Расходомер принцип действия кратко
Обновлено: 08.07.2024
ТЕПЛОСЧЕТЧИК В РАЗРЕЗЕ
Лекция 5: о расходомерах (окончание)
В двух предыдущих лекциях нашего цикла мы достаточно подробно рассмотрели вопросы, связанные с назначением и ролью расходомеров (преобразователей расхода) в составе теплосчетчиков, поговорили об их метрологических характеристиках. Осталось изучить типы расходомеров в зависимости от принципа их действия. Т.е. узнать, КАК ИМЕННО расходомер измеряет расход.
Мы думаем, что разница этих определений состоит в том же, в чем разница определений скорости, которые похожи на определения расхода как капли воды. Вспомните: в начальной школе нам говорили, что скорость — это путь, пройденный за единицу времени. Т.е. метры в секунду, километры в час и т.д. Доступно, понятно — и вполне достаточно для решения задач о прямолинейном равномерном движении. А в старших классах на математике мы узнали, что такое производная функции (а это есть предел отношения приращения функции к приращению ее аргумента при стремлении приращения аргумента к нулю), и тут же на физике получили пример практического применения этого знания. Оказалось, что скорость — это производная координаты по времени. И первое определение не противоречит второму, оно лишь является его частным случаем.
Классификация расходомеров по принципу действия (методу измерений)
Тахометрические водосчетчики — крыльчатые и турбинные
Вихревые расходомеры
Электромагнитные расходомеры
Ультразвуковые расходомеры
Все это многообразие объединено в один тип, поскольку любой ультразвуковой расходомер измеряет скорость жидкости в трубопроводе путем анализа изменений того или иного параметра проходящего через поток ультразвукового сигнала. Самый простой для понимания пример — измерение разницы времени прохождения ультразвука по потоку и против потока (обычно — под углом к нему). Эта разность времени прямо пропорциональна скорости (расходу) жидкости. Измеряя ее, расходомер формирует частотный, импульсный или токовый выходной сигнал, который передается на вычислитель.
Достоинства и недостатки расходомеров различных типов
Заключение
Выбор способа учета расхода жидкости в крупных организациях-потребителях воды, на предприятиях, использующих воду на технологические нужды и сбрасывающих стоки, на ТЭЦ и других промышленных объектах зависит от многих факторов. Это степень загрязнения потока, тип системы (напорная или безнапорная), место планируемой установки и др.
Основные типы расходомеров
Рассматривая основные конструкции счетчиков по принципу их устройства и работы можно выделить такие виды расходомеров:
- Тахометрические. Они состоят корпуса с установленной в нем лопастной крыльчаткой, которая вращается за счет перемещения воды и передает количество сделанных оборотов на считывающее устройство. Учитывая их простоту и дешевизну, именно такие счетчики используются в качестве бытовых водомеров на малых диаметрах напорных трубопроводов. В промышленном учете, где оперируют большими расходами, они не применяются из-за громоздкости и металлоемкости, а также создания гидравлического сопротивления для движения потока и возможных механических поломок.
- Электромагнитные полнопроходные. Это высокоточные приборы объемного учета расхода жидкости, используемые в трубопроводных системах с избыточным давлением жидкости.
- Штанговые электромагнитные. С их помощью выполняется замер скорости в середине потока в закрытых полностью заполненных трубах (под давлением). Используются для различных диаметров.
- Ультразвуковые. Различают водомеры, работающие по время-импульсному методу измерения, методу Доплера и кросс-корреляционные. Сигнал на считывающее устройство передается с ультразвуковых датчиков. Это одни из наиболее широко применяемых промышленных счетчиков. В зависимости от применяемых датчиков используются в напорных и самотечных системах.
- Радарные и лазерные системы измерения расходов. Бесконтактные устройства, применяемые в промышленности. Применяются для самотечных потоков.
- Счетчики на основе уровнемера. Их используют в безнапорных системах на лотках Вентури или Паршаля, на каналах с малым водопотреблением либо для технологического учета. При помощи беспроводных уровнемеров можно получить данные об удаленных и труднодоступных объектах.
Рассмотрим более подробно устройство и принцип действия основных расходомеров, применяемых для промышленного учета.
Время-импульсные ультразвуковые счетчики
Время-импульсный метод (или, по-другому, фазового сдвига) основан на измерении времени прохода сигнала против движения потока и по направлению перемещения жидкости. Для преобразования ультразвукового сигнала на трубопроводе устанавливают два или четыре смещенных вдоль движения воды пьезоэлемента. Как правило, применяются дисковые элементы, реже – кольцевые (на малых диаметрах).
Пьезоэлементы могут устанавливаться внутри потока (на внутренних стенках трубы или канала) или снаружи трубопровода (в этом случае сигнал проходит через наружную стенку). В зависимости от применяемых датчиков счётчики могут устанавливаться в самотечных системах (как открытых, так и закрытых), а также в полностью закрытых трубопроводах с избыточным давлением среды. Различают такие виды датчиков скорости:
- трубные – врезаются в водопровод с внешней стороны. Могут применяться в напорной и безнапорной среде;
- клиновидные – устанавливаются на дне или внутренней стенке трубы. Как правило, используются в безнапорных каналах либо в трубопроводах больших диаметров, если установка и обслуживание датчика снаружи неудобна;
- сферические или полусферические – монтируются на наклонных стенках открытых трапециевидных каналов;
- штанговые – имеют вид трубок, устанавливаются на вертикальных стенках каналов;
- накладные – бесконтактные датчики, ставятся на внешнюю поверхность трубопровода.
В зависимости от способа установки датчиков различают контактные и бесконтактные устройства. Преимущество бесконтактных переносных расходомеров в возможности устанавливать их на трубопроводы без нарушения целостности. Они достаточно редко устанавливаются стационарно, чаще используются для поверочных замеров в разных точках.
Время-импульсные расходомеры пригодны для нахождения расхода чистой воды или немного загрязненной (с незначительным включением взвешенных частиц). Их применяют в водоснабжении и водоотведении, в охлаждающих контурах, в ирригационных схемах орошения, на насосных напорных станциях, в открытых природных и искусственных каналах и реках. Применяются как для коммерческого, так и для технологического учета.
Метод Доплера
Счетчики, работающие по данному методу, измеряют разность длины волны, отраженной от движущегося потока, относительно длины волны излучаемого сигнала. Измерение принимаемого и передаваемого сигнала для определения разницы между ними производится при помощи клиновидных или трубных датчиков скорости, устанавливаемых на дне канала или трубы.
Работающие по эффекту Доплера водомеры используют в напорных и самотечных системах, полностью и частично заполненных трубах, открытых каналах. Они работают в потоках разной степени загрязнения (кроме чистой воды). Доплеровские расходомеры используют для коммерческого учета в трубопроводах и самотечных каналах, для измерения расходов в реках и каналах ирригационных систем, в ливневых канализациях, на насосных станциях, трубопроводах водозабора и сброса стоков в водоемы.
Кросс-корреляционные ультразвуковые счетчики
Такие расходомеры работают по методу кросс-корреляции ультразвукового сигнала. Эта методика основана на принципе построения скоростей по различным уровням потока, счетчик дает возможность строить реальную диаграмму распределения скоростей в потоке. Также выполняется замер уровня потока.
С водомерами используются ультразвуковые трубные и клиновидные датчики скорости, устанавливаемые в потоке, уровень жидкости определяется при помощи надводных и подводных датчиков. Возможно исполнение комбинированных датчиков скорости и уровня.
Счетчики используются в напорных и самотечных, открытых и закрытых системах. Это точный метод измерения, дающий достоверные результаты для потоков различной степени загрязненности, в том числе он эффективен в неоднородных средах. Расходомеры используют в технологических трубопроводах, на очистных сооружениях, в реках и водоемах и др. В крупных каналах можно устанавливать несколько датчиков по всей ширине для получения более точных результатов.
Электромагнитные расходомеры
Их принцип работы основан на законе электромагнитной индукции, согласно которой в электропроводной жидкости, проходящей через электромагнитное поле, индуцируется ЭДС, пропорциональная скорости потока (проводника).
Такие расходомеры нашли применение в системах объемного учета теплоносителя и воды на промышленных и энергетических предприятиях. Недостаток – высокая стоимость и вес для диаметров более 300-400 мм, сложность снятия на поверку.
Штанговые электромагнитные водосчетчики работают по принципу погружения датчика в жидкость, где происходит измерение скорости потока. Такие счетчики определяют расход холодной воды в полностью заполненных трубопроводах.
Радарные и лазерные расходомеры
Бесконтактные узлы учета замеряют поверхностную скорость движения потока в открытых и закрытых самотечных потоках. Вычисление объемного расхода производится путем вычисления его через скорость на поверхности.
Такие устройства используют в труднодоступных местах и сильно загрязненных потоках, где нет возможности установить погружные датчики. Их применяют для учета канализационных и технических стоков.
Расходомер представляет собой прибор для измерения количества израсходованного (пройденного через трубопровод) рабочего вещества, жидкости или газа. Поскольку сжимаемые и несжимаемые вещества имеют свою специфику измерения, то и устройства в этом сегменте различаются по принципам действия. Каждая категория рассчитана на работу в среде с определенными эксплуатационными характеристиками, отличается особыми параметрами, имеет свои преимущества и недостатки.
Электромагнитные расходомеры
В основе таких приборов – закон Фарадея (электромагнитной индукции). Электродвижущая сила формируется под воздействием воды или другой проводящей жидкости, проходящей через магнитное поле. Получается, что жидкость течет между полюсами магнита, создавая ЭДС, а прибор фиксирует напряжение между 2 электродами, тем самым измеряя объем потока. Этот прибор работает с минимальными погрешностями при условии транспортировки очищенных жидкостей и никак не тормозит поток.
Преимущества электромагнитных расходомеров
- В поперечном сечении нет движущихся и неподвижных деталей, что позволяет сохранить скорость транспортировки жидкости.
- Измерения можно производить в большом динамическом диапазоне.
Недостатки
- Если в жидкости будут магнитные и токопроводящие осадки, загрязнения, то прибор будет работать с искажениями.
Ультразвуковые расходомеры
Расходомеры этого типа дополнены передатчиками УЗ-сигналов. Скорость прохождения сигнала от передатчика до приемника будет меняться каждый раз при движении жидкости. Если ультразвуковой сигнал идет по направления потока, то время уменьшается, если против – увеличивается. По разности времени прохождения сигнала по потоку и против него и рассчитывается объемный расход жидкости. Как правило, такие устройства комплектуются аналоговым выходом и микропроцессорным блоком управления, а все отображаемые данные выводятся на LED-дисплей.
Достоинства ультразвуковых расходомеров
- Устойчивость к вибрациям и ударам.
- Стабильный долговечный корпус.
- Подходят для нефтеперерабатывающей промышленности и систем охлаждения.
- Выполняют замеры расхода воды и жидкостей, подобных воде по физическим свойствам.
- Работают в среднем динамическом диапазоне измерений.
- Могут монтироваться на трубопроводы больших диаметров.
Недостатки
- Повышенная чувствительность к вибрациям.
- Восприимчивость к осадкам, поглощающим либо отражающим ультразвук.
- Чувствительность к перекосам потока.
Тахометрические расходомеры
В расходомерах тахометрического типа основным измерительным элементом служит крыльчатка или турбина (располагаются перпендикулярно или параллельно проходящему потоку соответственно). В процессе замеряются скорость вращения и количество оборотов, сделанных в потоке.
Преимущества
- Подходят для измерения расхода жидкости, пара и газа.
- Простые и дешевые модели.
- Легко монтируются на трубопроводы малых диаметров и часто используются в бытовых условиях.
- Работают без источника питания, электроподключение не требуется.
Недостатки
Кориолисовы расходомеры
В основе действия – эффект Кориолиса: U-образные трубки подвергаются колебаниям при движении, а вибрационные колебания, в свою очередь, вызывают закручивание вещества. Величина сдвига фаз зависит от массового расхода жидкости или пара. Расход измеряется с учетом образуемого угла закручивания. Чаще всего такие расходомеры применяются для жидкостных сред, в том числе для красок, лаков, жидких полимеров.
Преимущества
- Массовый расход измеряется напрямую.
- Осадки или загрязнения, растворенные в жидкости, не влияют на результаты измерений.
- Препятствий во внутреннем сечении нет, система работает стабильно.
- Подходят для измерения всех типов жидкости, вне зависимости от их электрической проводимости.
Недостатки
- Дороговизна, сложные технологические компоненты.
- Необходимость высокоточного монтажа.
- Точность проведения замеров может изменяться при сильных вибрациях.
Вихревые расходомеры
В таких приборах проводится измерение частоты колебаний, возникающих в потоке газа или жидкости в момент обхождения препятствий. Обтекание приводит к образованию вихрей (собственно, поэтому этот тип устройств и получил свое название), а величина изменения завихрений позволяет вычислить силу потока.
Преимущества
- Подходят для измерения расхода газов, технического воздуха.
- Движущихся частей в конструкции нет.
Недостатки
- В сечении есть механические препятствия, мешающие движению среды.
- При загрязнении тела обтекания точность измерения существенно снижается.
- Прибор чувствителен к изменениям температуры.
- Возникновение вибраций влияет на результаты.
- Измерения возможны в малом динамическом диапазоне.
Вихревые расходомеры измеряют частоту колебаний, которые возникают в потоке жидкости или газа, когда они обтекают препятствия. При обтекании препятствий образуется вихрь, от которого приборы и получили свое название.
Расходомеры перепада давления
В основе принципа действия таких приборов – измерение перепада давления, возникающего в момент прохождения жидкостного или газового потока через сужающееся приспособления (шайбу, сопло). В этом месте меняется скорость потока, а давление возрастает. Замеры в точке прохождения препятствия производятся с использованием дифференциального датчика давления.
Преимущества
Недостатки
- Измерения возможны в малом динамическом диапазоне.
- Любые осадки на сужающем устройстве приводят к значительным погрешностям.
- Механические препятствия в сечении снижают надежность конструкции.
Эти шесть вариантов считаются основными типами расходомеров для измерения объемов жидкостей и газообразных сред, воздух и воды.
В компании Измеркон предлагается широкий выбор промышленных расходомеров воздуха и сжатых газов, в том числе и с цифровым интерфейсом. Вы можете подобрать подходящую модель, ориентируясь на описание или проконсультировавшись с менеджерами. Наша компания из Санкт-Петербурга обеспечивает отправку измерительных приборов по всей России.
Расходомер — прибор, измеряющий расход вещества, проходящего через данное сечение трубопровода в единицу времени. Если прибор имеет интегрирующее устройство со счетчиком и служит для одновременного измерения и количества вещества, то его называют расходомером со счетчиком.
Расходомеры бывают следующих типов.
Содержание
Механические счётчики расхода
Ёмкость и секундомер
Возможно, самый простой способ измерить расход — это использовать некоторую ёмкость и секундомер. Поток жидкости направляется в некоторую ёмкость, и по секундомеру засекается время заполнения этой ёмкости. Зная объём ёмкости, и поделив его на время её заполнения, можно узнать расход жидкости. Этот способ подразумевает прерывание нормального течения потока.
Ротаметры
Ролико-лопастные расходомеры
Шестерёнчатые расходомеры
Впервые расходомер с овальными шестернями был изобретен компанией Bopp & Reuther (Германия) в 1932 году. Измеряемый элемент состоит из двух шестеренок овальной формы. Протекающая жидкость вращает данные шестеренки. При каждом обороте пары овальных колес, через прибор проходит строго определенное количество жидкости. Считывая количество оборотов можно точно определить какой объем жидкости протекает через прибор. Данные расходомеры отличаются высокой точностью, надежностью и простотой, что позволяет их использовать для жидкостей с высокой температурой и под большим давлением. Отличительной особенность расходомеров с овальными шестернями является возможность использования для жидкостей с высокой вязкостью (мазут, битум и т.д.)
Расходомеры на базе объёмных гидромашин
В системах объёмного гидропривода для измерения объёмного расхода рабочей жидкости применяют объёмные гидромашины (как правило шестерённые или аксиально-плунжерные гидромашины).
Объёмная гидромашина в этом случае работает как гидродвигатель, но без нагрузки на валу. Тогда объёмный расход через гидромашину можно определить по формуле:
— объёмный расход, — рабочий объём гидромашины (определяется по паспорту гидромашины), — частота вращения выходного вала гидромащины, которую можно измерить тахометром.
Заметим, что объёмная гидромашина пропускает через себя весь расход жидкости, что для объёмного гидропривода не представляет сложности ввиду малых расходов.
Рычажно-маятниковые расходомеры
Датчики расхода измеряющие перепад давления
Вентури-метры
Принцип действия расходометров этого типа основан на эффекте Вентури. Вентури-расходомер сужает поток жидкости в некотором устройстве, и датчики давления измеряют разницу давлений перед указанным устройством и непосредственно в месте сужения. Этот метод измерения расхода широко используется при транспортировке газов по трубопроводам, и использовался ещё во времена Римской империи.
Дисковая диафрагма
Диафрагма представляет собой диск со сквозным отверстием, вставленный в поток. Дисковая диафрагма сужает поток, и разница давлений, измеряемая перед и после диафрагмы, позволяет определить расход в потоке. Этот тип расходомера можно грубо считать одной из форм Вентури-метров, однако имеющую более высокие потери энергии. Существует три типа дисковых диафрагм: концентрические, эксцентриковые и сегментальные. [1] [2]
Трубка Пито
в застойной зоне потока (англ.).
С помощью уравнения Бернулли, и зная динамическое давление, можно определить скорость потока, а значит, и объёмный расход (Q=SV, где S — площадь поперечного сечения потока, V — средняя скорость потока).
Оптические расходомеры
Оптические расходомеры используют свет для определения расхода.
Расходомеры на основе двух лазерных лучей
Маленькие частички, которые неизбежно содержатся в природных и промышленных газах, проходят через два лазерных луча, направленных на поток от источника. Свет лазера рассеивается, когда частичка проходит через первый лазерный луч. Рассеяный лазерный луч поступает на фотодетектор, который в результате генерирует электрический импульсный сигнал. Если та же самая частица пересекает второй лазерный луч, то рассеяный лазерный свет поступает на второй фотодетектор, который генерирует второй импульсный электрический сигнал. Измеряя интервал времени между двумя этими импульсами, можно вычислить скорость газа по формуле V = D / T, где D — расстояние между двумя лазерными лучами, Т — время между двумя импульсами. Зная скорость потока, можно определить расход (Q = VS, где S — площадь поперечного сечения потока).
Основанные на лазерах расходометры измеряют скорость частиц — параметр, который не зависит от теплопроводности, вида газа или его состава. Лазерная технология позволяет получать очень точные данные, причём даже в тех случаях, когда другие методы применять не удаётся или они дают большу́ю погрешность: при высоких температурах, малых расходах, высоких давлениях, высокой влажности, вибрациях трубопроводов и акустическом шуме.
Оптические расходометры способны измерять скорости потока от значений 0.1 м/с до более чем 100 м/с.
Ультразвуковые расходомеры
Ультразвуковые время-импульсные
Ультразвуковые фазового сдвига
Ультразвуковые доплеровские
Ультразвуковые корреляционные
Электромагнитные расходомеры
Кориолисовые расходомеры
Вихревые расходомеры
Тепловые
Расходомеры теплового пограничного слоя
Калориметрические расходомеры
Меточные
Примечания
- ↑ Lipták, Flow Measurement, p. 85
- ↑ American Gas Association Report Number 3
Wikimedia Foundation . 2010 .
Полезное
Смотреть что такое "Расходомер" в других словарях:
расходомер — расходомер … Орфографический словарь-справочник
Расходомер — средство диагностирования, состоящее из одного датчика, предназначенное для измерения расхода жидкости в трубопроводе. Источник … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
РАСХОДОМЕР — прибор для определения расхода газа, жидкости или сыпучих материалов. Различают расходомеры индукционные (измеряют электродвижущую силу, наводимую в потоке вещества магнитным полем), тепловые (учитывают интенсивность теплообмена в потоке) и др … Большой Энциклопедический словарь
Расходомер — (a. flowmeter; н. Verbrauchsmesser, Durchfluβmesser; ф. debitmetre, compteur de debit; и. caudalometro, contador de flujo, fluimetro, fluidуmetro, flujуmetro) устройство для измерения расходов однофазных потоков жидкости (нефти, газа,… … Геологическая энциклопедия
расходомер — сущ., кол во синонимов: 7 • водомер (2) • дебитомер (3) • массорасходомер (1) … Словарь синонимов
расходомер — Прибор для измерения расхода газов, жидкостей и сыпучих материалов [Терминологический словарь по строительству на 12 языках (ВНИИИС Госстроя СССР)] Тематики измерение расхода жидкости и газа EN consumption indicatordemand indicatorflow gageflow… … Справочник технического переводчика
Расходомер — – прибор для определения расхода газа, жидкости или сыпучих материалов. Различают расходомеры индукционные (измеряют электродвижущую силу, наводимую в потоке вещества магнитным полем), тепловые (учитывают интенсивность теплообмена в потоке) … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов
расходомер — прибор для определения расхода газа, жидкости или сыпучих материалов. Различают расходомеры индукционные (измеряют электродвижущую силу, наводимую в потоке вещества магнитным полем), тепловые (учитывают интенсивность теплообмена в потоке),… … Энциклопедия техники
расходомер — прибор для определения расхода газа, жидкости или сыпучих материалов. Различают расходомеры индукционные (измеряют эдс, наводимую в потоке вещества магнитным полем), вертушечные (измеряют расход вещества по частоте вращения крыльчатки, приводимой … Энциклопедический словарь
расходомер — ↑ величина потока расходомер прибор для измерения величины потока. газомер. реометр. водомер. дождемер. амперметр … Идеографический словарь русского языка
Читайте также: