кориолисовых сил».

Принцип работы основан на использовании эффекта Кориолисовых сил.

Конструкция расходомера TRIO-MASS выполнена с использованием двух параллельных труб, что позволяет уменьшить габаритные размеры, увеличить жесткость конструкции и выпускать расходомеры в широком диапазоне диаметров.

Использование в конструкции TRU-MASS однотрубной спирали дает возможность предлагать широкий диапазон вариантов соединения с трубопроводом.

При прохождении массовым потоком трубы, к которой приложены принудительные колебания, Кориолисовы силы вызывают крутящий момент в сечении трубы. Труба расходомера постоянно вибрирует со своей резонансной частотой, которая является функцией массы измерительной системы, составленной из массы трубы и протекающей рабочей жидкости.

Как только резонансная частота колебаний начинает изменяться, как результат изменения плотности рабочей жидкости автоматически производится изменение частоты возбуждения внешним источником вибраций. Это позволяет одновременно с измерениями расхода проводить измерения плотности рабочей жидкости. Встроенный температурный датчик позволяет производить эти измерения с поправкой на температуру.

Тепловые расходомеры.

Принцип действия основан на теплопроводности измеряемого вещества. При постоянной мощности нагревателя количество тепла, забираемое от него потоком, при постоянном расходе будет постоянно.

С увеличением расхода нагрев потока будет уменьшаться, что определяется разностью температур.

Вихревые расходомеры.

Основаны на явлении возникновения вихрей при встрече потока с телом не обтекаемой формы. В результате от его тела (противоположных граней) будут отлетать вихри.

Скорость отрыва вихрей зависит от расхода вещества.

Принцип действия преобразователя основан на ультразвуковом детектировании вихрей, образующихся в потоке жидкости, при обтекании ею призмы, расположенной поперек потока.

Преобразователь состоит из проточной части и электронного блока. В корпусе проточной части расположены тело обтекания – призма трапецеидальной формы (1) и пьезоизлучатели ПИ1 и ПИ2 (2), пьезоприемники ПП1 и ПП2 (3) и термодатчик (7).

Электронный блок включает в себя генератор (4), фазовый детектор (5), микропроцессорный адаптивный фильтр с блоком формирования выходных сигналов (6).

3 thoughts on “ Измерение расхода ”

Для объяснения самой физики принципов измерения очень даже красиво

А может такое быть, что перепад давления есть, а расхода нет??

Источник