Засоби вимірювання витрат та кількості речовини

МІНІСТЕРСТВО  АГРАРНОЇ ПОЛІТИКИ ТА ПРОДОВОЛЬСТВА УКРАЇНИ

Коледж переробної та харчової промисловості

Харківського  національного технічного університету

сільського  господарства імені Петра Василенка  

 

                                                                                

 

 

 

 

Реферат

на тему:

«Засоби вимірювання витрат та кількості речовини»

 

 

 

 

Розробив:                О.О. Первих               

              Перевірив:     Л.М.Синєгубенко                     

                                                    

     

2012

План:

1. Одиниці і методи вимірювання витрати і кількості речовини
2. Витратоміри:

• Витратоміри із звужуючим пристроєм
• Швидкісні витратоміри і лічильники
• Анемометри
• Витратоміри обтікання (ротаметри)
• Електромагнітні (індукційні) витратоміри
• Теплові витратоміри
• Силові витратоміри

3. Ваговий метод вимірювання витрати сипучих середовищ
4. Структури багатофазних потоків
5. Загальна характеристика методів вимірювання витрати багатофазних середовищ
6. Вимір витрати суміші твердої і газоподібної фаз
7. Вимірювання витрати суміші твердої і рідкої фаз
8. Вимірювання об'ємної витрати або швидкості двофазної суміші з корекцією на концентрацію компонентів

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Одиниці і методи вимірювання витрати  і кількості речовини

Необхідність  підвищення якості продукції, що випускається, і ефективності автоматизованих  систем керування технологічними процесами  придає питанням точного вимірювання  кількості і витрати різних речовин  винятково важливе значення. До засобів, що вимірюють кількість і витрату  речовин пред'являються високі вимоги по точності.

Різноманіття  вимірювальних середовищ, що характеризуються різними фізико-хімічними властивостями, а також різні вимоги, пропоновані  промисловістю до метрологічних  характеристик і надійності вимірників витрати, привели до створення засобів  вимірювання витрати, заснованих на різних принципах і методах вимірювання.

Витрата речовини - це кількість речовини, що проходить в одиницю часу по трубопроводу, каналу і т.п. Кількість і витрата речовини виражають в об'ємних або масових одиницях вимірювання. Об'ємними одиницями кількості звичайно служать літр (л) і кубічний метр (м³), а масовими — кілограм (кг) і тонна (т). Об'ємна кількість газу іноді для порівняння представляють наведеним до нормального стану — абсолютному тиску 101325 Па, температурі 20°С и відносної вологості 0%.

Найпоширенішими одиницями об'ємної витрати є  л/год, м³/с и м³/год, а масового — кг/с, кг/год и т/год.

Прилади, що вимірюють витрату, називаються витратомірами. Залежно від роду вимірювальної речовини вони діляться на витратоміри води, пари, газу та ін. Витратоміри бувають що показують і самописними. Часто вони забезпечуються вбудованим рахунковим механізмом (інтегратором).

До  приладів, що вимірюють кількість, відносяться лічильники і ваги. За їхньою допомогою визначається кількість речовини, яка пройшла по тракту за відомий проміжок часу, для чого відраховують показання приладу на початку і кінці періоду вимірювання і обчислюється різниця цих показань.

Для визначення витрати і кількості рідини, газу, пари і сипучих тіл найчастіше застосовуються наступні основні методи вимірювання: змінного перепаду тиску, швидкісній, об'ємний і ваговий. В окремих випадках використовуються і інші методи вимірювання.

Метод змінного перепаду тиску, що має велике практичне значення, заснований на зміні статичного тиску середовища, що проходить через штучно звужений перетин трубопроводу.

Швидкісний метод — на визначенні середньої швидкості руху потоку.

Об'ємний і ваговий методи — на визначенні об'єму і маси речовини.

Перевагами  перших двох методів вимірювання  є порівняльна простота і компактність вимірювальних приладів, а останніх двох - більше висока точність вимірювання.

Відповідно  до застосовуваних методів вимірювання  витрати і кількості речовини вимірювальні прилади розділяються в основному на наступні групи:

КОНТАКТНІ	БЕЗКОНТАКТНІ
Статичні:	Швидкісні:
1. Змінного перепаду тиску:	1. Теплові.
- діафрагми;	2. Індукційні.
- сопла;	3. З мітками.
- сопла Вентурі;	4. Ультразвукові:
- труби Вентурі.	- часоімпульсні;
2. Трубки Піто.	- частотноімпульсні;
3. Щиткові.	- доплеровскі;
4. Вихрові.	- фазові.
Динамічні:
1. Об'ємної дії:
- кулачкові (шестеренні);
- ротаційні;
- поршневі;
- мембранні.
2. Швидкісні:
- турбінні;
- крильчасті.
3. Ротаметри
4. Вібраційні.

 

 

 

Витратоміри із звужуючим пристроєм

Принцип дії витратомірів із звужуючим пристроєм  заснований на зміні потенційної  енергії вимірювальної речовини при протіканні через штучно звужений перетин трубопроводу. Широке використання цього принципу пов'язане з рядом  властивих йому переваг. До їхнього  числа відносяться: простота і надійність, відсутність частин, що рухаються, легкість серійного виготовлення засобів  вимірювання практично на будь-які  тиски і температури вимірювального середовища, низька вартість, можливість вимірювання практично будь-яких витрат і, що особливо істотно, можливість одержання градированої характеристики витратомірів розрахунковим шляхом, тобто без використання дорогих  метрологічних установок.

Витратомір  складається із звужуючого пристрою, змонтованого в трубопроводі для створення місцевого стиску потоку (первинний перетворювач), диференціального манометра, призначеного для вимірювання різниці статичних тисків середовища, що протікає, до і після звужуючого пристрою (вторинний прилад) , і сполучних ліній (двох трубок) , що зв'язують між собою обидва прилади.

Звужуючий пристрій звичайно має круглий отвір, розташований концентрично щодо стінок труби, діаметр якого менше внутрішнього діаметра трубопроводу.

Диференціальний манометр (дифманометр-витратомір) виконується  таким, що показує або самописним, і додатково може мати вбудований інтегратор. Шкала промислового дифманометра-витратоміра  градирується в об'ємних або масових  одиницях витрати.

Витратомір  із звужуючим пристроєм, що має електричну дистанційну передачу показань містить, як правило, безшкальний витратомір-витратомір-дифманометр-витратомір (проміжний перетворювач), у комплекті  з показуючим або самописним вторинним  приладом.

Витратоміри із звужуючим пристроєм придатні для вимірювання речовини, що протікає по трубопроводу, за умови заповнення нею усього поперечного перерізу труби і встановленого в ній  звужуючого пристрою.

При проходженні  потоку через звужуючий пристрій відбувається зміна потенційної  енергії речовини, частина якого  внаслідок місцевого стиснення  потоку і відповідного збільшення швидкості  потоку перетворюється в кінетичну  енергію. Зміна потенційної енергії  приводить до появи різниці статичних  тисків (перепаду тиску), що визначається за допомогою дифманометра.

Рисунок 6.1 - Характер потоку при встановлені звужуючого пристрою

На  рис.6.1 показана схема встановлення в трубопроводі найбільш простого звужуючого пристрою (діафрагми) у вигляді тонкого  диска із круглим отвором посередині і зображення характеру потоку. Там  же даний розподіл статичного тиску Р по довжині потоку /. Стиснення потоку починається перед діафрагмою і завдяки дії сил інерції досягає найбільшої величини на деякій відстані за нею, після чого потік знову розширюється до повного перетину трубопроводу. Перед діафрагмою і за нею в кутах утворяться зони з вихровим рухом, причому зона вихрів після діафрагми більше значна, чим до неї. Тиск потоку біля стінки трубопроводу (суцільна лінія) трохи зростає за рахунок підпору перед діафрагмою і знижується до мінімуму за діафрагмою в точці найбільшого звуження потоку, де перетин потоку менше, ніж отвір діафрагми. Далі в міру розширення потоку тиск біля стінки знову підвищується, але не досягає колишнього значення на величину Р_П через наявність безповоротних втрат на завихрення, удар і тертя. Зміна тиску потоку по осі трубопроводу практично збігається зі зміною тиску біля його стінки, за винятком ділянки перед діафрагмою і безпосередньо в ній, де тиск потоку по осі труби знижується (пунктирна лінія). При протіканні вимірювального потоку через отвір звужуючого пристрою збільшується швидкість потоку в порівнянні з його швидкістю до звуження. Завдяки цьому тиск потоку на виході із звужуючого пристрою зменшується і на звужуючому пристрої створюється перепад тиску, вимірювальний дифманометром, який залежить від швидкості у звуженні або від витрати потоку.

Якщо  через звужуючий пристрій протікає стисливе середовище (газ або пара), то внаслідок зниження тиску збільшується її об'єм. Це приводить до того, що швидкість  потоку зростає і стає більше швидкості  нестисливого середовища. У результаті на звужуючому пристрої збільшується перепад тиску. Врахування зазначеного  явища виконується введенням  у рівняння витрат (6.3) додаткового  коефіцієнта є<1, називаного поправочним  множником на розширення вимірювального середовища.

Рівняння  (6.3) і (6.4) є основними рівняннями витрати як для стисливих, так і нестисливих середовищ, при цьому для останніх є=1.

Рисунок 6.2 - Схеми стандартних звужуючих пристроїв

Звужуючі пристрої. Для вимірювання витрати середовища одержали поширення три види нормалізованих звужуючих пристроїв: витратомірна діафрагма (рис.6.2,а), витртомірне сопло (рис.6.2,6) і сопло Вентурі (трис.6.2,в) і труби Вентурі (рис.6.2,г), які мають посередині круглий отвір. Дослідним шляхом для цих звужуючих пристроїв знайдені точні значення коефіцієнта витрати а, що дозволяє застосовувати їх без попередньої градировки. На рис.6.2 показані місця відбору тисків Р₁ і Р₂ від звужуючих пристроїв до дифманометра. Характерною рисою звужуючих пристроїв (рис.6.2, б, в, г) є менша, чим для діафрагми, безповоротна втрата тиску.

Втрата  тиску при використанні діафрагми  або сопла практично та сама. У  соплах Вентурі втрата тиску значно менше, що фізично пояснюється наявністю  дифузора на виході, завдяки якому  йде відновлення потенційної  енергії.

За  способом відбору тиску до дифманометра витратомірні діафрагми і сопла  діляться на камерні і безкамерні (із точковим відбором). Більше удосконаленими з них є камерні пристрої. У камерній діафрагмі тиски до дифманометра передаються за допомогою двох кільцевих зрівняльних камер, розташованих у її корпусі перед і за диском з отвором, з'єднаних з порожниною трубопроводу двома кільцевими щілинами або групою рівномірно розташованих по окружності радіальних отворів (не менш чотирьох з кожної сторони диска). Кільцева камера перед диском називається плюсовою, а за ним - мінусовою. Наявність у діафрагмі кільцевих камер дозволяє усереднити тиск по окружності трубопроводу, що забезпечує більше точний вимір перепаду тиску.

Відбір  перепаду тиску в безкамерній  діафрагмі виконується за допомогою  двох окремих отворів у її корпусі  або у фланцях трубопроводу перед  і за диском. У цьому випадку  вимірювальний перепад тиску  є менш точним, чим при кільцевих  камерах.

Точність  вимірювання витрати за допомогою  діафрагм залежить від ступеня гостроти вхідної крайки отвору, що впливає  на значення коефіцієнта витрати а. Для виготовлення проточної частини діафрагм і сопел застосовуються матеріали стійкі проти корозії і ерозії, тобто нержавіюча сталь, а в деяких випадках - латунь або бронза. У якості звужуючого пристрою найчастіше застосовується діафрагма. Сопло вибирається у випадках, коли необхідно зменшити вплив корозії і ерозії звужуючого пристрою на результати вимірювання

Діафрагми і сопла більше вивчені і тому дають більше високу точність вимірювання, чим сопла Вентурі. Основна похибка  діафрагм і сопел становить ±0,6-2,5%. Великий вплив на точність вимірювання роблять умови монтажу звужуючих пристроїв у трубопроводах. При неправильній установці похибка вимірювання значно зростає.

До  і після звужуючого пристрою необхідно  мати прямі заспокійливі ділянки  трубопроводу постійного діаметра, тому що різні місцеві опори (коліна, вентилі, засувки і т.п.) приводять до перекручування профілю швидкостей по перетині потоку і, отже, впливають на коефіцієнт витрати  а. Рекомендується зазначену арматуру по можливості розташовувати за звужуючим  пристроєм.

Установка дифманометрів. Дифманометри призначені для визначення перепаду тиску між двома точками вимірювання в рідкому, газовому або паровому середовищі. Особливо велике застосування вони одержали для вимірювання перепаду тиску у витратомірах із звужуючим пристроєм. Основна похибка двохтрубних дифманометрів ±2 мм висоти стовпа рідини, що врівноважує.

Промислові  дифманометри-витратоміри, які застосовуються в теплоенергетиці, звичайно є деформаційними приладами, що працюють у комплекті  із звужуючим пристроєм при вимірюваннях витрати рідини, газу і пари. Механічні  дифманометри-витратоміри можуть застосовуватися  в тих випадках, коли відстань між  звужуючим пристроєм і приладом не перевищує 50 м. При більше значних відстанях використовуються електричні дифманометри-витратоміри. Механічні і електричні дифманометри і працюючі з ними в комплекті вторинні прилади встановлюються в місцях, не підданих вібрації і трясці, а також дії високої або низької температури і вологості навколишнього повітря. Вплив температури не повинний викликати в електричних дифманометрах надмірного нагрівання обмоток. Щоб уникнути запізнювання показань довжина сполучних ліній звичайно не перевищує 50 м, а внутрішній діаметр їх становить не менш 6 мм. Для вільного видалення зі сполучних трубок води (газові лінії) або повітря (водяні лінії) вони прокладаються вертикально або з ухилом не менш 0,1 убік продувних вентилів, газозбірників або відстійних посудин.

Рисунок 6.4 - Схема установки дифманометра у комплекті з звужуючим пристроєм: I - при вимірюванні витрати рідини; II - при вимірюванні витрати газу. а - нижче звужуючого пристрою; б - вище звужуючого пристрою

Утворення в сполучних лініях повітряних пробок при вимірюванні витрати  рідини або пари - при вимірюванні  витрати газу (повітря) веде до перекручування результатів вимірювання. Рекомендується періодично продувати сполучні лінії.

Дифманометр 2 (рис.6.4) може бути встановлений вище або  нижче звужуючого пристрою 1.