Общие сведения об измерении расхода.

Классификация СИ расхода

Расход протекающих по трубопроводам жидких и газообразных

веществ является одним из важнейших параметров технологических

процессов.

Расходом вещества называется количество вещества (объем Кили

масса /и), протекающее через данное сечение канала в единицу вре-

мени. Соответственно, различают объемный расход, измеряемый в

м3/с (м3/ч, л/мин и т.д.), и массовый расход, измеряемый в кг/с

(кг/ч, т/ч и т.д.). СИ расхода называются расходомерами. Расход

может быть средним и мгновенным. Средний расход — это отношение

количества вещества к некоторому промежутку времени ∆t:

Расходомеры измеряют мгновенный расход. Для измерения количе-

ства вещества за определенный период времени применяются расходо-

меры с интеграторами или счетчики. Интегратор непрерывно сумми-

рует показания расходомера, а количество вещества определяется по

разности показаний интегратора за требуемый промежуток времени:

Счетчики также измеряют количество вещества за некоторый

промежуток времени (сутки, месяц и т.д.). По показаниям счетчиков

можно определить средний расход по формулам (6.1). Количество

вещества V, прошедшее через счетчик за выбранный промежуток

времени ∆t = t2-tu определяется по разности показаний счетчика N2

и Nx, взятых в моменты времени U и :

где q — постоянная счетчика, определяющая количество вещества,

приходящееся на единицу показания счетчика.

Постоянная счетчика определяется экспериментально.

Измерение расхода и количества является сложной задачей, по-

скольку на показания приборов влияют физические свойства изме-

ряемых потоков: плотность, вязкость, соотношение фаз в потоке

и т. п. Физические свойства измеряемых потоков, в свою очередь,

зависят от условий эксплуатации, главным образом от температуры

и давления.

При измерении расходов газа с целью получения результата из-

мерения, не зависящего от давлений и температуры потока, его вы-

ражают в объемных единицах, приведенных к нормальным условиям

(нм3). В качестве нормальных условий в технике приняты: темпера-

тура tK = 20 °С, давление Ри = 101 325 Па (760 мм рт. ст.) и относитель-

ная влажность ф = 0 %.

Для измерения расхода и количества жидкостей и газов использу-

ются различные виды СИ: объемные счетчики, турбинные (скорост-

ные) расходомеры, расходомеры переменного перепада давления

(дроссельные), расходомеры постоянного перепада давления (рота-

метры), электромагнитные, тепловые (калориметрические), ультра-

звуковые, вихревые, кориолисовые и некоторые другие расходомеры.

Выбор расходомера определяется большим количеством факторов,

таких как измеряемая среда, ее термо- и гидродинамические харак-

теристики, требуемые диапазон и точность измерения и ряд других.

Объемные счетчики

Принцип действия объемных счетчиков основан на непосред-

ственном отмеривании объемов измеряемой среды с помощью мер-

ных камер известного объема и подсчета числа порций, прошедших

через счетчик. Наиболее распространенным объемным счетчиком

различных жидкостей, в том числе нефти и нефтепродуктов, являет-

ся объемный шестеренчатый счетчик (рис. 6.1). Внутри корпуса 1

размещены две находящиеся в зацеплении овальные шестерни 2 и 3.

Набегающий на шестерни измеряемый поток заставляет их вращать-

ся. Вращение шестерен происходит в направлении стрелок. В поло-

жении, представленном на рис. 6.1, а, происходит заполнение объема

между корпусом и левой частью шестерни 2, а объем правее этой

шестерни вытесняется. В том же положении между шестерней 3 и

корпусом отсекается измеряемый объем жидкости V„ которая будет

затем вытесняться в положениях, представленных на рис. 6.1, б и в.

За один оборот шестерен измерительные полости F, и V2 дважды на-

полняются и дважды опорожняются. В итоге за один оборот через

счетчик проходит объем жидкости, равный четырем объемам F, (или

V2). Ось одной из шестерен вращает счетный механизм, расположен-

ный вне корпуса прибора. Эти счетчики имеют высокую точность

измерения, малую потерю давления, независимость показания от

вязкости. Однако их недостатком является необходимость хорошей

фильтрации измеряемой среды от механических примесей, а также

высокий уровень акустического шума. Диапазон измерений объемных

шестеренчатых счетчиков составляет от 0,01 до 250 м3/ч.

Для измерения количества нефтепродуктов, минеральных масел

и ряда агрессивных жидкостей используются объемные лопастные

счетчики (рис. 6.2).

Счетчик представляет собой цилиндрический корпус 1 с подвижным

барабаном 2, внутри которого расположен неподвижный кулачок 3.

На кулачок опираются четыре ролика 4 с закрепленными на них

лопастями 5. В пространстве между внутренней поверхностью кор-

пуса и внешней поверхностью барабана движется измеряемая жид-

кость. Барабан вращается за счет давления поступающей жидкости,

действующей на лопасти. При вращении барабана ролики катятся по

кулачку, при этом лопасти поочередно занимают место снаружи и

внутри барабана. Вращение барабана передается на счетный меха-

низм. За один оборот барабана через счетчик проходит объем жид-

кости, соответствующий кольцевому пространству между корпусом

и барабаном. Перетеканию жидкости из входа на выход препятству-

ет вкладыш 6. Верхний предел измерений объемных лопастных счет-

чиков 300 м3/ч.