13.04.2021

Расходомер для чего нужен – Массовые кориолисовые расходомеры: принцип действия, типы счетчиков, подбор массомера

Содержание

Расходомер — Википедия

Электромагнитный расходомер. Монтаж на наклонном участке уменьшает ошибку измерения вследствие изменения эффективного сечения трубы твердым осадком или завоздушиванием.

Расходоме́р — прибор, измеряющий объёмный расход или массовый расход вещества, то есть количество вещества (объём, масса), проходящее через данное сечение потока, например, сечение трубопровода в единицу времени. Если прибор имеет интегрирующее устройство (счётчик) и служит для одновременного измерения и количества вещества, то его называют счётчиком-расходомером.

Бытовые объёмные счётчики газа Скоростной счётчик — турбинка

Скоростные счётчики[править | править код]

Скоростные счётчики устроены таким образом, что жидкость, протекающая через камеру прибора, приводит во вращение вертушку или крыльчатку, угловая скорость которых пропорциональна скорости потока, а следовательно, и расходу.

Объёмные счётчики[править | править код]

Поступающая в прибор жидкость или газ измеряется отдельными, равными по объёму дозами, которые затем суммируются. Счётчики газа на этом принципе часто встречаются в быту.

Классификация объёмных счетчиков[править | править код]
  • В зависимости от конструктивных особенностей рабочего органа: поршневые, шестеренные.
  • В зависимости от вида движения рабочего органа: поступательного движения, вращательно-ротационного движения, прецессионного, планетарного движения.

В зависимости и от конструкции и от вида движения рабочего органа классифицируются на:

  • поршневые (кольцевые) с планетарным движением кольцевого поршня;
  • шестеренные (круглые) с ротационным вращением круглых шестерен;
  • шестеренные (овальные) с ротационным вращением овальных шестерен;
  • лопастные (камерные) с ротационным вращением лопастей, выполненных в виде камер;
  • лопастные (пластинчатые) с ротационным вращением пластинчатых лопастей.[1]

Ёмкость и секундомер[править | править код]

Возможно, самый простой способ измерить расход — это использовать некоторую ёмкость и секундомер. Поток жидкости направляется в некоторую ёмкость, и по секундомеру засекается время заполнения этой ёмкости. Зная объём ёмкости и поделив его на время заполнения, можно узнать расход жидкости. Этот способ подразумевает прерывание нормального течения потока, однако может давать непревзойдённую точность измерения. Широко используется в тестовых и поверочных лабораториях.

Ролико-лопастные расходомеры[править | править код]

Область применения ролико-лопастных расходомеров очень широка: измерение расходов на испытательных стендах, в гидроприводах станков и технологического оборудования, на стационарных и передвижных бензо- и маслозаправочных станциях, в топливных системах карбюраторных и дизельных двигателей автомобилей, тракторов, строительно-дорожных, сельскохозяйственных, лесозаготовительных машин, тепловозов и судов, как дозаторы при заливке танкеров, ж/д цистерн, резервуаров.

Расходомер оснащен встроенным электронным датчиком и программируемым микропроцессорным прибором с жидкокристаллическим дисплеем. Электроника расходомера имеет автономное питание на 3 — 5 лет и герметизированный выход на вторичный электронный прибор или компьютер, управляющий механизмами дозирования. Для метрологического применения или при необходимости проведения высокоточных измерений в технологических процессах, расходомер оснащен датчиком с высокой разрешающей способностью (до долей см3).

Шестерёнчатые расходомеры[править | править код]

Шестерёнчатый расходомер

Впервые расходомер с овальными шестернями был изобретен компанией Bopp & Reuther (Германия) в 1932 году.

Измеряющий элемент состоит из двух шестерёнок овальной формы. Протекающая жидкость вращает данные шестерёнки. При каждом обороте пары овальных колес через прибор проходит строго определённое количество жидкости. Считывая количество оборотов, можно точно определить, какой объём жидкости протекает через прибор.

Данные расходомеры отличаются высокой точностью, надёжностью и простотой, что позволяет их использовать для жидкостей с высокой температурой и под большим давлением. Отличительной особенностью расходомеров с овальными шестернями является возможность использования для жидкостей с высокой вязкостью (мазут, битум).

Расходомеры на базе объёмных гидромашин[править | править код]

В системах объёмного гидропривода для измерения объёмного расхода рабочей жидкости применяют объёмные гидромашины (как правило — шестерённые или аксиально-плунжерные гидромашины).

Объёмная гидромашина в этом случае работает как гидродвигатель, но без нагрузки на валу. Тогда объёмный расход через гидромашину можно определить по формуле:

Q=q0⋅n,{\displaystyle Q=q_{0}\cdot n,}

где

  • Q{\displaystyle Q} — объёмный расход,
  • q0{\displaystyle q_{0}} — рабочий объём гидромашины (определяется по паспорту гидромашины),
  • n{\displaystyle n} — частота вращения выходного вала гидромашины, которую можно измерить тахометром.

Заметим, что объёмная гидромашина пропускает через себя весь расход жидкости, что для объёмного гидропривода не представляет сложности ввиду малых расходов.

Расходомеры переменного перепада давления[править | править код]

Расходомеры переменного перепада давления основаны на зависимости разницы давлений, создаваемых конструкцией расходомера, от расхода.

Расходомеры с сужающими устройствами[править | править код]

Они основаны на зависимости перепада давления на сужающем устройстве от скорости потока, в результате которого происходит преобразование части кинетической энергии потока в потенциальную.

Принцип действия расходометров этого типа основан на эффекте Вентури. Вентури-расходомер сужает поток жидкости в некотором устройстве, например, диафрагмой и датчиками давления или дифманометром измеряет разницу давлений перед указанным устройством и непосредственно в месте сужения. Этот метод измерения расхода широко используется при транспортировке газов по трубопроводам и использовался ещё во времена Римской империи.

Диафрагма представляет собой диск со сквозным отверстием, вставленный в поток. Дисковая диафрагма сужает поток, и разница давлений, измеряемая перед и за диафрагмой, позволяет определить расход в потоке. Этот тип расходомера можно грубо считать одной из форм Вентури-метров, однако имеющую более высокие потери энергии. Существует три типа дисковых диафрагм: концентрические, эксцентриковые и сегментальные.

[2][3]

Трубка Пито[править | править код]

Расходомеры на основе трубки Пито измеряют динамическое давление p∂≈ξρVo22{\displaystyle p_{\partial }\approx \xi {\frac {\rho V_{o}^{2}}{2}}} в застойной зоне потока (англ.).

Зная динамическое давление, с помощью уравнения Бернулли можно определить скорость потока, а значит, и объёмный расход (Q = S * V, где S — площадь поперечного сечения потока, V — средняя скорость потока).

Расходомеры с гидравлическим сопротивлением[править | править код]

Принцип действия гидродинамических расходомеров основан на измерении давления движущей среды, т.е. давления, которое действует на помещенное в поток тело. Достоинствами гидродинамических расходомеров являются: конструктивная простота, надежность и удобство обслуживания. Одним из распространенных вариантов применения является их использование в качестве индикаторов расхода загрязнения жидкостей и газов.

Центробежные расходомеры[править | править код]

Центробежные расходомеры представляют собой колено на трубопроводе, которые охватывают его по всей окружности трубопровода. Отборы давления находятся в верхней части на внешней и внутренней стенках.

Принцип действия центробежных расходомеров основан на том, что при движении среды по криволинейному участку трубопровода появляются центробежные силы, создающие перепад давлений между точками с разными радиусами кривизны. Согласно этому следует, что где больше кривизна, там и центробежная сила больше и больше давление на стенку.[1]

Расходомеры с напорным устройством[править | править код]

Расходомеры с напорным усилителем[править | править код]

Расходомеры ударно-струйные[править | править код]

Расходомеры постоянного перепада давления[править | править код]

p_{{\partial }}\approx \xi {\frac  {\rho V_{o}^{2}}{2}}

Ротаметры[править | править код]

Ротаметры предназначены для измерения расхода чистых жидкостей и газов. Они состоят из вертикальной конической трубы, выполненной из металла, стекла или пластика, в которой свободно перемещается вверх и вниз специальный поплавок. Поток движется по трубе в направлении снизу вверх, заставляя поплавок подниматься до уровня, на котором все действующие силы находятся в состоянии равновесия. На поплавок воздействуют три силы:

  • выталкивающая сила, которая зависит от плотности среды и объёма поплавка;
  • сила тяжести, которая зависит от массы поплавка;
  • сила потока, которая зависит от формы поплавка и скорости потока, проходящего через сечение ротаметра между поплавком и стенками трубы.

Каждая величина расхода соответствует определённому переменному сечению, зависящему от формы конуса измерительной трубы и конкретного положения поплавка. В случае стеклянных конусов, значение расхода может быть считано прямо со шкалы на уровне поплавка. В случае конусов, выполненных из металла, положение поплавка передаётся на дисплей при помощи системы магнитов — не требуется никакого дополнительного источника питания. Различные диапазоны измерения достигаются за счёт многообразия размеров и форм конуса, а также возможности выбора различных форм и материалов изготовления поплавка.

Оптические расходомеры используют свет для определения расхода.

Лазерные расходомеры[править | править код]

Маленькие частички, которые неизбежно содержатся в природных и промышленных газах, проходят через два лазерных луча, направленных на поток от источника. Свет лазера рассеивается, когда частичка проходит через первый лазерный луч. Рассеянный лазерный луч поступает на фотодетектор, который в результате генерирует электрический импульсный сигнал. Если та же самая частица пересекает второй лазерный луч, то рассеянный лазерный свет поступает на второй фотодетектор, который генерирует второй импульсный электрический сигнал. Измеряя интервал времени между двумя этими импульсами, можно вычислить скорость газа по формуле V = D / T, где D — расстояние между двумя лазерными лучами, Т — время между двумя импульсами. Зная скорость потока, можно определить расход (Q = S * V, где S — площадь поперечного сечения потока, V — средняя скорость потока).

Основанные на лазерах расходомеры измеряют скорость частиц — параметр, который не зависит от теплопроводности, вида газа или его состава. Лазерная технология позволяет получать очень точные данные, причём даже в тех случаях, когда другие методы применять не удаётся или они дают большу́ю погрешность: при высоких температурах, малых расходах, высоких давлениях, высокой влажности, вибрациях трубопроводов и акустическом шуме.

Оптические расходометры способны измерять скорости потока от значений 0,1 м/с до более чем 100 м/с.

Принцип ультразвукового измерения расхода

Ультразвуковые время-импульсные[править | править код]

Время-импульсные расходомеры измеряют разницу во времени прохождения ультразвуковой волны по направлению и против направления потока жидкости. Такой принцип измерений обеспечивает высокую точность (± 1 %). При этом он хорошо работает для чистого потока или потока с незначительным содержанием взвешенных частиц. Время-импульсные расходомеры применяются для измерения расхода очищенной, морской, сточной воды, нефти, в том числе сырой, технологических жидкостей, масел, химических веществ и любой однородной жидкости.

Принцип действия ультразвуковых расходомеров основан на измерении разницы во времени прохождения сигнала. При этом два ультразвуковых сенсора, расположенные по диагонали напротив друг друга, функционируют попеременно как излучатель и приёмник. Таким образом, акустический сигнал, поочерёдно генерируемый обоими сенсорами, ускоряется, когда направлен по потоку, и замедляется, когда направлен против потока. Разница во времени, возникающая вследствие прохождения сигнала по измерительному каналу в обоих направлениях, прямо пропорциональна средней скорости потока, на основании которой можно затем рассчитать объёмный расход. А использование нескольких акустических каналов позволяет компенсировать искажения профиля потока.

Ультразвуковые расходомеры на установке висбрекинга

Ультразвуковые фазового сдвига[править | править код]

Ультразвуковые доплеровские[править | править код]

Доплеровский расходомер основан на эффекте Доплера. Он хорошо работает с суспензиями, где концентрация частиц выше 100 ppm и размер частиц больше 100 мкм, но концентрация составляет менее 10 %. Такие расходомеры жидкости легче и менее точные (± 5 %), а также дешевле, чем время-импульсные расходомеры.

Ультразвуковые корреляционные[править | править код]

Другим не столь популярным расходомером является ультразвуковой расходомер с последующей корреляцией (кросс-корреляция). Он позволяет устранить недостатки, свойственные доплеровским расходомерам. Они лучше работают для потока жидкости с твёрдыми частицами или турбулентного потока газа.

Электромагнитный расходомер Принцип электромагнитного измерения расхода

Ещё в 1832 году Майкл Фарадей пробовал определить скорость течения реки Темзы, измеряя напряжение, индуцируемое в потоке воды магнитным полем Земли. Принцип электромагнитного измерения расхода основан на законе индукции Фарадея. В соответствии с данным законом, напряжение создаётся, когда проводящая жидкость проходит через магнитное поле электромагнитного расходомера. Это напряжение пропорционально скорости потока среды.

Индуцированное напряжение измеряется либо двумя электродами, находящимися в контакте со средой, либо ёмкостными электродами, не контактирующими со средой, и передаётся в преобразователь сигналов. Преобразователь сигналов усиливает сигнал и преобразует его в стандартный токовый сигнал (4—20 мА), а также в частотно-импульсный сигнал (например, один импульс на каждый кубический метр измеряемой среды, прошедшей через измерительную трубу). Принцип действия электромагнитных расходомеров основан на взаимодействии движущейся электропроводной жидкости с магнитным полем. При движении жидкости в магнитном поле возникает ЭДС, как в проводнике, движущемся в магнитном поле. Эта ЭДС пропорциональна скорости потока, и по скорости потока можно определить расход.

Кориолисов расходомер

Принцип действия массовых расходомеров основан на эффекте Кориолиса. Массовый расход жидкостей и газов можно рассчитать по деформации измерительной трубы под действием потока. Плотность среды также можно рассчитать по резонансной частоте колебаний вибрирующей трубы. Вычисление силы Кориолиса осуществляется с помощью двух сенсорных катушек. При отсутствии потока оба сенсора регистрируют одинаковый синусоидальный сигнал. При появлении потока сила Кориолиса воздействует на поток частиц среды и деформирует измерительную трубу, что приводит к сдвигу фаз между сигналами сенсоров. Сенсоры измеряют сдвиг фаз синусоидальных колебаний. Этот сдвиг фаз прямо пропорционален массовому расходу.

Вихревой расходомер

Принцип измерения базируется на эффекте вихревой дорожки Кармана. Позади тела обтекания образуются вихри обратного направления вращения. В измерительной трубе находится завихритель, позади которого происходит вихреобразование. Частота вихреобразования пропорциональна расходу. Образующиеся вихри улавливаются и подсчитываются пьезоэлементом в первичном преобразователе в качестве ударных волн. Вихревые расходомеры подходят для измерения самых различных сред.

Расходомеры теплового пограничного слоя[править | править код]

Применяются для измерения расхода 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.

Достоинством термоконвективных расходомеров является неизменность теплоёмкости измеряемого вещества при измерении массового расхода. Также достоинством является то, что термоконвективных расходомерах отсутствует контакт с измеряемым веществом.  Недостаток и тех и других расходомеров — их большая инерционность.[4]

Калориметрические расходомеры[править | править код]

В калориметрических расходомерах происходит нагревание или охлаждение потока внешним источником тепла, создающим в потоке разницу температур, по которой и определяют расход. Если пренебречь потерями тепла из потока через стенки трубопровода в окружающую среду, то уравнение теплового баланса между теплом, генерируемым нагревателем, и теплом, переданным потоку, приобретает вид:

qt=k0QMcpΔT{\displaystyle q_{t}=k_{0}Q_{M}c_{p}\Delta T},

где

Тепло к потоку в калориметрических расходомерах подводят обычно электро-нагревателями, для которых:

qt=0,24I2R{\displaystyle q_{t}=0,24I^{2}R},

где

  • I{\displaystyle I} — сила тока через нагревательный элемент;
  • R{\displaystyle R} — электрическое сопротивление нагревателя.

На основе этих уравнений статическая характеристика преобразования, которая связывает перепад температур на сенсорах с массовым расходом, приобретёт вид:

QM=0,24I2Rk0cpΔT{\displaystyle Q_{M}={\frac {0,24I^{2}R}{k_{0}c_{p}\Delta T}}}.

Расход определяется путём определения скорости потока через сечение канала, причём скорость определяется по времени переноса на известное расстояние каких-либо меток, искусственно вводимых в поток или изначально присутствующих в потоке.

  1. 1 2 Хансуваров К.И., Цейтлин В.Г. Техника измерения давления, расхода, количества и уровня жидкости, газа и пара: Учебное пособие для техникумов. — М.: Издательство стандартов, -1990.- с. 170-173 287 с, ил.
  2. ↑ Lipták, Flow Measurement, p. 85
  3. ↑ American Gas Association Report Number 3
  4. ↑ Кремлевский П. П. Расходомеры и счетчики количества веществ: Справочник: Кн. 2 / Под общ. ред. Е. А. Шорникова. — 5-е изд., перераб. и доп. — СПб.: Политехника, 2004. — 412 с

Для чего нужен расходомер воды. Расходомеры. Водомеры.

Расходомеры — это приборы, которые производят измерение расхода некоторого вещества, проходящего за заданную единицу времени через трубопровод определенного сечения. Часто расходомер интегрируется со счетчиком, чтобы обеспечивать одновременное более точное измерение количества вещества.

Расходомеры делятся на множество типов, по принципу работы. Существуют механические расходомеры (сюда относятся ролико-лопастные и шестеренчатые), перепадомеры, рычажно-маятниковые, ультразвуковые (характерны высокой точностью, особенно ультразвуковой расходомер жидкости), электромагнитные, вихревые, кориолисовые, тепловые и т.д. Не все эти типы приборов одинаково хорошо подходят для разных типов веществ, и большинство из них ориентированно исключительно на измерение расхода жидкостей, причем не выходящих за определенные температурные рамки.

Точность измерений ухудшается из-за трения механических элементов расходомеров и гидравлического сопротивления, но этих недостатков полностью лишены ультразвуковые расходомеры. Еще с 60-х годов прошлого века производители ультразвуковых расходомеров начали выпускать свои высокоточные приборы, которые сразу получили широчайшее распространение. Высокое быстродействие и защита от любых помех делают их использование оптимальным и в промышленности, и в химии, и во многих других отраслях. Ультразвук идеален для учета и контролирования расходов воды, теплоносителей, горюче-смазочных материалов, и любых других веществ, в том числе и сыпучих. Они и сейчас широко используются и в быту, как обычные счетчики воды, так и в промышленности, в особенности для контроля расхода газа. Существуют как стационарные приборы, для постоянного контроля расхода на некотором участке, так и портативные, переносные, для проверки различных удаленных объектов. Несомненное преимущество этих приборов – возможность контроля расхода снаружи, без произведения любых монтажных работ или врезок в трубу.

На практике используется три основных метода определения расхода определенной жидкости при помощи ультразвуковых расходомеров – метод фазового сдвига (он же времяимпульсный метод), доплеровский метод, и корреляционный, или метод сноса сигнала. Соответственно, существует и три основных типа ультразвуковых расходомеров, каждый из которых работает по своему методу.

Типы расходомеров, область их применения, преимущества и недостатки

Расходомер представляет собой прибор для измерения количества израсходованного (пройденного через трубопровод) рабочего вещества, жидкости или газа. Поскольку сжимаемые и несжимаемые вещества имеют свою специфику измерения, то и устройства в этом сегменте различаются по принципам действия. Каждая категория рассчитана на работу в среде с определенными эксплуатационными характеристиками, отличается особыми параметрами, имеет свои преимущества и недостатки.

Электромагнитные расходомеры

В основе таких приборов – закон Фарадея (электромагнитной индукции). Электродвижущая сила формируется под воздействием воды или другой проводящей жидкости, проходящей через магнитное поле. Получается, что жидкость течет между полюсами магнита, создавая ЭДС, а прибор фиксирует напряжение между 2 электродами, тем самым измеряя объем потока. Этот прибор работает с минимальными погрешностями при условии транспортировки очищенных жидкостей и никак не тормозит поток.

 Преимущества электромагнитных расходомеров

  • В поперечном сечении нет движущихся и неподвижных деталей, что позволяет сохранить скорость транспортировки жидкости.
  • Измерения можно производить в большом динамическом диапазоне.

Недостатки

  • Если в жидкости будут магнитные и токопроводящие осадки, загрязнения, то прибор будет работать с искажениями.

Ультразвуковые расходомеры

Расходомеры этого типа дополнены передатчиками УЗ-сигналов. Скорость прохождения сигнала от передатчика до приемника будет меняться каждый раз при движении жидкости. Если ультразвуковой сигнал идет по направления потока, то время уменьшается, если против – увеличивается. По разности времени прохождения сигнала по потоку и против него и рассчитывается объемный расход жидкости. Как правило, такие устройства комплектуются аналоговым выходом и микропроцессорным блоком управления, а все отображаемые данные выводятся на LED-дисплей.

Достоинства ультразвуковых расходомеров

  • Устойчивость к вибрациям и ударам.
  • Стабильный долговечный корпус.
  • Подходят для нефтеперерабатывающей промышленности и систем охлаждения.
  • Выполняют замеры расхода воды и жидкостей, подобных воде по физическим свойствам.
  • Работают в среднем динамическом диапазоне измерений.
  • Могут монтироваться на трубопроводы больших диаметров.

Недостатки

  • Повышенная чувствительность к вибрациям.
  • Восприимчивость к осадкам, поглощающим либо отражающим ультразвук.
  • Чувствительность к перекосам потока.

Тахометрические расходомеры

В расходомерах тахометрического типа основным измерительным элементом служит крыльчатка или турбина (располагаются перпендикулярно или параллельно проходящему потоку соответственно). В процессе замеряются скорость вращения и количество оборотов, сделанных в потоке.

Преимущества

  • Подходят для измерения расхода жидкости, пара и газа.
  • Простые и дешевые модели.
  • Легко монтируются на трубопроводы малых диаметров и часто используются в бытовых условиях.
  • Работают без источника питания, электроподключение не требуется.

Недостатки

  • Для трубопровода большого диаметра (то есть в промышленном учете) тахометрические расходомеры будут слишком дорогими из-за повышенной металлоемкости, а также чересчур громоздкими.
  • Создают гидравлическое сопротивление потоку и в случае с большими диаметрами могут стать причиной «блокировки» или выйти из строя из-за механических поломок.
  • Невысокая надежность для промышленных измерений, малый динамический диапазон.
  • Недостаточная точность учета: на результаты влияют примеси и посторонние предметы в потоке.
  • Срок эксплуатации недостаточно высокий: подходит для бытовых условий, но не для промышленности.

Кориолисовы расходомеры

В основе действия – эффект Кориолиса: U-образные трубки подвергаются колебаниям при движении, а вибрационные колебания, в свою очередь, вызывают закручивание вещества. Величина сдвига фаз зависит от массового расхода жидкости или пара. Расход измеряется с учетом образуемого угла закручивания. Чаще всего такие расходомеры применяются для жидкостных сред, в том числе для красок, лаков, жидких полимеров.

Преимущества

  • Массовый расход измеряется напрямую.
  • Осадки или загрязнения, растворенные в жидкости, не влияют на результаты измерений.
  • Препятствий во внутреннем сечении нет, система работает стабильно.
  • Подходят для измерения всех типов жидкости, вне зависимости от их электрической проводимости.

Недостатки

  • Дороговизна, сложные технологические компоненты.
  • Необходимость высокоточного монтажа.
  • Точность проведения замеров может изменяться при сильных вибрациях.

Вихревые расходомеры

В таких приборах проводится измерение частоты колебаний, возникающих в потоке газа или жидкости в момент обхождения препятствий. Обтекание приводит к образованию вихрей (собственно, поэтому этот тип устройств и получил свое название), а величина изменения завихрений позволяет вычислить силу потока.

Преимущества

  • Подходят для измерения расхода газов, технического воздуха.
  • Движущихся частей в конструкции нет.

Недостатки

  • В сечении есть механические препятствия, мешающие движению среды.
  • При загрязнении тела обтекания точность измерения существенно снижается.
  • Прибор чувствителен к изменениям температуры.
  • Возникновение вибраций влияет на результаты.
  • Измерения возможны в малом динамическом диапазоне.

Вихревые расходомеры измеряют частоту колебаний, которые возникают в потоке жидкости или газа, когда они обтекают препятствия. При обтекании препятствий образуется вихрь, от которого приборы и получили свое название.

Расходомеры перепада давления

В основе принципа действия таких приборов – измерение перепада давления, возникающего в момент прохождения жидкостного или газового потока через сужающееся приспособления (шайбу, сопло). В этом месте меняется скорость потока, а давление возрастает. Замеры в точке прохождения препятствия производятся с использованием дифференциального датчика давления.

Преимущества

  • Движущиеся части в приборе отсутствуют.

Недостатки

  • Измерения возможны в малом динамическом диапазоне.
  • Любые осадки на сужающем устройстве приводят к значительным погрешностям.
  • Механические препятствия в сечении снижают надежность конструкции.

Эти шесть вариантов считаются основными типами расходомеров для измерения объемов жидкостей и газообразных сред, воздух и воды.

В компании Измеркон предлагается широкий выбор промышленных расходомеров воздуха и сжатых газов, в том числе и с цифровым интерфейсом. Вы можете подобрать подходящую модель, ориентируясь на описание или проконсультировавшись с менеджерами. Наша компания из Санкт-Петербурга обеспечивает отправку измерительных приборов по всей России.

Виды расходомеров, принцип действия разных типов и их устройство

Выбор способа учета расхода жидкости в крупных организациях-потребителях воды, на предприятиях, использующих воду на технологические нужды и сбрасывающих стоки, на ТЭЦ и других промышленных объектах зависит от многих факторов. Это степень загрязнения потока, тип системы (напорная или безнапорная), место планируемой установки и др.

Определение скорости в каждом слое потока сточных вод - расходомер Nivus

Основные типы расходомеров

Рассматривая основные конструкции счетчиков по принципу их устройства и работы можно выделить такие виды расходомеров:

  1. Тахометрические. Они состоят корпуса с установленной в нем лопастной крыльчаткой, которая вращается за счет перемещения воды и передает количество сделанных оборотов на считывающее устройство. Учитывая их простоту и дешевизну, именно такие счетчики используются в качестве бытовых водомеров на малых диаметрах напорных трубопроводов. В промышленном учете, где оперируют большими расходами, они не применяются из-за громоздкости и металлоемкости, а также создания гидравлического сопротивления для движения потока и возможных механических поломок.
  2. Электромагнитные полнопроходные. Это высокоточные приборы объемного учета расхода жидкости, используемые в трубопроводных системах с избыточным давлением жидкости.
  3. Штанговые электромагнитные. С их помощью выполняется замер скорости в середине потока в закрытых полностью заполненных трубах (под давлением). Используются для различных диаметров.
  4. Ультразвуковые. Различают водомеры, работающие по время-импульсному методу измерения, методу Доплера и кросс-корреляционные. Сигнал на считывающее устройство передается с ультразвуковых датчиков. Это одни из наиболее широко применяемых промышленных счетчиков. В зависимости от применяемых датчиков используются в напорных и самотечных системах.
  5. Радарные и лазерные системы измерения расходов. Бесконтактные устройства, применяемые в промышленности. Применяются для самотечных потоков.
  6. Счетчики на основе уровнемера. Их используют в безнапорных системах на лотках Вентури или Паршаля, на каналах с малым водопотреблением либо для технологического учета. При помощи беспроводных уровнемеров можно получить данные об удаленных и труднодоступных объектах.

Рассмотрим более подробно устройство и принцип действия основных расходомеров, применяемых для промышленного учета.

Время-импульсные ультразвуковые счетчики

Время-импульсный расходомерВремя-импульсный метод (или, по-другому, фазового сдвига) основан на измерении времени прохода сигнала против движения потока и по направлению перемещения жидкости. Для преобразования ультразвукового сигнала на трубопроводе устанавливают два или четыре смещенных вдоль движения воды пьезоэлемента. Как правило, применяются дисковые элементы, реже – кольцевые (на малых диаметрах).

Пьезоэлементы могут устанавливаться внутри потока (на внутренних стенках трубы или канала) или снаружи трубопровода (в этом случае сигнал проходит через наружную стенку). В зависимости от применяемых датчиков счётчики могут устанавливаться в самотечных системах (как открытых, так и закрытых), а также в полностью закрытых трубопроводах с избыточным давлением среды. Различают такие виды датчиков скорости:

  • трубные – врезаются в водопровод с внешней стороны. Могут применяться в напорной и безнапорной среде;
  • клиновидные – устанавливаются на дне или внутренней стенке трубы. Как правило, используются в безнапорных каналах либо в трубопроводах больших диаметров, если установка и обслуживание датчика снаружи неудобна;
  • сферические или полусферические – монтируются на наклонных стенках открытых трапециевидных каналов;
  • штанговые – имеют вид трубок, устанавливаются на вертикальных стенках каналов;
  • накладные – бесконтактные датчики, ставятся на внешнюю поверхность трубопровода.

В зависимости от способа установки датчиков различают контактные и бесконтактные устройства. Преимущество бесконтактных переносных расходомеров в возможности устанавливать их на трубопроводы без нарушения целостности. Они достаточно редко устанавливаются стационарно, чаще используются для поверочных замеров в разных точках.

Время-импульсные расходомеры пригодны для нахождения расхода чистой воды или немного загрязненной (с незначительным включением взвешенных частиц). Их применяют в водоснабжении и водоотведении, в охлаждающих контурах, в ирригационных схемах орошения, на насосных напорных станциях, в открытых природных и искусственных каналах и реках. Применяются как для коммерческого, так и для технологического учета.

Метод Доплера

Принцип работы Доплеровского прибораСчетчики, работающие по данному методу, измеряют разность длины волны, отраженной от движущегося потока, относительно длины волны излучаемого сигнала. Измерение принимаемого и передаваемого сигнала для определения разницы между ними производится при помощи клиновидных или трубных датчиков скорости, устанавливаемых на дне канала или трубы.

Работающие по эффекту Доплера водомеры используют в напорных и самотечных системах, полностью и частично заполненных трубах, открытых каналах. Они работают в потоках разной степени загрязнения (кроме чистой воды). Доплеровские расходомеры используют для коммерческого учета в трубопроводах и самотечных каналах, для измерения расходов в реках и каналах ирригационных систем, в ливневых канализациях, на насосных станциях, трубопроводах водозабора и сброса стоков в водоемы.

Кросс-корреляционные ультразвуковые счетчики

Кросс-корреляционный расходомер с трубными датчикамиТакие расходомеры работают по методу кросс-корреляции ультразвукового сигнала. Эта методика основана на принципе построения скоростей по различным уровням потока, счетчик дает возможность строить реальную диаграмму распределения скоростей в потоке. Также выполняется замер уровня потока.

С водомерами используются ультразвуковые трубные и клиновидные датчики скорости, устанавливаемые в потоке, уровень жидкости определяется при помощи надводных и подводных датчиков. Возможно исполнение комбинированных датчиков скорости и уровня.

Счетчики используются в напорных и самотечных, открытых и закрытых системах. Это точный метод измерения, дающий достоверные результаты для потоков различной степени загрязненности, в том числе он эффективен в неоднородных средах. Расходомеры используют в технологических трубопроводах, на очистных сооружениях, в реках и водоемах и др. В крупных каналах можно устанавливать несколько датчиков по всей ширине для получения более точных результатов.

Электромагнитные расходомеры

Электромагнитный расходомерИх принцип работы основан на законе электромагнитной индукции, согласно которой в электропроводной жидкости, проходящей через электромагнитное поле, индуцируется ЭДС, пропорциональная скорости потока (проводника).

Такие расходомеры нашли применение в системах объемного учета теплоносителя и воды на промышленных и энергетических предприятиях. Недостаток – высокая стоимость и вес для диаметров более 300-400 мм, сложность снятия на поверку.

Штанговые электромагнитные водосчетчики работают по принципу погружения датчика в жидкость, где происходит измерение скорости потока. Такие счетчики определяют расход холодной воды в полностью заполненных трубопроводах.

Радарные и лазерные расходомеры

Радарный бесконтактный расходомерБесконтактные узлы учета замеряют поверхностную скорость движения потока в открытых и закрытых самотечных потоках. Вычисление объемного расхода производится путем вычисления его через скорость на поверхности.

Такие устройства используют в труднодоступных местах и сильно загрязненных потоках, где нет возможности установить погружные датчики. Их применяют для учета канализационных и технических стоков.

Какие существуют расходомеры и в чем разница

Расходомеры – это приборы, измеряющие объем или массу вещества: жидкости, газа или пара, которые проходят через сечение трубопровода в единицу времени. В быту расходомеры называют «счетчиками», но это неверно, потому что счетчик – только одна из составляющих конструкции расходомера. Особенности конструкции зависят от типа прибора. Сейчас используют 6 типов расходомеров, у каждого из которых – свои сильные и слабые стороны.

Электромагнитные расходомеры

В основе устройства электромагнитных расходомеров – закон электромагнитной индукции, известный как закон Фарадея. Когда проводящая жидкость, например вода, проходит через силовые линии магнитного поля, индуцируется электродвижущая сила. Она пропорциональна скорости движения проводника, а направление тока – перпендикулярно направлению движения проводника.

В электромагнитных расходомерах жидкость течет между полюсами магнита, создавая электродвижущую силу. Прибор измеряет напряжение между двумя электродами, рассчитывая тем самым объем проходящей через трубопровод жидкости. Это надежный и точный метод, потому что сам прибор не влияет на скорость течения жидкости, а за счет отсутствия движущихся частей оборудование долговечное.

Преимущества электромагнитных расходомеров:

  • Умеренная стоимость.
  • Нет движущихся и неподвижных частей в поперечном сечении.
  • Большой динамический диапазон измерений.

Недостатки:

  • На работу прибора влияют магнитные и проводящие осадки.
Электромагнитный расходомер

Принцип работы электромагнитного расходомера

Ультразвуковые расходомеры

В конструкции расходомеров есть передатчик ультразвуковых сигналов (УЗС). Когда жидкость движется по трубопроводу, происходит снос ультразвуковой волны. Из-за этого меняется время, за которое сигнал от передатчика достигает приемника. Время прохождения увеличивается против потока жидкости и уменьшается, если ультразвуковой сигнал идет по направлению потока. Ультразвуковые расходомеры рассчитывают объемный расход жидкости на основе разности времени прохождения УЗС по течению потока и против него – эта разность пропорциональна скорости движения и объему воды.

Достоинства ультразвуковых расходомеров:

  • Невысокая стоимость.
  • Нет движущихся и неподвижных частей в поперечном сечении.
  • Средний динамический диапазон измерений.
  • Возможность монтажа на трубопроводы большого диаметра.

Недостатки:

  • Чувствительность измерений к отражающим и поглощающим ультразвук осадкам.
  • Чувствительность к вибрациям.
  • Чувствительность к перекосам потока для однолучевых расходомеров.

Расходомеры перепада давления

Принцип действия этого типа расходомеров основан на измерении перепадов давления, которые возникают, когда поток жидкости, газа или пара проходит через шайбу, сопло или другое сужающее устройство. Скорость потока в этом месте меняется, давление возрастает: чем выше скорость потока, тем больший расход.

Преимущества:

  • Отсутствие движущихся частей.

Недостатки:

  • Механические препятствия в сечении: шайба или сопло.
  • Малый динамический диапазон измерений.
  • Чувствительность к любым осадкам на сужающем устройстве.

Вихревые расходомеры

Вихревые расходомеры измеряют частоту колебаний, которые возникают в потоке жидкости или газа, когда они обтекают препятствия. При обтекании препятствий образуется вихрь, от которого приборы и получили свое название.

Преимущества:

  • Отсутствие движущихся частей.

Недостатки:

  • Механические препятствия в сечении расходомера.
  • Малый динамический диапазон.
  • Температурная чувствительность.
  • Неустойчивость характеристик при осадках на теле обтекания.
  • Влияние вибраций на результаты измерений.
Вихревой расходомер

Принцип работы вихревого расходомера

Тахометрические расходомеры

Тахометрические расходомеры измеряют скорость вращения, количество оборотов крыльчатки или турбины в потоке воды, газа или пара. Принцип действия не меняется в зависимости от того, установлена ли в приборе крыльчатка или турбина; разница только в том, что ось вращения крыльчатки находится перпендикулярно движению потока, а турбины – параллельно потоку жидкости или газа.

Преимущества:

  • Невысокая стоимость.
  • Работают без источника питания.

Недостатки:

  • Механические препятствия в сечении расходомера.
  • Малый динамический диапазон.
  • Неустойчивость измерений.
  • Невысокая надежность.
  • Примеси и посторонние предметы в воде влияют на результаты измерений.
  • Небольшой срок эксплуатации.
Тахометрический расходомер

Принцип работы тахометрического расходомера

Кориолисовы расходомеры

Принцип действия этих расходомеров опирается на эффект Кориолиса: изменение фаз механических колебаний U-образных трубок, по которым движется жидкость, газ или пар. Сдвиг фаз зависит от массового расхода. Сила Кориолиса, которая воздействует на стенки колеблющейся трубки, меняется под напором воды или пара.

Преимущества:

  • Прямое измерение массового расхода.
  • Осадки не влияют на измерения.
  • Нет препятствий во внутреннем сечении.
  • Измерение расхода жидкостей не зависит от их электрической проводимости.

Недостатки:

  • Высокая стоимость.
  • Строгие требования к технологии изготовления.
  • Влияние вибраций на метрологические характеристики.

Сравнив достоинства и недостатки разных видов оборудования, несложно понять, почему самыми востребованными остаются электромагнитные расходомеры: они недорогие, точные и практичные. Через каталог компании «Интелприбор» вы можете заказать измерительные модули высокого качества. Мы не только поможем выбрать оборудование, но также установим его и обеспечим техобслуживание.

Вопрос ответ

Вопрос: Для чего нужны расходомеры?

Исходя из названия уже можно сделать вывод что расходомерами называют устройства, предназначенные для измерения расхода потока жидкости или газа. Расходомеры применяются во всех отраслях промышленности, а также ЖКХ и бытовом секторе.

Вот некоторые примеры того, для чего нужны расходомеры:

— Чтобы определить сколько газа поставила Россия в Европу

— Чтобы понять сколько бензина залил в бензобак Вашего автомобиля заправщик

— Чтобы определить количество стоков поступающих на очистные сооружения

— Чтобы определить расход горячей и холодной воды в квартире

— Чтобы отслеживать и контролировать необходимое количество поступающего потока для определенного технологического процесса.

Вопрос: Существует множество различных типов расходомеров. В чем их особенности?

Особенности каждого типа расходомеров продиктованы в основном областью его применения и конкретными требованиями той системы в которой применяется расходомер.

Так например:

Электромагнитные расходомеры используются для измерения среднего объемного расхода различных жидкостей, способных проводить электричество. Сфера его применения достаточно обширна. Это газо- и нефтеперерабатывающая промышленность, цветная и черная металлургия, химическая сфера, пищевая, целлюлозно-бумажная промышленность, эксплуатация в составе различных измерительных систем, комплексов и др.

Ультразвуковые расходомеры применяют для определения расхода жидкости без непосредственного контакта с измеряемой средой, посредством специальных накладных датчиков. Область применения прибора самая широкая — начиная с металлургической, нефтедобывающей, химической, пищевой и другой промышленности, и заканчивая применением на энергетических объектах и в ЖКХ.

Принцип работы вихревых расходомеров основан на непрерывном замере объемного расхода определенных жидкостей и газов путем контакта стержня расходомера с измеряемой средой. При помощи данного типа расходомера осуществляется контроль различных технологических процессов на производстве. Область применения: промышленное производство различного направления, водоснабжение.

Каждый типа расходомеров имеет свои уникальные особенности и применения. Более подробно с различными типами расходомеров Вы можете ознакомиться на соответствующем разделе нашего сайта «Типы расходомеров»

Вопрос: Как правильно выбрать нужный расходомер?

Можно самостоятельно разобраться в данном вопросе, изучить типы расходомеров, их характеристики и особенности применения используя материалы представленные на нашем сайте.

Однако самый простой способ – это оставить заявку заполнив форму в разделе «Обратная связь» или отправить запрос по почте [email protected]

Вопрос: Достаточно ли знать расход жидкости только у конечного потребителя? Почему так важно знать точный расход на выходе из насосной станции?

Для продажи конечному покупателю определённого объема перекачиваемой среды действительно достаточно знать только расход жидкости, потребляемый клиентом на границе раздела. Однако в таком случае невозможно будет диагностировать наличия утечек, а также несанкционированного отбора жидкости. Для этих целей помимо расходомеров на границе раздела зон ответственности с покупателем, расходомеры необходимо также устанавливать непосредственно на выходе из насосной станции. Приборы учета установленные сразу после насоса позволяют определить четкую картину гидравлической сети и оптимально подобрать эффективное насосное оборудование для обеспечение требуемых режимов работы.

Расходомер — это… Что такое Расходомер?

Расходомер — прибор, измеряющий расход вещества, проходящего через данное сечение трубопровода в единицу времени. Если прибор имеет интегрирующее устройство со счетчиком и служит для одновременного измерения и количества вещества, то его называют расходомером со счетчиком.

Расходомеры бывают следующих типов.

Механические счётчики расхода

Магнитный расходомер

Ёмкость и секундомер

Возможно, самый простой способ измерить расход — это использовать некоторую ёмкость и секундомер. Поток жидкости направляется в некоторую ёмкость, и по секундомеру засекается время заполнения этой ёмкости. Зная объём ёмкости, и поделив его на время её заполнения, можно узнать расход жидкости. Этот способ подразумевает прерывание нормального течения потока.

Ротаметры

Ролико-лопастные расходомеры

Шестерёнчатые расходомеры

Впервые расходомер с овальными шестернями был изобретен компанией Bopp & Reuther (Германия) в 1932 году. Измеряемый элемент состоит из двух шестеренок овальной формы. Протекающая жидкость вращает данные шестеренки. При каждом обороте пары овальных колес, через прибор проходит строго определенное количество жидкости. Считывая количество оборотов можно точно определить какой объем жидкости протекает через прибор. Данные расходомеры отличаются высокой точностью, надежностью и простотой, что позволяет их использовать для жидкостей с высокой температурой и под большим давлением. Отличительной особенность расходомеров с овальными шестернями является возможность использования для жидкостей с высокой вязкостью (мазут, битум и т.д.)

Расходомеры на базе объёмных гидромашин

В системах объёмного гидропривода для измерения объёмного расхода рабочей жидкости применяют объёмные гидромашины (как правило шестерённые или аксиально-плунжерные гидромашины).

Объёмная гидромашина в этом случае работает как гидродвигатель, но без нагрузки на валу. Тогда объёмный расход через гидромашину можно определить по формуле:

где

 — объёмный расход,
 — рабочий объём гидромашины (определяется по паспорту гидромашины),
 — частота вращения выходного вала гидромащины, которую можно измерить тахометром.

Заметим, что объёмная гидромашина пропускает через себя весь расход жидкости, что для объёмного гидропривода не представляет сложности ввиду малых расходов.

Датчики расхода измеряющие перепад давления

Вентури-метры

Принцип действия расходометров этого типа основан на эффекте Вентури. Вентури-расходомер сужает поток жидкости в некотором устройстве, и датчики давления измеряют разницу давлений перед указанным устройством и непосредственно в месте сужения. Этот метод измерения расхода широко используется при транспортировке газов по трубопроводам, и использовался ещё во времена Римской империи.

Дисковая диафрагма

 n ISO 5167 Дисковая диафрагма

Диафрагма представляет собой диск со сквозным отверстием, вставленный в поток. Дисковая диафрагма сужает поток, и разница давлений, измеряемая перед и после диафрагмы, позволяет определить расход в потоке. Этот тип расходомера можно грубо считать одной из форм Вентури-метров, однако имеющую более высокие потери энергии. Существует три типа дисковых диафрагм: концентрические, эксцентриковые и сегментальные.[1][2]

Трубка Пито

Расходомеры на основе трубки Пито измеряют динамическое давление в застойной зоне потока (англ.).

С помощью уравнения Бернулли, и зная динамическое давление, можно определить скорость потока, а значит, и объёмный расход (Q=SV, где S — площадь поперечного сечения потока, V — средняя скорость потока).

Оптические расходомеры используют свет для определения расхода.

Расходомеры на основе двух лазерных лучей

Маленькие частички, которые неизбежно содержатся в природных и промышленных газах, проходят через два лазерных луча, направленных на поток от источника. Свет лазера рассеивается, когда частичка проходит через первый лазерный луч. Рассеяный лазерный луч поступает на фотодетектор, который в результате генерирует электрический импульсный сигнал. Если та же самая частица пересекает второй лазерный луч, то рассеяный лазерный свет поступает на второй фотодетектор, который генерирует второй импульсный электрический сигнал. Измеряя интервал времени между двумя этими импульсами, можно вычислить скорость газа по формуле V = D / T, где D — расстояние между двумя лазерными лучами, Т — время между двумя импульсами. Зная скорость потока, можно определить расход (Q = VS, где S — площадь поперечного сечения потока).

Основанные на лазерах расходометры измеряют скорость частиц — параметр, который не зависит от теплопроводности, вида газа или его состава. Лазерная технология позволяет получать очень точные данные, причём даже в тех случаях, когда другие методы применять не удаётся или они дают большу́ю погрешность: при высоких температурах, малых расходах, высоких давлениях, высокой влажности, вибрациях трубопроводов и акустическом шуме.

Оптические расходометры способны измерять скорости потока от значений 0.1 м/с до более чем 100 м/с.

Ультразвуковые время-импульсные

Ультразвуковые фазового сдвига

Ультразвуковые доплеровские

Ультразвуковые корреляционные

Расходомеры теплового пограничного слоя

Калориметрические расходомеры

Примечания

  1. Lipták, Flow Measurement, p. 85
  2. American Gas Association Report Number 3

http://www.bopp-reuther.de/en/products/oval-wheel-meter.html

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *