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 q_v=V/t, и массовый расход q_m=m/t.

Соотношение указанных расходов опре­деляется зависимостью q_m = ρq_v; 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.

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).

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.

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);

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).

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.