Объемные методы измерения расхода

Измерение расхода

Расходом называют количество вещества, протекающее через данное сечение трубо­провода в единицу времени. В соответствии с указанным определением различают объ­емный расход, измеряемый в единицах объ­ема, деленных на единицу времени qv=V/t, и массовый расход qm=m/t.

Соотношение указанных расходов опре­деляется зависимостью qm = ρqv; объемный расход определяется по показаниям объем­ных счетчиков (дифференцируемых по вре­мени) или как произведение средней скоро­сти потока (ω) и площади поперечного се­чения.

Объемные методы измерения расхода

Объемные методы предусматривают последовательное суммирование порций кон­тролируемой среды, проходящих через из­мерительные камеры определенного объема или вытесняемых из его камер при непре­рывном вращении лопастей счетчика.

Классификация методов, применяемых для измерений объемных расходов, приве­дена в табл. В зависимости от принципа действия объемные счетчики под­разделяются на две большие группы.

Объемные методы измерения расхода - student2.ru

 

А. Объемные счетчики непосредственного действия, в которых последовательно отме­риваются определяемые размером и фор­мой измерительных камер объемы контро­лируемой среды и с помощью счетного ме­ханизма подсчитывается число прошедших через счетчик порций. Счетчики этого типа "разделяются на опорожняющиеся и вытесняющие. Опорожняющиеся счетчики име­ют жесткие камеры, из которых контролируемая среда свободно вытекает. Счетчики этого типа непригодны для измерения рас-хода газов. Вытесняющие счётчики можно применять для измерения расхода как жид­костей, так и газов. Перемещающаяся стен­ка мерной камеры вытесняет контролируе­мую среду, освобождая камеру для следую­щей порции.

Б. Бескамерные счетчики, в которых объем определяется различными косвенными методами, например путем измерения пере­мещения или скорости потока, интегрированием расхода по времени. При этом необходимо учитывать плотность контролируе­мой среды.

Так называемый барабанный счетчик является типичным примером опрокидывающегося счетчика (рис.1).

Объемные методы измерения расхода - student2.ru

Рис. 1. Схема барабанного счетчика

Измерительная камера 2 почти целиком заполнена контролируемой средой. После окончательного ее заполне­ния контролируемая среда через щель на­чинает поступать в камеру 3, в результате чего центр тяжести системы смещается вле­во и барабан поворачивается по направле­нию стрелки. При этом измерительная кром­ка 4выходит из контролируемойсреды; при дальнейшем вращении среда из каме­ры 2выливается через выпускное отвер­стие 5. Одновременно камера 3 снова на­чинает наполняться. Для удаления воздуха из измерительной камеры при ее заполне­нии предусмотрена трубка

В вытесняющих счетчиках контролируема среда приводит в движение подвижные стенки измерительных камер. В из­мерительной камере счетчиков помешены две находящиеся в зацеплении овальные шестерни.

Как показано на рис. 2, в положении 1поступающий в счетчик поток контролируемой среды создает на оваль­ной шестерне О1крутящий момент. Крутящие моменты, развиваемые потоком на ше­стерне О2, взаимно уравновешиваются. При этом вращение шестерен происходит в на­правлении стрелок, и находящаяся в про­странстве между верхней шестерней 02 и стенкой измерительной камеры контроли­руемая среда перемещается.

 
 
Объемные методы измерения расхода - student2.ru

Рис.2. Принцип действия счетчика с овальными шестернями

В положении 2 на обе шестерни действует крутящий мо­мент, обеспечивающий дальнейшее их вра­щение в том же направлении; при этом на­ходящаяся в верхней части камеры среда вытесняется из счетчика, после чего" ниж­няя шестерня перекрывает соответствую­щую часть объема камеры. Число оборотов одной из шестерен фиксируется счетным механизмом.

Благодаря высокой точности измерения в широком диапазоне расходов, независимости показаний от вяз­кости контролируемой среды, малым поте­рям давления и значительному вращающе­му моменту даже при пуске, а также бла­годаря длительной работоспособности счет­чики с овальными шестернями нашли широкое применение в качестве измерите­лей расходов жидких и газообразных сред, В рассмотренных объемных счетчиках каждому перемещению или повороту чув­ствительного элемента соответствовал точ­но ограниченный объем жидкости. В рас­сматриваемых далее счетчиках, обеспечи­вающих косвенное определение расхода, в качестве чувствительного элемента приме­нена турбинка с лопастями, вращаемая контролируемым потоком. При использо­вании такого прибора в качестве объемно­го счетчика число оборотов турбинки zдолжно быть пропорционально объему про­текающей жидкости:

Z = KV.

Принцип действия и конструкция. Суще­ствуют счетчики двух типов:

а) со шнековой турбинкой, ось которой совпадает с направлением контролируемо­го потока и соединена передачей со счет­чиком оборотов — так называемые счетчи­ки с аксиальной турбинкой (рис. 3);

 
 
Объемные методы измерения расхода - student2.ru

Рис. 3. Счетчик с аксиальной турбинкой

б) с турбинкой, "ось которой перпендикулярна к направлению потока и несет на се­бе счетчик оборотов — так - называемый счетчик с вертикальной турбинкой (рис.4).

 
 
Объемные методы измерения расхода - student2.ru

Рис. 4. Счетчик с вертикальной турбинкой

Принцип действия приборов обоих типов основан на измерении скорости вращения турбинки контролируемым потоком жидко­сти. Для бесперебойной работы счетчика необходимо отсутствие завихрений поступающего на турбинку потока.

Изменения профиля по­тока, вызываемые наличием изгибов тру­бопровода или неполностью открытых за­слонок, обусловливают значительные по­грешности счетчиков, особенно с аксиаль­ной турбинкой. Для исключения погрешно­стей необходимо предусматривать наличие перед счетчиком прямого участка трубопровода (длина которого указывается изготовителем) или устанавливать струевыпрямитель. Наличие в потоке струй, обладающих разной скоростью, вызывает неравномерное распределение дейст­вующих на турбинку нагрузок, что сокра­щает рабочий ресурс подшипников.

В счетчиках с вертикальной турбинкой поток жидкости поступает в измерительную, камеру снизу: собственный вес чувствительного элемента действует в направлении, противоположном направлению гид­родинамического давления, что в значительной мере разгружает подшипники; та­кая конструкция позволяет при одинаковых условных проходах счетчика контролировать значительно большие потоки, не перегружая подшипники.

Области применения. В химической промышленности счетчики Вольтмана с тангенциальной турбинкой применяют главным образом для измерения расхода горячей и холодной воды. Преимущественно их устанавливают на трубопроводах с присоединитель­ными размерами более 50 мм.

При измерении малых расходов турбин­ными счетчиками с механической передачей энергетические потери в системе передачи от турбинки к счетчику числа оборотов вызывают значительные погрешности. Индуктивное преобразование скорости вращения турбинки в электрический сигнал измерителя скорости снижает энергетические потери. В первоначальной конструкции прибора та­кого типа (рис. 4) постоянный магнит встроен в одну из лопастей или в ступицу турбинки, помещенной в корпусе из аустенитной стали или пластмассы. При враще­нии турбинки магнит индуцирует в распо­ложенной на наружной части корпуса об­мотке импульсы напряжения, частота которыхпропорциональна числу оборотов.

Известны другие многочисленные приборы для измерения расхода, построенные на других принципах. Отдельно их не изучаем, но нужно знать виды измерительных устройств.

Объемные методы измерения расхода - student2.ru

Наши рекомендации