Измерение расхода жидкостей

 

Министерство образования и науки, молодежи и спорта Украины

Харьковский национальный университет радиоэлектроники

Кафедра МВТ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

«Измерение расхода жидкостей»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнила:                                                                                           Проверили:

Ст.гр. МИВТ-08-1                                                                                Козлов Ю.В.

Иванова А.А.                                                                              Белокурский Ю.П.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Харьков, 2011

Содержание:

 

1. Введение
2. Крыльчатые счетчики воды
3. Турбинные водосчетчики с механическим счетным механизмом
4. Электромагнитные расходомеры-счетчики жидкости
5. Вихревые расходомеры-счетчики жидкости
6. Ультразвуковые расходомеры жидкости
7. Расходомеры переменного перепада давления
8. Счетчики жидкости с овальными шестернями типа ППО
9. Кольцевой счетчик жидкости
10. Заключение
11. Список литературы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Расходомер — это прибор или устройство из нескольких частей предназначенное для измерения количества жидкости или газа, протекающей через данное сечение в единицу времени. Если расходомер имеет суммирующее устройство и измеряет количество объема или массы жидкости или газа, то его называют расходомером - счетчиком жидкости (газа).

 

Большое количество конструкций приборов и механизмов, используемых для измерения количества жидкости, объясняется разнообразием свойств самих жидкостей и условий, в которых производятся измерения. Расходомеры используются не только для измерения количества воды, потребляемой из водопроводных сетей. Они необходимы на бензиновых заправках, на предприятиях химической промышленности, на нефтедобывающих производствах, в сельском хозяйстве.

Основными требованиями к расходомерам являются стабильное обеспечение точных показаний и минимальное влияние внешних факторов на результаты измерений. В разных условиях выполнение этих требований достигается различными способами. Рассмотрим основные разновидности расходомеров жидкости, выпускаемых в настоящее время.

Самыми недорогими и наиболее широко употребляемыми являются крыльчатые и турбинные  расходомеры жидкости, используемые преимущественно в водопроводных сетях. Крыльчатые счетчики могут быть одноструйными или многоструйными, а в турбинных могут использоваться механические или индукционные механизмы снятия сигнала.

Принцип действия электромагнитных расходомеров основан на том, что при попадании в область воздействия электромагнитного поля электропроводящей жидкости возникает электродвижущая сила, зависящая от скорости движения жидкости, и эту силу можно измерить. Электропроводность измеряемой такими расходомерами жидкости не должна превышать 10см/м, поэтому данный тип расходомеров не может использоваться для нефтепродуктов, спирта или дистиллята, его использование в основном ограничивается измерениями воды.

Вихревые расходомеры действуют на основе измерения показателей вихрей, создаваемых потокм вокруг помещенного в него предмета. Вихревые расходомеры бывают с индуктивным, электромагнитным или ультразвуковым преобразователем сигнала.

Ультразвуковые счетчики работают благодаря закону, согласно которому разница во времени прохождения звуковой волны по ходу потока и против хода потока пропорциональна скорости движения потока.

Существуют также основанные на принципах гидравлики расходомеры переменного и постоянного перепада давления. Они достаточно широко распространены и идеально подходят для бензина, дизтоплива, жидкого газа и пара.

Встречаются также расходомеры жидкости с овальными шестеренками и винтовые счетчик. И те, и другие основаны на вращении жидкостью соответствующего механизма.

Для замеров вязких жидкостей используют кольцевые счетчики. Внутри корпуса такого расходомера расположен движущийся кольцевой механизм, который обкатывается по стенкам корпуса. Чем выше степень вязкости жидкости, тем точнее показания расходомера.

 

 

На рынке в настоящее время представлено довольно много типов расходомеров и счетчиков количества жидкости, однако все равно не удается решить все проблемы по измерению этих величин для всех типов жидкостей и для различных условий их применения. В ряде случаев нет альтернативных вариантов, а для некоторых условий измерения их очень много.

1. Крыльчатые счетчики воды

Крыльчатые счетчики воды относятся к классу тахометрических преобразователей с тангенциальной турбинкой (крыльчаткой), т.е. ось вращения крыльчатки перпендикулярна направлению потока жидкости.

Различают одноструйные водосчетчики, когда поток жидкости поступает в камеру с крыльчаткой, выполненной, как правило, с плоскими лопастями, одной струей тангенциально к крыльчатке. В многоструйных водосчетчиках поток жидкости воздействует на крыльчатку в виде нескольких струй. Водосчетчики этого типа выпускаются с диаметрами от 10 до 50 мм . включительно.

В зависимости от температуры жидкости, для которых предназначены водосчетчики, они бывают предназначены для измерения холодной воды (+5…+50° С) в сокращенном названии присутствует буква «Х», горячей воды (+40…+90° C), в сокращенном названии присутствует буква «Г» и универсальные (+5…+90° С);

Вращение крыльчатки через магнитную муфту передается счетному роликовому механизму.

Некоторые модификации  водосчетчиков оснащаются импульсными  выходами, как правило, это пара «геркон-магнит», когда магнит размещается на подвижном  колесе счетного механизма, а геркон на корпусе в непосредственной близости от данного колеса. При вращении колеса в одном из положений магнит оказывается напротив «геркона» и контакты реле замыкаются (или размыкаются). При следующем повороте колеса контакты геркона приходят в исходное состояние

Водосчетчики  с Ду=10 и 15 мм . - считаются бытовыми или квартирными. Все водосчетчики одного диаметра, как правило, выпускаются с одинаковыми техническими характеристиками , поэтому при выборе следует ориентироваться на завод-изготовитель и цену. Только при серийном выпуске водосчетчиков возможно обеспечить высокое качество продукции при минимальной цене. Выпуск продукции высокого качества при мелкосерийном производстве ведет к росту цены водосчетчика и такой водосчетчик не выдерживает конкуренции.

2. Турбинные водосчетчики с механическим счетным механизмом

Отличием от крыльчатых водосчетчиков является то, что ось вращающейся турбинки расположена вдоль направления движения потока и то, что лопасти турбинки выполнены винтовыми.

Турбинные расходомеры-счетчики жидкости с индукционным узлом съема сигнала.

В нижеперечисленных  моделях отсутствует механический счетчик, а скорость вращения турбинки преобразуется в электрический  сигнал в индукционном преобразователе, в котором возникает эдс индукции при пересечении лопаткой турбинки магнитного поля преобразователя. Далее электрический сигнал передается в электронный блок, где преобразуется и формируется в значения расхода и количества прошедшей через расходомер жидкости. В ряде расходомеров в электронном блоке осуществляется кусочно-линейная интерполяция характеристики расходомера, чем достигается уменьшение основной погрешности. Необходимо заметить, что на вид характеристики турбинного расходомера сильно влияет изменение кинематической вязкости измеряемой жидкости, поэтому результаты градуировки на воде не вполне достоверны, если измеряемая жидкость имеет большую кинематическую вязкость.

3. Электромагнитные расходомеры-счетчики жидкости

Принцип действия расходомера основан на том, что  при прохождении электропроводной жидкости через магнитное поле в ней, как в движущемся проводнике наводится электродвижущая сила, пропорциональная средней скорости потока.

Принцип действия определяет границы использования расходомеров этого типа - электропроводные среды. Конечно, электропроводность должна быть не очень большой (от 10 - 3 до 10 См/м) и обычная водопроводная вода имеет достаточную электропроводность, но нефтепродукты и чистый обезвоженный спирт, дистиллят и бидистиллят нельзя измерять приборами данного типа.

4. Вихревые расходомеры-счетчики жидкости.

Принцип действия вихревых расходомеров с телом обтекания  заключается в фиксации вихрей возникающих  за телом, помещенным в поток. Частота  срыва вихрей (так называемая «дорожка Кармана») пропорциональна объемному расходу.

Фиксация вихрей может осуществляться разными методами. Индуктивным , когда в теле обтекания располагаются две катушки индуктивности, а в специальной полости между катушками находилась свободноразмещенная мембрана. Мембрана под действием вихрей перемещалась от одной катушки к другой и частота изменения индуктивности катушек была пропорциональна объемному расходу. С преобразователями на этом принципе выпускались два расходомера-счетчика СЖ на Ду=100 и 150 мм . и РОСВ на Ду=32, 40, 50, 80, 100, 150, 200 мм . В настоящее время оба прибора сняты с производства. СЖ разрабатывался для Министерства обороны и оказался не востребованным, а общепромышленного исполнения не было сделано. У РОСВ в процессе эксплуатации выяснилось, что в начале работы или после остановки расхода, мембрана залипала и возникающая пульсация потока не могла ее сдвинуть с места. Прибор переставал измерять расход.

В настоящее  время выпускаются вихревые расходомеры  с электромагнитным узлом съема сигнала и ультразвуковыми датчиками.

В случае применения электромагнитного узла съема сигнала, в теле обтекания делается отверстие  и вблизи нее в теле по перпендикулярным диаметрам располагаются два  постоянных магнита и два электрода, электрически изолированные от проточной части отверстия. По сути, датчик

преобразования  пульсаций представляет собой маленький  электромагнитный расходомер с постоянными  магнитами. Раньше электромагнитные расходомеры  с постоянными магнитами выпускались  для больших диаметров, но из-за явления поляризации электродов  
их производство было прекращено. Использование известного принципа для вихревого расходомера оказалось очень удачным. Поляризации нет, так как измеряется пульсирующий поток, постоянные магниты не требуют электрического питания, а электронные компоненты в электронных блоках потребляют мало энергии. Поэтому появилась возможность выпускать электронные блоки на литиевых батареях. Один недостаток остался: на постоянных магнитах могут накапливаться магнитные частички, если они есть в водопроводной воде. Желательно перед расходомером такого типа устанавливать магнито-механический фильтр и периодически проверять состояние отверстия в теле обтекания.

В случае использования ультразвуковых датчиков поток просвечивается за телом обтекания и фиксируются вихреобразования. Электроника у такого вихревого расходомера получается проще, чем у времяпролетного ультразвукового расходомера, поэтому приборы получаются более дешевые.

5. Ультразвуковые расходомеры жидкости

Принцип действия ультразвуковых расходомеров заключается в измерении времени прохождения ультразвукового луча по потоку и против него, разница во времени равна двойной скорости потока. Так как ультразвуковой луч имеет определенный размер, то и скорость потока определяется как осредненная по данному размеру. Осуществляя поверку проливным методом, возможно несколько уменьшить величину основной погрешности измерения. Однако имитационный метод менее трудоемкий. Различают две принципиальные конструкции ультразвуковых расходомеров с врезными ультразвуковыми преобразователями и с накладными преобразователями.

Другими модификациями ультразвуковых расходомеров являются расходомеры с накладными датчиками. Принцип работы тот же, но датчики закрепляются на наружной части трубопровода, крепятся либо хомутами или прижимаются к трубопроводу при помощи приваренных к нему шпилек. Поверхность трубопровода очищается, а между датчиком и трубопроводом смазывается. Достоинства такого расходомера простота монтажа, целостность трубопровода, возможность измерять любые жидкости. Основная относительная погрешность измерения не менее ±2,0 %.

6. Расходомеры переменного перепада давления

Принцип действия расходомеров основан на измерении перепада давления на гидравлическом сопротивлении. Самый «древний» метод измерения расхода и до последнего времени самый распространенный. Для этого метода разработаны стандартные «сужающие устройства» (диафрагмы, сопла, сопла и трубы Вентури) характеристики которых можно определить расчетом. Измерения стандартизованы, имеются программы расчета на ЭВМ. Основной недостаток метода состоит в небольшом диапазоне измерения 1:3. Однако имеются разработки « ГиперФлоу-3Пм», «Суперфлоу» диапазон измерения которых составляет 1:10. Данные приборы разрабатывались для измерения расхода природного газа, но расходомер «ГиперФлоу-3Пм» можно применять и для измерения жидкости и пара.

Принцип действия расходомеров постоянного перепада давления основан на перемещении внутри конической стеклянной трубки, расширяющейся к верху, поплавка. Изменением веса поплавка достигаются различные диапазоны измерения по жидкости и газу. Имеются методики пересчета характеристики ротаметра на среды, отличные от тех при которых проводилась поверка или калибровка. Кроме стеклянных ротаметров, выпускаются пневматические РП, РПО и электрические ротаметры РЭ, РЭВ. У электрических ротаметров выходной сигнал – индуктивность от 1 до 10 МГн. Для преобразования индуктивности в стандартный электрический сигнал необходимо приобретать дополнительное оборудование.