Измерение расхода и количества вещества

Измерение расхода и количества вещества

Под расходом понимают количество вещества, проходящего через контрольное сечение трубопровода или другой транспортной магистрали в единицу времени.

Различают:

- объемный расход,  который измеряется в м³/с, м³/час, л/мин и т.д.

- массовый расход, который измеряется в кг/с, кг /час, т /час и т.д.

Приборы для измерения расхода - расходомеры, а приборы измеряющие количества вещества, прошедшего по транспортной магистрали за определенный промежуток времени называются счетчиками количества или просто счетчиками.

Счетчики интегрируют  (суммируют) значение расхода по времени.

 Приборы, измеряющие расход и количество вещества за период времени называются расходомерами-счетчиками.

Наиболее распространенные расходомеры делятся по принципу действия на следующие группы:

- переменного перепада давления.

- расходомеры постоянного перепада давления (расходомеры обтекания, ротаметра).

- скоростного напора.

- тахометрические

 

Расходомеры постоянного перепада давления

Эти устройства часто называют расходомерами обтекания. Их принцип основан на том, что обтекаемое тело (поплавок, поршень, клапан, поворотная пластина, шарик) воспринимает со стороны набегающего потока силовое воздействие, которое при возрастании расхода увеличивается и перемещает обтекаемое тело до такого положения, при котором силовое воздействие уменьшается и уравновешивается противодействующей силой. При равновесии разность давлений ∆Р=Р₁-Р₂ действующих до и после обтекаемого тела остается постоянной, поэтому они и называются расходомерамипостоянного перепада давления.

Эти приборы обладают рядом преимуществ:

- высокая чувствительность, что позволяет измерять малые расходы;

- возможность применения в агрессивных средах;

- линейная статическая характеристика;

- широкий диапазон измерения (Q_max/Q_min= 10, что в 3 раза превышает диапазон для сужающих устройств);    

       - незначительные потери давления.

       Недостатки:

- необходимость индивидуальной градуировки для различных контрольных сред;

- не пригодны для больших расходов.

 

Ротаметры

       Среди расходомеров обтекания они наиболее распространены.

Основные элементы ротаметра:

- вертикальная расширяющаяся кверху коническая трубка с поплавком.

Под действием гидродинамического давления потока поплавок перемещается вверх до тех пор пока расширяющийся кольцевой зазор между телом поплавка и стенками трубки не достигнет величины, при которой наступит равновесие всех приложенных к нему сил. Изменение высоты Н подъема поплавка является мерой расхода Q.

В верхней части поплавка имеются косые прорези, что придает ему вращение и центрирует в трубке.

Для визуального отсчета применяют стеклянные конусные трубки, кроме того выпускаются ротаметры, в которых ход поплавка преобразуется в пропорциональный электро- или пневмосигнал.

Поплавковые уровнемеры

 

Этот тип приборов основан на перемещении поплавка вместе с уровнем среды. Это перемещение передается на показывающее устройство или преобразователь для создания выходного сигнала измерительной информации.

 

Буйковые уровнемеры

Буйковыминазываются уровнемеры, основанные на законе Архимеда: зависимости выталкивающей силы, действующей на буек, от уровня жидкости.

Чувствительный элемент - цилиндрический буек с плотностью большей, чем плотность жидкости частично погружён в нее. Буек закреплен на упругой подвеске, например, пружине. Поскольку сила Архимеда F_A = ρ gV линейно зависит от объема погруженной части буйка V, то при неизменной плотности ρ статическая характеристика буйкового уровнемера будет линейной (g – ускорение свободного падения). Величина деформации упругого элемента преобразуется с помощью унифицированных преобразователей в сигнал измерительной информации, например в токовый (4-20мА).

 

 

Гидростатические уровнемеры

Такие приборы построены на принципе измерения давления Р, создаваемого столбом H жидкости с плотностью ρ по показаниям манометра

P = ρ gH,

       При данном способе измерения возможны различные схемы:

1) манометр М устанавливают и подключают к емкости на высоте, соответствующей нижнему предельному значению уровня. Этот метод приемлем только для резервуаров в атмосферном давлении.

 

2) используют дифманометр М, установленный и подключенный к емкости на высоте нижнего предельного значения, а другое колено дифманометра соединяют с верхней частью емкости. Этот метод применим для ёмкостей под давлением.

 

3) если дифманометр М установлен не на нижнем предельном уровне, то необходимо применять уравнительный сосуд.

 

Электрические уровнемеры

 

Эти приборы широко применяются для сигнализации и дистанционного измерения уровня однородных жидкостей и сыпучих тел.

Наиболее распространены два вида:

- емкостные

- кондуктометрические (омические).

 

Емкостные уровнемеры основаны на зависимости электрической емкости конденсатора специальной конструкции (емкостного датчика) от уровня среды, в которую он погружен. Емкость электрического конденсатора зависит от коэффициента диэлектрической проницаемости среды e между обкладками. У измеряемой среды (например, жидкости) e_ж и газа e_г над ней эти коэффициенты существенно различны. Поэтому емкость преобразователя равна сумме емкостей двух участков – погруженного в жидкость с диэлектрической проницаемостью e_ж и находящегося в газе с диэлектрической проницаемостью e_г (для воздуха e_г = 1).

При изменении уровня h меняется соотношение площадей обкладок конденсатора погруженной и не погруженной частей. Таким образом, меняется общая емкости датчика, которая затем преобразуется в пропорциональный сигнал с помощью электронного блока.

Для электропроводных или агрессивных жидкостей электроды покрывают фторопластовой изоляцией. Возможна конструкция, в которой один электрод является корпусом объекта.

 

 

Кондуктометрические (омические) уровнемеры используют главным образом для сигнализации уровня электропроводных сред.

 

При достижении уровня Н₁ или Н₂ происходит замыкание цепи электропроводной средой. Срабатывает реле, которое может производить сигнализацию или управлять процессом поддержания уровня в заданных пределах. Например: клапан подачи жидкости при понижении нижнего заданного уровня открывается и закрывается при превышении верхнего его значения. Часто в качестве одного из электродов может использоваться металлический корпус измерительной емкости.

Сигнализатор уровня может быть как одноэлектродным, так и многоэлектродным, позволяющим сигнализировать несколько значений уровня среды. В последнем случае электроды устанавливаются на различных заданных уровнях, значения которых надо сигнализировать.

Преимуществом электрических уровнемеров является:

- возможность измерения уровня сыпучих сред.

Недостатком этих приборов является:

- невозможность использования их в средах вязких, кристаллизующихся, образующих осадок и налипающих на электроды.

 

Измерение расхода и количества вещества

Под расходом понимают количество вещества, проходящего через контрольное сечение трубопровода или другой транспортной магистрали в единицу времени.

Различают:

- объемный расход,  который измеряется в м³/с, м³/час, л/мин и т.д.

- массовый расход, который измеряется в кг/с, кг /час, т /час и т.д.

Приборы для измерения расхода - расходомеры, а приборы измеряющие количества вещества, прошедшего по транспортной магистрали за определенный промежуток времени называются счетчиками количества или просто счетчиками.

Счетчики интегрируют  (суммируют) значение расхода по времени.

 Приборы, измеряющие расход и количество вещества за период времени называются расходомерами-счетчиками.

Наиболее распространенные расходомеры делятся по принципу действия на следующие группы:

- переменного перепада давления.

- расходомеры постоянного перепада давления (расходомеры обтекания, ротаметра).

- скоростного напора.

- тахометрические