Засоби вимірювання витрат та кількості речовини

При вимірюванні  витрати рідини бажана установка  його нижче звужуючого пристрою (рис.6.4, Іа) для того, щоб уникнути проникнення  із трубопроводу повітря в сполучні лінії. Якщо ж дифманометр розташовується вище звужуючого пристрою, то у верхніх  точках ліній установлюються газозбірники із продувними вентилями поз.4, 5 .

При вимірюванні  витрати газу (повітря) дифманометр  доцільно встановлювати вище звужуючого пристрою 1 (рис. 6.4, ІІб). У випадку  зворотного розташування в нижніх точках сполучних ліній містяться відстійні  посудини для води 4, що утворюється  при конденсації пари.

При вимірюванні  витрати пари більш бажаною є  установка дифманометра нижче звужуючого пристрою. У противному випадку у  верхніх точках ліній обов'язкове приєднання газозбірників. В обох випадках необхідно забезпечити сталість і однаковість рівнів конденсату в сполучних трубках для того, щоб тиски стовпів води на дифманометр взаємно врівноважувалися і не відбивалися на його показаннях.

Швидкісні витратоміри і лічильники

Швидкісний  метод визначення витрати і кількості  рідини і газу покладений в основу ряду витратомірів і лічильників, що мають досить простий пристрій і  значний діапазон показань.

По  виконанню і призначенню швидкісні  витратоміри і лічильники розділяються на швидкісні витратоміри і лічильники рідини, напірні трубки і анемометри.

Швидкісні лічильники рідини найчастіше застосовуються для вимірювання кількості води і тому називаються лічильниками води. Чутливим елементом їх є лопасна вертушка, що приводиться в обертання потоком рідини. Вісь вертушки за допомогою передавального механізму (редуктора), що зменшує частоту обертання, зв'язана з рахунковим пристроєм приладу.

З формули (6.6) видно, що частота обертання вертушки пропорційна витраті рідини, завдяки  чому пристрій приладу значно спрощується. Однак при дуже малих витратах спостерігається відхилення від  цієї залежності внаслідок перетоку рідини через зазори між вертушкою  і корпусом приладу і тертя  механізму в опорах. Формула (6.6) справедлива  лише при відсутності завихрення рідини, що рухається, місцевими опорами (вигинами трубопроводу, вентилями  та ін.) поблизу лічильника.

Характерною величиною швидкісних лічильників  рідини (як і інших лічильників) є  так званий поріг початку показань, що виражає найменшу витрату речовини, нижче якого лічильник перестає давати безперервні показання.

Швидкісні лічильники виготовляються для вимірювання  кількості холодної (до температури 30°С) і гарячої (до 90°С) води при робочому тиску до 1 МПа. Вертушка їх виконується  із пластмаси або металу.

Істотним  недоліком швидкісних лічильників  є залежність показань від в'язкості  вимірювальної рідини.

За  формою вертушки швидкісні лічильники розділяються на крильчасті і турбінні. Вертушка перших має прямі лопаті, спрямовані радіально до її осі, а других - вигнуті по гвинтовій лінії. Вісь вертушки в крильчастих лічильниках розташована перпендикулярно напрямку потоку, а в турбінних - паралельно йому.

Крильчасті  лічильники призначені для установки  в горизонтальних трубопроводах  і застосовуються при вимірюванні  малих витрат води (до 10 м³/ч). Турбінні лічильники можуть встановлюватися в будь-якім положенні і служать для вимірювання більших витрат води (до 150 м³/ч).

На  рис.6.5 наведена схема крильчастого лічильника води. У корпусі 1 із приєднувальними  штуцерами виконані два тангенціально  спрямованих канали для входу  і виходу води, що надходить на крильчатку 2. У верхній частині корпуса  розташований стрілочно-роликовий  рахунковий покажчик 3, відділений від  крильчатки і редуктора 4 перегородкою із сальником 5 вихідної осі.

Крильчасті  лічильники мають рахунковий пристрій із ціною розподілу стрілочного покажчика 0,001 і роликового 0,1 м . Кінцеве показання рахункового пристрою 1-10 м води. Лічильники встановлюються в трубопроводі відповідно до нанесеного на корпусі стрілки, що вказує напрямок потоку рідини

Рисунок 6.5 - Схема крильчастого лічильника води

Турбінні лічильники води мають лопасні вертушки у вигляді багатоходового гвинта з великим кроком. Частота обертання цієї вертушки пропорційна швидкості потоку рідини і обернено пропорційна кроку лопаті.

Схема швидкісного лічильника з аксіальною турбинкою показана на рис.6.6. Усередині  корпусу розміщена горизонтально  уздовж напрямку вимірювального потоку рідини турбинка 6, виконана у вигляді багатозаходного гвинта. Перед турбинкою установлений пристрій випрямлення потоку 1, призначений для згладжування потоку на вході і виключення завихрення. Обертання турбинки через черв'ячну пару 5 і передавальний механізм 2, розташований у камері 4, передається через сальник рахунковому пристрою 3. Для регулювання швидкості обертання турбинки в процесі тарировки лічильника передбачено регулювальний пристрій 7, що дозволяє повертати одну з радіальних перегородок пристрою випрямлення щодо напрямку потоку.

Звичайно  діаметр умовного проходу турбінного лічильника вибирається меншим, чим  діаметр трубопроводу, що вимагає  застосування при установці лічильника перехідних конічних патрубків. Гідравлічний опір лічильників при номінальній  витраті становить 2000.. .2500 Па.

Основна похибка швидкісних лічильників  у діапазоні від найменшої  витрати до 10...12% від найбільшої становить  ±5% кількості пропущеної води. На всьому іншому діапазоні основна похибка  дорівнює ±2%. Похибка приладів визначається шляхом порівняння їхніх показань із об'ємом води, що надійшла через лічильник  у мірний бак установки. При розбіжностях показань величини у сторону збільшення виконується регулювання приладу  шляхом зміни положення лопаті регулятора.

Анемометри

Для визначення швидкості потоку газу (повітря), особливо при малих її значеннях, коли через  невеликий динамічний тиск вимірювання  напірними трубками не забезпечує необхідної точності, знаходять застосування порівняно  прості і чутливі прилади - анемометри, які придатні для вимірювання  газових потоків, що перебувають  під невеликим надлишковим тиском.

За  допомогою анемометрів знаходиться  швидкість газу в точці розташування приладу, а по значенню середньої  швидкості потоку, можна судити про  витрату вимірювального середовища. Анемометри застосовуються для визначення продуктивності повітродувних і повітровідвідних пристроїв, зокрема вентиляційних, а також мають велике поширення при метеорологічних вимірюваннях. Класифікуються анемометри по двох типах: механічні і електронні.

Механічний анемометр. Чутливим елементом анемометра є алюмінієва вертушка з декількома радіально розташованими лопатями, вісь якої зв'язана механічно із рахунковим пристроєм. У газовому потоці вертушка починає обертатися зі швидкістю, пропорційною швидкості потоку, завдяки тиску, надаваному газом на її лопаті.

Найбільше часто застосовується крильчастий  анемометр, придатний для вимірювання  швидкості потоку в межах 0,1... 10 м/с.

Рисунок 6.7 - Крильчастий анемометр

Цей прилад (рис.6.7) являє собою металеве кільце 1, усередині якого на горизонтальній осі закріплена крильчатка 2 з лопатями, що розташовані на спицях під 45° до площини, перпендикулярній осі крильчатки. При вимірюванні анемометр розташовується так, щоб вісь крильчатки була паралельна напрямку потоку, що проходить через кільце. За допомогою черв'ячної пари і осі 3 обертання крильчатки передається рахунковому пристрою 4, закріпленому на зовнішній бічній стороні кільця.

Рахунковий  пристрій приладу показує кількість  поділок, відлічених по шкалі 4, що включається  і вимикається одночасно з  початком і кінцем роботи анемометра. На підставі середньої частоти обертання лопатів, одержуваної шляхом розподілу показань анемометра на час його роботи, знаходиться дійсна швидкість вимірювального потоку по прикладеному до приладу паспорту.

У випадку  вимірювання витрати газу в круглому трубопроводі діаметр останнього повинен  рівнятися не менше чим шести  діаметрам кільця анемометра. Анемометри непридатні для вимірювання швидкості  різко пульсуючого потоку. Тривалість окремого вимірювання становить 1,5... 2 хв. У кожному новому положенні  приладу виконується декілька відрахувань  показань рахункового пристрою і  секундоміра, по яких потім визначається середня швидкість.

Відхилення  площини обертання лопат крильчатки від напрямку потоку в межах до ±10° дає незначне зменшення показань анемометра (не більше 1%). Подальше збільшення кута відхилення приводить до різкого зростання похибки вимірювання.

Крім  підсумовуючих застосовуються також  анемометри що показують, з насадженим на вісь вертушки ротором мініатюрного генератора змінного струму. Залежно  від частоти її обертання змінюється вироблювана генератором напруга, що виміряється мілівольтметром, градуйованим у м/с.

Об'ємні лічильники витрати

Принцип дії об'ємних лічильників заснований на відмірюванні певного об'єму речовини, який проходить через прилад і  підсумовування результатів цього  вимірювання. До числа таких пристроїв  відносяться: мірні баки, об'ємні лічильники. Мірний бак є найбільш простим і точним вимірювальним пристроєм, застосовуваним для визначення кількості рідини при перевірці витратомірів і лічильників, а також при випробуваннях відповідних установок.

Рисунок 6.8 - Мірний бак

Схема мірних баків показана на рис.6.8. Пристрій складається зі спарених мірних баків 1 і 2 прямокутного, постійного по висоті перетину (іноді застосовуються два окремих циліндричних або  прямокутних баки) і збірного бака 3. Усередині мірних баків розташовані заспокоювачі 4 і 5 у вигляді патрубків з більшим числом отворів у стінках. Обоє мірних бака постачені вказівними скляними трубками 6 і 7, поруч із якими встановлені циферблати 8 і 9 з міліметровими шкалами. Вимірювана рідина, що надходить по трубопроводу 10, направляється по черзі в кожний з мірних баків за допомогою перекидного пристрою 11. Для зливу рідини з мірних баків у збірний служать зливальні патрубки із запірними клапанами 12 і 13. Кожний мірний бак попередньо градирується, тобто визначається залежність між висотою рівня рідини у вказівному склі і внутрішньому об'ємі бака. Об'ємні лічильники мають мірні камери зі стінками, що переміщаються, і які витісняють вимірювальний об'єм рідини, звільняючи камеру для наступної порції. До об'ємних лічильників зазначеного типу відносяться: однопоршневі, багатопоршневі, кільцеві, з овальними шестірнями, ротаційні, сухі газові, мокрі газові і дискові. Лічильники з овальними шестірнями застосовуються для вимірювання кількості рідини в широкому діапазоні в'язкості (до 300-10^-6 м²/с). Дія їх (рис.6.9) заснована на відмірюванні (витисненні) певних обсягів рідини, які утворюються між стінками вимірювальної камери 1 і овальними шестірнями 2 і 3, при обертанні останніх під впливом різниці тисків вимірювальної рідини до і після лічильника.

Рисунок 6.9 - Схема лічильника рідини з овальними шестернями

Овальні шестірні, що перебувають між собою  в безперервному зачепленні, при  обертанні обкатують одне одну. Залежно  від положення шестірень кожна  з них по черзі є ведучою  і веденою. Розмір зазорів між  шестірнями і стінками вимірювальної  камери не перевищує 0,04-0,06 мм, внаслідок чого похибка вимірювання через перетікання через них рідини невелика. Кількість рідини, що пройшла через лічильник, розраховується по числу обертів однієї з його шестірень, зв'язаної з рахунковим стрілочно-роликовим покажчиком. У підсумку за один оберт через лічильник проходить об'єм рідини, рівний чотирьом об'ємам мірних камер, які перекачують рідину. Вісь однієї із шестірень обертає рахунковий механізм, розташований поза корпусом приладу. Лічильники рідини з овальними шестірнями призначені для установки в горизонтальних трубопроводах, причому осі обертання шестірень розташовуються горизонтально, а круговий циферблат - вертикально нульовою оцінкою шкали вгорі (на рис.6.9 не показаний).

Випускаються  лічильники рідини з овальними шестірнями різних типів, призначених для вимірювання  кількості рідкого палива (бензину, керосину, дизельного палива і ін.). У цих лічильниках зв'язок між  овальною шестірнею і рахунковим покажчиком здійснюється за допомогою  осі, що виходить із вимірювальної камери через сальник, або за допомогою  магнітної муфти.

Межі  зміни в'язкості вимірювального середовища 0,7-10 — 60-10 м /с. Гідравлічний опір лічильників при найбільшій витраті 0,05 МПа. Клас точності приладів 0,5. Перевірка лічильників рідини з овальними шестірнями проводиться за допомогою мірних баків на спеціальних дослідних установках.

Ротаційні лічильники газу в основному застосовуються для вимірювання кількості горючих газів, принцип дії яких той же, що і лічильників рідини з овальними шестірнями.

Рисунок 6.10 - Схема ротаційного лічильника

Ротаційний  лічильник (рис.6.10) містить вимірювальну камеру 1, у якій розташовані широкі обертові лопаті 2 і 3 у формі вісімки, які приводяться у рух різницею тисків газу, що проходить через  лічильник. Прилад має рахунковий пристрій з роликовим покажчиком, з'єднаний  з однією з лопастів за допомогою магнітної муфти або за допомогою вихідної осі, пропущеної через сальник. Для контролю за роботою лічильника в нього вбудований водяний дифманометр, що вимірює перепад тиску газу в приладі (рахунковий пристрій і дифманометр на рис.6.10 не показані).

Установка ротаційних лічильників виконується  на вертикальних ділянках трубопроводів  зі спадним потоком газу. У вхідному патрубку лічильника є сітчастий  фільтр для очищення газу від механічних домішок.

Прилади розраховані на робочий тиск газу 0,1 МПа і температуру 0...50°С. Гідравлічний опір їх при номінальній витраті 300 Па. Основна похибка лічильників при витраті 10...20% номінального ±2% і вище - ±(1...1,5)%. Лічильники допускають роботу при найбільшій витраті газу протягом 6 годин у добу.

Витратоміри обтікання (ротаметри)

Витратоміри обтікання відносяться до великої  групи витратомірів, називаних також  витратомірами постійного перепаду тиску або ротаметрами. У цих  витратомірах обтічне тіло (поплавець, поршень, поворотний клапан, пластинка, кулька і ін.) сприймає з боку потоку, що набігає, силовий вплив, який при  зростанні витрати збільшується і переміщає обтічне тіло, у  результаті чого сила, яка переміщає, зменшується і знову врівноважується  протидіючою силою. Протидіючою  силою служить вага обтічного  тіла при русі потоку вертикально  знизу нагору або сила протидіючої  пружини у випадку довільного напрямку потоку. Вихідним сигналом розглянутих  перетворювачів витрати служить  переміщення обтічного тіла. На рис.6.11 наведені принципові схеми перетворювальних елементів витратомірів обтікання, що отримали найбільше розповсюдження.