Методы и технические средства измерения расхода. – Лукьянцев

 

Расход вещества — это количество вещества, протекающее через данное сечение трубопровода в единицу времени. В зависимости от особенностей технологического процесса, состояния вещества и принятого способа хозяйственного расчета измеряют расход в единицах объема — объемный расход, либо в единицах массы — массовый расход. Объемный расход, как правило, применяют для жидкостей и газов.

Если измеряемая среда представляет собой сыпучее вещество, либо его смесь с жидкостью — применяют массовый расход. Последний используют также для измерения расхода пара.

Анемометры

Анемометры получили большое распространение в метеорологии для измерения скоростей воздушных потоков в свободном пространстве. Однако в отдельных случаях они могут применяться для измерения расхода в закрытых каналах и трубопроводах, если известно отношение средней скорости в месте установки анемометра к средней скорости потока по всему его сечению, а следовательно, и к расходу. Крыльчатый анемометр представляет собой легкую крыльчатку, имеющую несколько лопастей, смонтированных на общей оси, и связанную с осью механизма для измерения скорости вращения крыльчатки или счетного механизма для подсчета числа оборотов крыльчатки. Крыльчатка помещается в потоке таким образом, чтобы ее ось располагалась вдоль направления потока. Тогда скорость вращения крыльчатки пропорциональна скорости потока. При наличии счетного механизма средняя скорость потока определяется по показаниям счетного механизма и секундомера, включаемых одновременно на некоторый отрезок времени.

Расходомеры калориметрические

Принцип действия калориметрических расходомеров основан на измерении пропорциональности расходу тепловой энергии, отдаваемой потоку воздуха или газа нагревателем.

По способу измерения калориметрические расходомеры бывают двух типов:

а) с постоянной температурой подогрева потока (в этих расходомерах измеряется пропорциональное расходу количество энергии затраченной на нагрев потока);

б) с подводом постоянной мощности к нагревателю (в этих расходомерах измеряется пропорциональное расходу изменение температуры потока).

Калориметрические расходомеры первого типа по сути дела работают как регулятор температуры нагрева потока, у которых измерительным и регулирующим звеном является уравновешенный рычаг, в плечи которого включены термометры сопротивления, измеряющие температуру до и после нагревателя.

В качестве измерителей температуры в калориметрических расходомерах.могут быть использованы термисторы, термопары и термометры сопротивления. Последние обладают тем преимуществом, что их можно выполнить в виде равномерной сетки, перекрывающей все сечение потока, и таким образом измерять среднюю температуру.

К достоинствам калориметрических расходомеров следует отнести высокую точность, большой диапазон измерения, возможность измерения расхода пульсирующих потоков.

Недостатками рассматриваемых расходомеров являются относительная сложность изготовления и монтажа их приемных устройств и нестабильность их характеристик, особенно при измерении в запыленных средах, из-за коррозии приемных устройств и осаждения на них различных частиц, приносимых потоком.

Тепловые расходомер (Термоанемометр).

Термоанемометрами называются приборы, принцип действия которых основан на зависимости между количеством тепла, отдаваемым каким-либо нагретым телом, помещенным в поток воздуха или газа, и скоростью потока, в котором это тело находится.

Эти приборы обычно применяются для измерения скорости, и если известно отношение скорости в месте установки приемник термоанемометра к средней скорости потока, они могут применяться и для измерения расхода.

Приемник термоанемометра (термонить) обычно выполняете из платиновой проволоки диаметром 0,005—0,3 мм и длиной 3-10 мм, нагреваемой электрическим током. Оптимальные размеры приемника выбираются из следующих противоречивых соображений. При уменьшении диаметра проволоки уменьшается ее механическая прочность и увеличивается опасность старения. При увеличении диаметра нити увеличивается инерционность приемника требуется больший ток для ее нагрева. Компромиссное решение определяется характером задачи измерения.

Ультразвуковые расходомеры. Расходомеры частотные

Принцип действия этих расходомеров основан на измерении частот импульсно-модулированных ультразвуковых колебаний, направляемых одновременно по потоку и против него.

Различные схемы ультразвуковых расходомеров позволяют производить измерение как малых, так и больших расходов стационарных и быстро меняющихся потоков вещества.

Основными погрешностями ультразвуковых расходомеров являются, во-первых, температурные погрешности, обусловленные тем что скорость распространения ультразвука в звукопроводах и измеряемой среде много больше измеряемой скорости и даже незначительные температурные изменения скорости ультразвука могу вызвать значительные погрешности; во-вторых, погрешности, обусловленные асимметрией параметров ультразвуковых каналов (длины звукопроводов, эллипсоидальность трубопровода, величина углов между направлениями ультразвуковых «лучей» и осью трубопровода и т. п.).

Фазовые схемы ультразвуковых расходомеров могут применяться для измерения быстропеременных расходов, а также для измерения расходов загрязненных жидкостей в трубопроводах больших сечений.

Частотные схемы используются для измерения расходов чистых жидкостей в трубопроводах малых сечений.

Ионизационные расходомеры

Принцип действия ионизационных расходомеров основан на измерении скорости перемещения в потоке некоторого ионизированного объема газа. Как показали исследования, скорость продвижения ионов равна скорости потока. Возможен также способ измерения расхода по сопротивлению разрядного промежутка между двумя электродами, которое зависит от местной скорости.

Ионизацию можно производить различными ионизирующими устройствами. Наибольшее распространение для измерения расхода получили устройства с электрической ионизацией потока и с ионизацией при помощи радиоактивных излучений, иногда пользуются комбинированным способом ионизации.

Электрические расходомеры. Расходомеры индукционные

Индукционными расходомерами называются расходомеры, принцип действия которых основан на измерении пропорциональной расходу электродвижущей силы, индуктированной в потоке электропроводной жидкости под действием внешнего магнитного поля.

Существенным и основным недостатком индукционных расходомеров с постоянным магнитом, ограничивающим их применение для измерения расхода квазистацианарных потоков, является поляризация измерительных электродов, сопровождающаяся изменением сопротивления датчика, что искажает показания прибора. Для уменьшения поляризации применяют электроды с платиновым или танталовым покрытием, а также угольные и каломелевые электроды. Однако существенного уменьшения поляризации этим достичь не удается.

Вихревые расходомеры

Вихревой расходомер — разновидность расходомера, принцип действия которого основан на измерении частоты колебаний, возникающих в потоке в процессе вихреобразования.

В вихревых расходомерах для создания вихревого движения на пути движущего потока жидкости, газа или пара устанавливается обтекаемое тело, обычно, в виде трапеции в сечение. Образовавшаяся за ним система вихрей называется вихревой дорожкой Кармана. Частота вихрей f в первом приближении пропорциональна скорости потока v и зависит от безразмерного критерия Sh (число Струхаля) и ширины тела обтекания d:

f = Sh ∙ v / d

Достоинством вихревых расходомеров является отсутствие каких-либо подвижных элементов внутри трубопровода, достаточно низкая нелинейность (<1,0 %) в широком диапазоне измерений (>1:10…1:40), частотный выходной сигнал, а также инвариантность метода относительно электрических свойств и агрегатного состояния движущейся среды.

 

29 Методы и приборы анализа качества жидкостей и газов. – Мурсалимов