ИЗМЕРЕНИЕ РАСХОДА

Расход – это количество вещества, протекающее через сечение трубопровода в единицу времени. Расход подразделяют на объемный Q 0 и массовый Q м. Прибор, измеряющий количество вещества, протекающее через данное сечение трубопровода за некоторый промежуток времени, называют счетчиком.

Расход и количество газов измеряют в основном объемным методом. Для получения сравнимых результатов измерения необходимо объем газа привести к нормальным условиям: 273 К, 101324 Па при нулевой относительной влажности. Для пересчета объема сухого газа V к нормальным условиям (Vн) используют следующую зависимость:

 

Основные методы измерения расхода вещества:

• переменного перепада давления;
• постоянного перепада давления;
• переменного уровня;
• скоростного напора;
• электромагнитный;
• тахометрический;
• ультразвуковой;
• колебательный;
• прямой массового расхода;
• термический.

Из всего существующего парка расходомеров около 80% составляют расходомеры переменного перепада давления. Такое широкое их применение объясняется их низкой стоимостью, простотой конструкции и эксплуатации. Для градуировки не требуются дорогостоящие образцовые установки. Расходомеры переменного перепада давления являются единственными нормализованными средствами измерения из всех используемых в мировой практике. В нашей стране этот тип расходомеров нормализован руководящим документом РД-50-213-80, введенным в действие с 1983 года.

Измерение расхода по методу переменного перепада давления основано на изменении потенциальной энергии (статического давления) вещества, протекающего через местное сужение в трубопроводе. Измерение расхода по методу переменного перепада давления осуществляют косвенным путем, измеряя перепад (разность) статических давлений на специальном сужающем устройстве.

Таким образом, при протекании вещества через сужающее устройство создается перепад давления, зависящий от скорости потока и, следовательно, от расхода вещества:

При измерении расхода по методу переменного перепада давления необходимо соблюдать следующие условия.

• Протекающее вещество должно полностью заполнять все сечение трубопровода и сужающего устройства.
• Поток в трубопроводе должен быть практически установившимся (отсюда вытекают требования к месту установки сужающего устройства на трубопроводе – необходим прямой участок до и после сужающего устройства).
• Фазовое состояние веществ не должно изменяться при прохождении их через сужающее устройство.

Массовый и объемный расход газов и жидкостей может быть получен из уравнения Бернулли и уравнения неразрывности потока:

 

 

• где DP - перепад давления на сужающем устройстве, Па;
• d – диаметр сужающего устройства при температуре измеряемой среды, м;
• α; – коэффициент расхода, учитывающий неравномерное распределение скоростей по сечению потока. Это обусловлено вязкостью жидкости (газа) и трением о стенки трубопровода, измерением давления не в центре потока, а на периферии, а также введением в уравнение расхода площади сечения сужающего устройства, а не площади наименьшего сечения потока;
• ε; – поправочный множитель на расширение измеряемой среды;
• ρ; – плотность измеряемой среды в рабочих условиях.

В приборах постоянного перепада давления имеется подвижный элемент (поплавок или поршень), который перемещается потоком измеряемого вещества, в результате чего изменяется площадь проходного сечения. Изменение площади проходного сечения происходит так, что разность давлений на подвижном элементе (перепад давления) остается практически постоянной. Противодействующей силой в расходомерах этого вида является сила тяжести подвижного элемента.

 

Измерение расхода по скоростному (динамическому) напору основано на измерении скорости потока и расчете расхода по известному поперечному сечению трубопровода. Преимуществом такого метода является возможность определения скоростей локальных участков и областей потока простыми измерительными средствами.

В любом сечении движущегося потока согласно уравнению Бернулли полное давление Рп складывается из суммы статического Рст и динамического Рд давлений. Динамическое давление, характеризующее кинетическую энергию движущегося потока, в идеальном случае определяется по формуле:

 

 

где ρ; - плотность движущейся среды в рабочих условиях,кг/м3; w - скорость потока, м/с. Следовательно, определение скорости сводится к измерению динамического напора, равного разности между полным и статическим давлениями.

Принцип действия электромагнитных расходомеров основан на законе электромагнитной индукции, с помощью которой осуществляют прямое преобразование скорости измеряемого потока в электрический сигнал. Так, при движении электропроводной жидкости, пересекающей магнитное поле (как для случая проводника), в ней будет наводиться электродвижущая сила (ЭДС). Величину ЭДС, индуктируемой в потоке, определяют по формуле:

 

 

где В -магнитная индукция, Тл; D - диаметр преобразователя (расстояние между электродами), м; wср - усредненная по сечению скорость в канале, м/с

Q 0 - расход, м3/ч.