Материал: Расходомеры

Расходомеры

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

. Расходомер переменного перепада давления

1.1 Расходомеры с сужающими устройствами

1.2 Расходомеры с гидравлическим сопротивлением

.3 Расходомеры с напорным устройством

1.4 Расходомеры с напорными усилителями

.5Ударно - струйные расходомеры

. Расходомеры постоянного перепада давления

2.1 Ротаметры

.2 Поплавковые расходомеры

.3 Поршневые расходомеры

. Расходомеры с изменяющимся перепадом давления

.1 Поплавково-пружинные расходомеры

.2 Тахометрические расходомеры

Заключение

Список литературы

Введение

Расход вещества - это масса или объем вещества, проходящего через данное сечение канала средства измерения расхода в единицу времени.

В зависимости от того, в каких единицах измеряется расход, различают объемный расход или массовый расход. Объемный расход измеряется в м3/с (м3/ч и т. д.), а массовый - в кг/с (кг/ч, т/ч и т. д.).

Расход вещества измеряется с помощью расходомеров, представляющих собой средства измерений или измерительные приборы расхода. Многие расходомеры предназначены не только для измерения расхода, но и для измерения массы или объема вещества, проходящего через средство измерения в течение любого, произвольно взятого промежутка времени. В этом случае они называются расходомерами со счетчиками или просто счетчиками. Масса или объем вещества, прошедшего через счетчик, определяется по разности двух последовательных во времени показаний отсчетного устройства или интегратора. По принципу действия разделяются на следующие основные группы: переменного перепада давления; обтекания - постоянного перепада давления; тахометрические; электромагнитные; переменного уровня; тепловые; вихревые; акустические. Кроме того, известны расходомеры, основанные на других принципах действия: резонансные, оптические, ионизационные, меточные и др. Однако многие из них находятся в стадии разработки и широкого применения пока не получили.[8].

1. Расходомер переменного перепада давления

расходомер давление технологический

Расходомером переменного перепада давления называется измерительный комплекс, основанный на зависимости от расхода перепада давления, создаваемого преобразователем расхода, установленным в трубопроводе, или элементом последнего.

Расходомеры переменного перепада давления имеют следующие разновидности, в зависимости от вида преобразователя расхода:

.С сужающими устройствами;

. С гидравлическим сопротивлением;

. Центробежные;

. С напорными устройствами;

.С напорными усилителями;

. Ударно - струйные.

.1 Расходомеры с сужающими устройствами

Расходомеры с сужающими устройствами СУ основаны на измерении перепада давления, возникающего в результате преобразования в СУ части потенциальной энергии в кинетическую. Основным преимуществом данных расходомеров является универсальность применения. Они используются для измерения расхода, большинства однофазных и многих двухфазных, сред при самых различных давлениях и температурах. Расходомеры переменного перепада давления достаточно удобны для массового производства. Индивидуально изготовляется только преобразователь расхода - сужающее устройство. Все остальные части могут изготавливаться серийно (например, дифференциальный манометр и вторичный прибор), их устройство не зависит ни от вида, ни от параметров измеряемой среды.

Однако расходомеры с сужающим устройством имеют некоторые недостатки, наиболее существенными из которых являются следующие:

.Квадратичная зависимость между расходом и перепадом. Другими словами невозможно измерять расход менее 30% максимального из-за высокой погрешности измерения, что затрудняет использование этих приборов для измерения расходов, изменяющихся в широких пределах.

.Ограниченная точность, причём погрешность измерения колеблется в широких пределах (1,5%-3%) в зависимости от состояния сужающего устройства, диаметра трубопровода, постоянства давления и температуры измеряемой среды.

Наибольшее распространение получили расходомеры с сужающими устройствами. Они измеряют скорость потока вещества, которая увеличивается при прохождении через сужающее устройство, установленное в трубопроводе. При этом происходит частичный переход потенциальной энергии давления в кинетическую энергию скорости, из-за чего давление перед местом сужения будет больше, чем за суженным сечением. Обычно с помощью таких расходомеров измеряется расход в трубопроводах с диаметром 50-1600 мм.

Рассмотрим разновидности СУ.

Стандартные диафрагмы представляют собой тонкий диск с центральным круглым отверстием диаметром d, имеющим острую входную кромку. Диафрагма установлена строго концентрично оси трубопровода, имеющего диаметр D. Обозначим через А -А (рисунок 1) сечение, от которого начинается сужение потока, а штриховой линией - границы потока, обусловленного проходом через отверстие диафрагмы.

Рисунок 1 - Прохождения потока через диафрагму

По инерции небольшого сужения поток достигает в сечении В -В. Затем поток начинает расширяться и вновь достигает стенок трубопровода в сечении С - С.

Рассматриваемый принцип измерения заключается в том, что при протекании потока через отверстие сужающего устройства повышается скорость потока по сравнению со скоростью до сужения. Увеличение скорости, а следовательно, и кинетической энергии вызывает уменьшение потенциальной энергии и соответственно статического давления. Расход может быть определен по перепаду давления ∆p, измеренному дифманометром в соответствии с градуировочной характеристикой ∆p=f(Q). Использование рассматриваемого метода измерения требует выполнения определенных условий: характер движения потока до и после сужающего устройства должен быть турбулентным и стационарным; поток должен полностью заполнять все сечение трубопровода; фазовое состояние потока не должно изменяться при его течении через сужающее устройство; во внутренней полости трубопровода до и после сужающего устройства не образуются осадки и другие виды загрязнений; на поверхностях сужающего устройства не образуются отложения, изменяющие его геометрию; пар является перегретым, при этом для него справедливы все положения, касающиеся измерения расхода газа.

На рисунке 2 изображены разновидности сопла и диафрагм. Стандартные диафрагмы - а и б; стандартные сопла - в; сегментная диафрагма - г; эксцентричная диафрагма - д; кольцевая диафрагма - е.

Рисунок 2 - Разновидности диафрагм

Двойная диафрагма - одно из первых сужающих устройств, предложенное и исследованное Вельцхольцем в 1936 года. Это устройство состоит из двух стандартных дисковых диафрагм, расположенных на расстоянии α = (0,3÷0,5)D друг от друга. Давление р1 отбирается у передней плоскости первой вспомогательной диафрагмы, имеющей диаметр отверстия d1, а давление р2 - у задней плоскости второй основной диафрагмы, диаметр отверстия которой d на рисунке 3.

Рисунок 3 - Двойная диафрагма

Двойная диафрагма по своим свойствам - промежуточная между стандартной диафрагмой и стандартным соплом, так как вспомогательная диафрагма при правильно выбранном расстоянии облегчает вход потока в отверстие основной диафрагмы. В связи с этим потеря давления на ней меньше, чем у стандартной сопла, а значение коэффициента расхода α меньше, чем у сопла, но больше чем у диафрагмы.

Двойные диафрагмы имеют постоянные значения d в области средних чисел Re и нередко применяются для измерения расхода вязких веществ.

Диафрагма с двойным конусом приведена на рисунке 4. Диафрагма имеет конический вход с углом конуса Θ и конический выход с углом 450.

Рисунок 4- Схема диафрагмы

Конусная диафрагма, состоит из конической части длиной b с углом входа Θ (рисунок 5).

Рисунок 5 - Конусная диафрагма Куратова

Сопло четверть круга - одно из наиболее исследованных сужающих устройств, предназначенных для малых чисел Re. Возможные четыре разновидности этого сопла показаны на рисунке 6.

Рисунок 6 - Сопло четверть круга

Профиль сопла образуется дугой радиуса r. Во всех случаях, когда центр радиуса r находится в пределах диаметра трубы (рисунок 6) (а - в), профиль сопла равен четвертой части окружности, соединяющейся по касательной с торцевой плоскостью сопла. При больших m, когда r > (D - d)/2, профиль сопла очерчен другой, которая образует угол с торцевой плоскостью сопла.

Имеются два типа цилиндрических сопел: несимметричное рисунок 7(а) и симметричное рисунок 7(б).

Рисунок 7 - Цилиндрические сопла: а - несимметричное; б - симметричное

Достоинство цилиндрического сопла - простота изготовления, недостаток - неизбежность в процессе эксплуатации притупления выходной острой кромки, в результате которого коэффициент расхода α будет возрастать и одновременно, как показали опыты будет возрастать и значение Remin. Последнее приводит к уменьшению области постоянства α.

Комбинированное сопло, профиль которого показан на рисунке 8, является сочетанием сопла четверть круга на входе и цилиндрической части, имеющей длину z на выходе.

Профиль комбинированного сопла имеет сходства с профилем стандартного сопла, но входная часть очерчена не двумя, а одним небольшим радиусом, а цилиндрическая часть значительно длиннее.

Наряду с рассмотренными диафрагмами и соплами к стандартным сужающим устройствам международный стандарт ИСО 5167, а также отечественные нормы относят так называемые расходомерные трубы: классические трубы Вентури и сопло Вентури. Характерный их признак - расходящийся конус - диффузор, расположенный на выходе после наименьшего сечения горловины трубы. Диффузор отрезает мертвые зоны, имеющиеся на выходе у диафрагм и сопел, в которых вследствие вихреобразования происходит потеря энергии.

Рисунок 8- Комбинированное сопло

Диафрагма рисунок 9(а) представляет собой тонкий диск с круглым отверстием, ось которого располагается по оси трубы Передняя (входная) часть отверстия имеет цилиндрическую форму, а затем переходит в коническое расширение. Передняя кромка отверстия должна быть прямоугольной (острой) без закруглений и заусениц. Стандартные диафрагмы устанавливаются на трубопроводах диаметром не менее 50 мм.

Рисунок 9 -  Стандартные сужающие устройства:а - диафрагма; б - сопло; в - сопло Вентури

Сопло в рисунке 9(б) имеет спрофилированную входную часть, которая затем переходит в цилиндрический участок диаметром d (его значение входит в уравнения расхода). Торцевая часть сопла имеет цилиндрическую выточку диаметром, большим d, для предохранения выходной кромки цилиндрической части сопла от повреждения.

Сопло Вентури, контур которого показан на рисунке 9 (в), имеет входную часть с профилем сопла, переходящую в цилиндрическую часть, и выходной конус (может быть длинным или укороченным). Минимальный диаметр трубопровода для стандартных сопл Вентури составляет 65 мм. На рисунке 9 символами p1 и р2 отмечены точки отбора давлений на дифманометр.

Имеются три разновидности классических труб Вентури, обусловленные способом изготовления внутренней поверхности входного конуса (конфузора) и профиля пересечения его с горловиной.

.Обработанные трубы Вентури. Применяют для трубопроводах небольших диаметров D - от 50 до 250 мм. Изготовляются литьем. Входной конус, горловины и входную цилиндрическую часть обрабатывают. Переходы между коническими и цилиндрическими элементами выполняют с закруглениями и без них.

.Литые трубы Вентури. Применяют для трубопроводов средних диаметров - от 100 до 800 мм. Изготавливаются литьем в песочную форму или другими способами. Обрабатывают только горловину сопла, а места перехода между коническими и цилиндрическими сегментами закругляют.

.Сварные трубы Вентури с входным коническим конусом из листовой стали. Применяют для трубопроводов больших диаметров - от 200 до 1200 мм. Обычно изготавливаются сваркой. В трубах малого диаметра горловину обрабатывают.

Достоинствами труб Вентури являются:

1.      Очень малая потеря давления.

2.      Возможность установки на трубопроводах, не имеющих длинных прямых участков.

.        Отсутствие влияния шероховатости трубопровода на коэффициент истечения.

.        Возможность измерения загрязненных сред.

.        Простота расчета вследствие независимости коэффициента истечения.

.        Возможность очень длительной многолетней работы благодаря хорошей износоустойчивости.[6,7].

1.2    Расходомеры с гидравлическим сопротивлением

Расходомеры основаны на измерении перепада давления, создаваемого этим сопротивлением. Режим потока в нем стремятся создать ламинарным, с тем чтобы перепад давления был пропорциональным расходу. Применяются редко, преимущественно для измерения малых расходов. В качестве преобразователя могут служить капиллярная трубка (реометр) или пакет таких трубок, и другой тип преобразователя для больших расходов с шариковой набивкой.

Диаметр капиллярной трубки менее 0,25 мм не следует из - за опасности засорения. Поэтому для получения достаточного перепада давления при малом значении расхода применяют различные способы. Длину капиллярной трубки увеличивают и располагают ее в виде спирали для достижения компактности преобразователей.

Недостаток спиральных капилляров - отсутствие линейной зависимости между расходом и перепадом давления вследствие действия центробежной силы, резко увеличивающей перепад давления по сравнению с прямыми капилляром.

Другой путь состоит в применении прямого капилляра достаточно диаметра, но со стержнем внутри трубки. При этом измеряемое вещество движется по кольцевой щели. Здесь можно обеспечить линейную зависимость между расходом и перепадом давления путем расположения отверстий для отбора давлений в пределах прямолинейного участка трубки. Такие преобразователи нашли распространения в химической промышленности.

Третий путь - применения капиллярных преобразователей винтового типа. Их основа - прецизионная винтовая пара с неполной ленточной, трапецеидальной или конусной резьбой. Достоинство - возможность легкого перехода на разные пределы измерения путем регулирования длине винтовой части, находящейся в зацепление.[9,11].

.3 Расходомеры с напорным устройством

Напорные устройства создают перепад давления, зависящий от динамического давления потока. Они преобразуют кинетическую энергию потока в потенциальную. К этим устройствам относятся напорные трубки, усреднители, крылья и усилители. Только напорные усреднители образуют перепад давления в зависимости от расхода, а остальные устройства - в зависимости от скорости, существующей в месте их установки. Тем не менее с помощью напорных трубок можно определять расход жидкостей и газов.

Достоинство напорных устройств: малая потеря давления, возможность измерять в трубах и каналах некруглого сечения, доступность измерения местных скоростей при экспериментальных и других работах. Недостаток - очень малая чувствительность при небольших скоростях.