Приборы измерения расхода

1. Приборы измерения расхода

2.

Расход − количество вещества, протекающего
через данное сечение трубопровода в
единицу времени.
Расход делится на:
объемный, м3/с Gv V / t
массовый, кг/с Gm m / t
Gg mg / t
весовой, Н/с

3.

Требования, предъявляемые к расходомерам:
1. высокая точность измерения (погрешность не
более 0,5%),
2. высокая надежность измерений,
3. малая зависимость результата измерения от
плотности вещества,
4. широкий динамический диапазон измерения
(Gmin/Gmax),
5. разнообразие типов измеряемых веществ,
6. минимальное гидравлическое сопротивление,
7. отсутствие необходимость прямых участков
трубопроводов.

4.

Приборы для измерения расхода делятся на:
переменного перепада давления,
с напорными трубками,
тахометрические,
электромагнитные,
ультразвуковые,
вихревые.

5.

Расходомеры переменного перепада
давлений.
Принцип действия основан на зависимости
расхода от перепада давлений, создаваемого
преобразователем расхода (как правило,
сужающее устройство).

6.

7.

8.

h
p1 1 12
p2 2 22
z1
z2
hñæ .
g
2g
g
2g
z1 z2 ,
Gv 1S1 2 S 2
22
hñæ
2g
Gv
S2 2 p /
2 1 S2 / S1
2
p p1 p2 2 g h,
S2 2 p / S2 2 g h
2 1 S2 / S1
2
0,5

9.

Достоинства расходомеров переменного
перепада давления:
• измерение расхода жидкостей и газов;
• простота конструкции, низкая цена;
• отсутствие подвижных частей и высокая
надежность
• малые затраты на поверку.

10.

Недостатки
• нелинейная статическая характеристика;
• узкий динамический диапазон (1/3);
• значительная погрешность (около 2%);
• значительное
гидравлическое
сопротивление,
• значительные длины прямых участков до и
после расходомера (10 диаметров).

11.

Ротаметр состоит из конической трубки,
расходящейся
вверх,
внутри
которой
перемещается поплавок-индикатор.
Сила
тяжести
m g
уравновешивает
подъёмную силу трения Fтр со стороны потока
и силу Архимеда:
m g ж g V = p Sпопл= const

12.

Q Sî òâ 2 p /

13.

Достоинство:
простое и надёжное устройство
низкая цена,
измеряют точно малые расходы,
погрешность постоянна в любой точке
шкалы.
шкала прибора отградуирована равномерно.
потеря давления несущественна.

14.

Недостатки:
должен располагаться вертикально.
высота
подъёма
поплавка-индикатора
зависит
от
плотности
и
вязкости
протекающего вещества.
показания обычно считываются только
визуально,
можно использовать только для измерения
расхода прозрачных, чистых сред (жидкости
и газа) .

15.

Расходомеры с напорными трубками.
Принцип
действия
основан
на
измерении скоростного напора в различных точках
профиля скорости.

16.

Осредняющая трубка представляет собой
трубку, которая устанавливается в трубопровод
перпендикулярно потоку и имеет несколько
отверстий
симметрично
на
различном
расстоянии от оси, диаметром не более 0,1
диаметра трубопровода.

17.

18.

Достоинства:
• потеря давления, в 5-10 раз меньше потерь
давления в сужающем устройстве,
• погрешность менее ±1% в динамическом
диапазоне 1:10,
• малые габариты и масса при больших
диаметрах трубопровода (2 5м),
• минимальные затраты при монтаже,
• меньшие длины прямых участков.
Недостаток:
• поскольку точность измерения зависит от
распределения
эпюры
скоростей,
то
применяют только для скоростных потоков
перегретого пара и природного газа.

19.

Тахометрические расходомеры.
Принцип действия основан на зависимости
скорости вращения чувствительного элемента
(турбинки) от скорости потока.
В зависимости от взаимного расположения
оси потока и оси турбинки различают
расходомеры с аксиальной и тангенциальной
турбинками.

20.

21.

Достоинства:
простота конструкции,
высокая точность (от 0,5 до 2%),
независимость показаний от плотности,
точное измерение расхода жидкостей при
низких скоростях,
малые габариты и масса для малых
диаметров (15 50 мм),
низкая стоимость.

22.

Недостатки:
наличие подвижных частей,
значительное гидравлическое сопротивление,
большие габариты и масса для больших
диаметрах ( применяется, как правило до150
мм),
не надежная система создания электронных
импульсов – герметичный контакт (геркон),
невозможность измерения расхода газов,
невозможность измерения расхода
загрязненных и абразивных сред.
Динамический диапазон составляет 1:25−1:50.

23.

Dу = 200 мм
Dу = 800 мм

24.

Бытовые тахометрические счетчики делятся:
Для холодной воды (синие) с температурой
эксплуатации до 30, 40 или 50 С;
Для горячей воды (красные) с температурой
эксплуатации до 90 или 130 С.

25.

Электромагнитные расходомеры.
Принцип действия основан на законе
электромагнитной индукции Фарадея,
изменение
полного
магнитного
потока
порождает в проводнике индукционную
электродвижущую силу:
1 dФ
E
с dt

26.

При движении проводящей жидкости в
магнитном поле в ней наводится E
пропорциональная скорости скорости движения
жидкости.
E
B D
где В = Ф / S – индукция магнитного поля, Тл;
S – площадь сечения магнитного потока, м2;
D – расстояние между электродами (диаметр
проходного сечения), м;
– скорость потока, м/с.

27.

Электромагнитные
расходомеры состоят из;
• участка трубопровода
из
немагнитного
материала
и
футерованного изнутри
диэлектриком;
• электрических
катушек,
создающих
импульсное магнитное
поле;
• диаметрально
расположенных
электродов.

28.

29.

Преимущества ЭМР:
линейная статическая характеристика,
малая погрешность - 0,2%,
высокая надежность,
независимость показаний от плотности,
вязкости и температуры среды,
широкий динамический диапазон измерений
(1:1000),
возможность измерения расхода дисперсных
и агрессивных сред,
отсутствие дополнительного гидравлического
сопротивления.

30.

Недостатки:
возможность измерения расхода только
электропроводных жидких сред,
слабый выходной сигнал преобразователя
расхода,
боится внешних магнитных полей.
ЭМР нашли широкое применение для
измерения расхода воды и водных растворов,
также содержащих абразивные немагнитные
частицы.
Выпускаются с диаметрами условного
прохода от 3 до 2000 мм.

31.

Ультразвуковые расходомеры.
Принцип действия основан на влиянии
скорости
среды
на
характеристики
распространяющейся в ней акустической
волны.
Разделяются на импульс-акустические и
доплеровские.

32.

Наибольшее распространение получили импульсные
расходомеры,
измеряющие
разность
времен
прохождения волны по потоку (от излучателя И1 к
приемнику П1) и против него (от излучателя И2 к
приемнику П2).
Статическая
характеристика такого
расходомера имеет вид:
c 2
2 L cos
где с – скорость звука в
измеряемой среде.

33.

34.

35.

36.

Преимущества УЗР:
высокая точность,
возможность измерения расхода жидкостей
и газов,
широкий диапазон измерений (1:500),
низкая стоимость, малые габариты и масса
при больших диаметрах трубопроводов (400
– 1500 мм.).
возможность измерения расхода без врезки в
трубопровод.

37.

Недостатки:
• зависимость показаний от профиля скорости
потока, скорости звука и от наличия в потоке
частиц.

38.

Доплеровские расходомеры.
Принцип действия основан на Доплеровском смещении
частоты колебаний, отраженных от движущегося
объекта.
2
f d
cos
λ длина звуковой
волны, м
скорость движения частицы, м/с
α угол между направлением датчика к частице и
направлением движения частицы.

39.

Преимуществами расходомеров являются:
• высокая чувствительность.
Недостатки:
• погрешность измерения 2 3%,
• увеличение погрешности при наличии
механических вибраций трубопровода,
• не работают в потоках, не содержащих
частицы.

40.

Вихревые расходомеры.
Принцип действия основан на зависимости
расхода от частоты колебаний давления при
вихреобразовании струи.
При обтекании неподвижного тела с обеих его
сторон попеременно возникают срывающиеся
вихри, создающие пульсации давления.

41.

За обтекаемым телом образуется вихревая
дорожка Кармана шириной а, имеющая
постоянное отношение b/а, которое для
обтекаемого цилиндра равно 0,281.

42.

= f·d / Sh
где d – диаметр тела,
Sh – число Струхаля, критерий
колебательных течений жидкостей и газов.
подобия
В диапазоне 200 < Re < 200000 числа Струхаля
примерно постоянно Sh 0,2.

43.

= f·d / Sh
Преимущественно применяют призматические тела,
т.к. они образуют сильные и регулярные вихревые
колебания, хотя и создают несколько большую потерю
давления.

44.

Имеются
различные
датчики
частоты
вихреобразования в электрический сигнал:
• преобразователи давления (пьезоэлементы),
• температуры (термоанемометры),
• напряжения (тензорезисторы),
• ультразвуковые преобразователи скорости.

45.

46.

Преимущества:
отсутствие подвижных частей, простота и
надежность преобразователя расхода,
низкое энергопотребление,
независимость показаний от давления и
температуры,
линейность шкалы и хорошая точность
(погрешность ±0,5 1,5 %),
сравнительная простота измерительной схемы.

47.

Недостатки:
влияние на показания местных сопротивлений,
колебаний и вибрации,
малый диапазон измерений (1:25),
значительная потеря давления (30 50 кПа),
непригодны при малых скоростях,
загрязненные и агрессивные вещества могут
нарушить работу преобразователей,
при малых диаметрах нет устойчивого
вихреобразования (изготовляются для труб
диаметром от 25 до 150-300 мм).

48.

Большинство приборов измерения расхода
нуждаются
в
источниках
питания
электрической энергии, которое может быть:
• автономное
(от
аккумулятора
или
батареи),
• от электрической сети переменного тока.

49.

Преимущества приборов с автономным
питанием
• энергонезависимость и связанные с ней
относительная простота монтажа,
безопасность от скачков тока.
• долгий срок работы от одной батареи (до 6
лет).
Недостаток:
меньшая
точность
и
стабильность измерений (низкая частота
опроса из-за
ограниченной емкостью
источника питания).

50.

Усилия
разработчиков
батарейных
приборов
направлены
на
разработку
алгоритмов
работы
расходомеров
и
счетчиков, позволяющие как повысить
точность измерений, так и продлить срок
действия батареи.
Однако батарейные приборы востребованы
в основном на трубах с небольшими
проходными диаметрами (до 50–65 мм).

51.

Диаметр условного прохода счетчика воды
следует выбирать исходя из среднечасового
расхода воды за период водопотребления
(сутки, смену), который не должен превышать
эксплуатационный или номинальный расход.
Счетчик с принятым диаметром условного
прохода следует проверять на пропуск
расчетного максимального секундного расхода
воды, при этом потери давления в счетчиках
воды не должны превышать, МПа:
0,05 — для крыльчатых счетчиков;
0,025 — для турбинных счетчиков.

52.

До и после счетчиков, установленных на
вводе в здание, следует предусматривать
прямые участки трубопроводов, длина которых
определяется
в
соответствии
с
государственными стандартами на счетчики
для воды и запорную арматуру.
До
счетчика
следует
устанавливать
осадочный фильтр, а после счетчика
спускной кран и манометр для контроля
давления.