Средства измерения расхода и количества вещества

Реферат

Рассматривая приборы, служащие для измерения расхода жидкости, и в частности, воды, представляется классифицировать их по различным признакам. Представляется целесообразной такая классификация, которая отражала бы основные принципы работы наиболее распространенных типов приборов, положенные в основу измерения и отражающие физику протекающих при этом явлений.

1. Тахометрические счетчики и расходомеры

Различают:

  • крыльчатые;
  • турбинные;
  • винтовые.

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

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

Винтовые счетчики воды отличаются от турбинных только большей длиной турбинки.

2. Вихревые

Различают:

  • с индуктивным преобразователем сигнала;
  • с электромагнитным преобразователем сигнала;
  • с ультразвуковым преобразователем сигнала.

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

электромагнитного

ультразвуковых

3. 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.

4. Расходомеры постоянного перепада давления (ротаметры)

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. Кроме стеклянных ротаметров, выпускаются пневматические и электрические ротаметры. У электрических ротаметров выходной сигнал — индуктивность от 1 до 10 мГн.

3 стр., 1293 слов

Приборы, методы и способы измерения давления

... по образцовым средствам измерений соответствующей точности. Помимо классификации по основным методам измерений давлений и видам давления, средства измерений давления классифицируют по: принципу действия, функциональному назначению, диапазону и точности измерений. 5. Класс точности приборов Обобщенной характеристикой средств измерения является класс ...

5. Ультразвуковые расходомеры

Основой акустического метода измерений является тот факт, что скорость распространения звуковой волны в движущейся среде определяется геометрической суммой скорости звука в данной неподвижной среде и собственно скорости движения самой среды.

Наиболее часто используют на практике два способа, различающиеся взаимным пространственным расположением направлений вектора скорости жидкости и вектора распространения звуковой волны.

Первый способ основан на определении сноса движущей средой ультразвукового луча, направленного под прямым углом к вектору движения потока, то есть измеряется уменьшение количества акустической энергии, попадающей на приемник, с ростом скорости потока.

Недостатком данного способа является низкая чувствительность, поэтому чаще применяется разновидность этого способа, заключающаяся в том, что луч направляют под небольшим углом относительно диаметра трубы и принимают после многократного отражения от стенок трубы. Таким образом, добиваются увеличения пути, проходимого лучом. Чувствительность такой конструкции выше, чем у основной разновидности способа, однако следует отметить, что показания существенно зависят от степени коррозии и загрязнений отражающих поверхностей трубы. Кроме того, скорость звука в среде зависит от температуры жидкости, от её кинематической вязкости и степени её загрязнения. Эта зависимость приводит к возрастанию погрешности при изменении физико-химических свойств измеряемой жидкости.

Для исключения влияния зависимости скорости звука от различных факторов расход (количество) жидкости определяют по разности скорости распространения звука в направлении движения потока и против него. Ультразвуковой луч при этом направляется под некоторым углом к направлению движения потока. В этом способе различают несколько разновидностей.

Время-импульсный метод, Частотно-импульсный метод, Фазовый метод, Доплеровский метод

6. Электромагнитные расходомеры

В настоящее время твердую позицию среди устройств измерения расхода жидких веществ (в частности, воды) занимают электромагнитные расходомеры с поперечным полем. Доля таких расходомеров среди общего числа применяемых устройств составляет более 43 % и с каждым годом продолжает быстро расти. Этот тип расходомеров наиболее полно удовлетворяет требованиям к расходомерам для жидких веществ. Он обладает достаточно высокой точностью измерения, имеет широкий линейный динамический диапазон. Кроме того, он не имеет механических частей, соприкасающихся с жидкостью, а значит, способен легко соответствовать санитарно-гигиеническим требованиям.

Работа электромагнитных измерителей расхода жидкости основана на законе Фарадея. В проводнике, пересекающем силовые линии поля, индуцируется ЭДС, пропорциональная скорости движения проводника. При этом направление тока, возникающего в проводнике, перпендикулярно к направлению движения проводника и направлению магнитного поля. Если заменить проводник потоком проводящей жидкости, текущей между полюсами магнита, и измерять ЭДС, наведённую в жидкости по закону Фарадея, можно получить принципиальную схему электромагнитного расходомера, предложенную ещё самим Фарадеем. Конструкция классического электромагнитного расходомера показана на рис.1.

7 стр., 3460 слов

Механика жидкостей и газов в законах и уравнениях

... жидкости. Однако она применима к реальным жидко-стям и даже к газам в том случае, когда их сжимае-мостью можно пренебречь. Расчеты показывают, что при движении газов со скоростями, много меньшими скорости звука в ... E p ) , заключенной в рассматри-ваемом объеме жидкости. Силы давления на стенки трубки тока перпенди-кулярны в каждой точке к направлению перемещения жидкости, вследствие чего работы не ...

Рисунок 1 — Схема и принцип действия электромагнитного расходомера с поперечным магнитным полем: 1 — трубопровод; 2 — полюса магнита; 3 — электроды для съема ЭДС; 4 — электронный усилитель; 5 — отсчетная система; 6 — источник питания магнита

Индуцируемую разность потенциалов Е на электродах 3 определяют по уравнению электромагнитной индукции:

E = — KBDv

где В — магнитная индукция в зазоре между полюсами магнита; v cp — средняя скорость потока жидкости; D — внутренний диаметр трубопровода; К — коэффициент, зависящий от вида магнитного поля.

Для случая постоянного магнитного поля К = 1. Если же магнитное поле изменяется во времени t с частотой f , то K = sin2рft .

Магнитное поле создается источником питания 6

[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/referat/priboryi-dlya-izmereniya-rashoda/

магнита. ЭДС, снимаемую с электродов, при помощи электронного усилителя 4 преобразуют в усиленный электрический сигнал, регистрируемый отсчетной системой 5 .

Выражая в уравнении (1) среднюю скорость потока через объемный расход измеряемой среды, получим уравнение измерений электромагнитных расходомеров:

  • для случая постоянного магнитного поля

E = — ( 4B / рD)*Q , (2)

  • для случая переменного магнитного поля

E = — ( 4B *sinрft / рD)*Q . (3)

Таким образом, электромагнитные расходомеры могут быть выполнены как с постоянными, так и с электромагнитными, питаемыми переменным током частотой f . Эти электромагнитные расходомеры имеют свои достоинства и недостатки, определяющие области их применения.

Электромагнитные расходомеры непригодны для измерения расхода газов, а также жидкостей с малой электропроводностью, например легких нефтепродуктов, спиртов и т.п. Но применение специальных устройств позволит существенным образом снизить требования к электропроводности измеряемой среды и создать электромагнитные расходомеры для измерения расхода любых жидкостей, в том числе нефтепродуктов.

Существенным и основным недостатком индукционных электромагнитных расходомеров с постоянным электромагнитом, ограничивающим их применение для измерения расхода квазистационарных потоков, является поляризация измерительных электродов, сопровождающаяся изменением сопротивления датчика, что искажает показания прибора. Для уменьшения поляризации применяют электроды с платиновым или танталовым покрытием, а также угольные и каломелевые электроды. измерение расход жидкость счетчик

При использовании переменного магнитного поля в режиме измерения средней скорости влияние поляризации электродов значительно уменьшается, так как э.д.с. поляризации в течение каждого полупериода тока, ее вызывающего, принимает противоположные по знаку значения, не нарастает со временем и ее среднее значение за период изменения магнитного поля близко к нулю. Кроме того, индуцированная полезная э.д.с. оказывается знакопеременной во времени и точность ее измерения на фоне существующих помех значительно повышается.

6 стр., 2932 слов

Магнитные измерения

... уравнение Максвелла, связывающее магнитное поле с полем электрическим; эти поля являются двумя проявлениями особого вида материи, именуемого электромагнитным полем. Используются в магнитных измерениях и другие (не только электрические) проявления магнитного поля, например механические, ...

Однако в расходомерах с переменным магнитным полем появляются другие эффекты, приводящие к искажению полезного сигнала.

Во-первых, это трансформаторный эффект, когда на витке, образуемом жидкостью, находящейся в трубопроводе, электродами, соединительными проводами и вторичными приборами, наводится трансформаторная ЭДС, источником которой является первичная обмотка системы возбуждения магнитного поля. Трансформаторные помехи могут достигать 20-30 % полезного сигнала. Для их компенсации в измерительную схему прибора вводят специальные дополнительные устройства.

Во-вторых, имеет место ёмкостный эффект, возникающий из-за большой разности потенциалов между системой возбуждения магнитного поля и электродами и паразитной емкости между ними (соединительные провода и т. п.).

Средством борьбы с этим эффектом является тщательная экранировка.

В-третьих, может иметь место эффект влияния изменения частоты питающего систему возбуждения магнитного поля тока. Компенсируют этот эффект установкой специальных стабилизирующих устройств, что усложняет измерительные схемы и уменьшает надёжность приборов.

Тем не менее, электромагнитные расходомеры имеют ряд преимуществ, которые обуславливают широкое применение этого класса приборов.

Важное преимущество электромагнитных расходомеров состоит в том, что принцип их работы и регистрация сигнала являются электрическими. Их можно без дополнительных преобразователей подсоединить к электрическим системам, предназначенным для измерений и автоматического регулирования. По этой же причине электромагнитные расходомеры применимы для дистанционной регистрации сигнала (хотя в случае плохой проводимости жидкости длина проводников, соединяющих расходомер с измерительным устройством, должна быть ограничена).

Электромагнитные расходомеры, поскольку в их основе лежат электрические явления, малоинерционны и позволяют изучать неустановившиеся течения даже при весьма высоких частотах изменения скорости.

Универсальность электромагнитного метода измерения обуславливается также и широкими функциональными возможностями, которые разрешают создать безынерционный измеритель с линейной градуированной характеристикой, характер которой не зависит от физико-химических свойств измеряемой среды.

Большинство электромагнитных расходомеров имеет каналы, обеспечивающие беспрепятственное течение жидкости. В электромагнитных расходомерах отсутствуют дренажные или другие отверстия, в которых могло бы накопиться твердое вещество, что привело бы к дополнительным трудностям, связанным с очисткой. В расходомерах круглого сечения с поперечным магнитным полем концентрическое отложение твердой фазы на стенках не оказывает влияния па показания прибора, если только твердое вещество и жидкость имеют одинаковую электропроводность.

Отмеченные преимущества и обеспечили достаточно широкое распространение электромагнитных расходомеров, несмотря на их относительную конструктивную сложность и необходимость тщательного каждодневного технического ухода (подрегулировка нуля, поднастройка и т.п.).

12 стр., 5857 слов

«Технические измерения и приборы» : «Расчет сужающего устройства» » Мы с АГНИ

... счетчиков газа, нефтепродуктов и других жидкостей. Среди разнообразных приборов, основанных на различных физических явлениях, чаще других применяют электромагнитные расходомеры для измерения расхода электропроводных жидкостей и ультразвуковые (разновидность акустических) для измерения жидкостей и частично газа. ...

Следует иметь в виду, что повышение точности измерения расходомеров с поперечным магнитным полем ограниченно по ряду причин. В первую очередь на точность измерения оказывает значительное влияние вид распределения скоростей потока в сечении трубопровода расходомера. Создание специального распределения магнитного поля приводит к значительному усложнению конструкции расходомера, увеличению габаритных размеров и повышению рыночной себестоимости устройства. Магнитная система расходомера должна иметь значительные размеры для исключения влияния концевых эффектов. Конструкция расходомера с поперечным полем должна быть выполнена с высокой точностью, так как такие дефекты как эллиптичность канала могут приводить к значительным погрешностям. Другим важным моментом является точность установки измерительных электродов, которая также определяет стабильность и точность показаний всего устройства. Такой принцип измерения требует применения специальных немагнитных токонепроводящих материалов для трубопровода расходомера.

Для больших диаметров труб разработаны расходомеры с электромагнитными преобразователями скорости. Они обладают высокими метрологическими характеристиками и малой стоимостью по сравнению с традиционными электромагнитными расходомерами, что становится заметнее по мере увеличения диаметра трубы, расход в которой измеряется; они не имеют подвижных механических частей, чем обуславливается высокая надежность прибора.

В трубопровод в месте нахождения средней скорости вводится пустотелый обтекатель, в котором размещены обмотки возбуждения магнитного поля и электроды. При использовании одного зонда измеряется локальная скорость потока в точке 0,777 R 0 , в которой скорость равна средней по сечению тубы. При использовании трех зондов скорость измеряется по методу «площадь-скорость-градиент» и достигаются меньшие показатели погрешности расходомера. Погрешность зондовых преобразований обычно находится в пределах ±(1,5-4,0) %.

Измерения жидкости в реальных производственных условиях сложны и имеет много нюансов, отработка методике и навыков работы с приборами учета и расхода воды лучше проводить на лабораторных стендах. Поэтому мы изготовили негабаритную проливную установку, для отработке методике и навков работы с приборами учета и расхода воды.

В различных отраслях промышленности возникает необходимость в измерении расхода воды и иных жидкостей. Номенклатура применяемых приборов учета объемного расхода жидкостей достаточно велика как за счет освоения производства расходомеров отечественными производителями, так и за счет поставок из-за рубежа. Предприятия — производители выпускают приборы самых разных типов и по принципу действия, и по метрологическим характеристикам, и по надежности, и по функциональным возможностям, и по стоимости.

Одна из проблем, возникающих при эксплуатации технологических расходомеров — проведение периодической поверки для подтверждения характеристик приборов требованиям установленных норм точности. Метрологическая база для обслуживания расходомеров в регионах чаще всего отсутствует или морально и физически устарела и требует совершенствования. Существующие поверочные установки имеют низкий класс точности, невысокую производительность, не всегда позволяют провести поверку приборов, предназначенных для использования в составе информационно-измерительных систем.

21 стр., 10027 слов

Контрольно измерительные приборы

... значение. При этом условии термо-ЭДС термоэ­лектрического термометра, а значит, и показания измерительного прибора будут зависеть только от температуры рабочего конца 2. Фактически свободный конец ... штуцера под кабель и штуцер для крепления оправы; 14 - изоляторы Вторичными измерительными приборами для термопреобразо­вателей сопротивления служат такие же нормирующие усилители и аналого- ...

При большом количестве приборов различных типов их поверка становится настолько трудоемкой, что неизбежно возникает вопрос о повышении эффективности поверочных работ и обеспечении достоверности результатов поверки. Исходя из этого в последние годы рядом предприятий организовано производство проливных установок с различным уровнем автоматизации. В процессе эксплуатации таких установок неизбежно возникают вопросы, связанные с конструкцией установки, ее применимостью для поверки самых различных типов приборов.

Проливная установка — устройство (эталон), предназначенное для поверки и регулировки счетчиков жидкости. По принципу действия установки могут быть объемные и объемно-весовые, по назначению — производственные и сервисные. Как любое средство измерения, проливная установка должна иметь сертификат, должна быть внесена в Госреестр средств измерений (как серийное или единичное изделие), иметь действующее свидетельство о поверке. Общие требования к проливным установках определены в работах:

1) универсальность. Большая номенклатура эксплуатируемых расходомеров приводит к необходимости контролировать следующие типы выходных сигналов: 0-10 В, 0(4)-5 (20) мА, 0-20000 Гц, RS 232 (485), «сухой контакт», «звездочка»; должна быть предусмотрена возможность визуального снятия показаний с счетчиков старых серий и ручной ввод их с клавиатуры компьютера; режимы «старт-стоп»;

2) оптимальный уровень автоматизации. Ручные операции должны быть сведены к установке первичного датчика на рабочий стол, подключению его выходных цепей к входным цепям установки;

3) для исключения несанкционированного вмешательства в работу требуется создание различных уровней доступа к программному обеспечению установки — наличие паролей изготовителя, поверителя;

4) в целях обеспечения безопасности персонала необходимо предусмотреть устройства для сигнализации об аварийных ситуациях, наличие устройств защитного отключения;

5) металлоконструкции установок следует выполнять из коррозионностойких материалов. Это требование обусловлено наличием в датчиках проверяемых расходомеров остатков технологических жидкостей, приводящих к ускоренной коррозии металлоконструкций установки;

6) в установках должны быть предусмотрена встроенная постоянно действующая система водоочистки для устранения из воды различных примесей;

7) применение экономичных малошумящих циркуляционных насосов. Использование насосов общепромышленного исполнения недопустимо из-за создаваемого ими высокого уровня шума и вибрации, недопустимых в поверочных лабораториях;

8) применение эталонных приборов высокого класса точности;

9) использование преобразователей частоты со встроенными фильтрами радиопомех и сетевыми дросселями для минимизации влияния электромагнитных помех на поверяемые приборы и элементы поверочной установки. Применение преобразователей частоты позволяет также решить еще одну проблему — исключить пульсации расхода жидкости, генерируемые насосами;

10) должна быть предусмотрена поверка всех встроенных эталонных средств измерений без их демонтажа с мест эксплуатации;

11) широкое распространение массовых расходомеров класса точности 0,15 % требует, чтобы класс точности установок был не хуже 0,05 %;

12 стр., 5871 слов

Поверка амперметра и вольтметра

... т.п. К показывающим измерительным приборам непосредственной оценки относятся манометры, динамометры, барометры, амперметры, вольтметры, ваттметры, фазометры, расходомеры, тягомеры, напоромеры, жидкостные ... измерений метрология поверка амперметр вольтметр При измерениях используют разнообразные методы (ГОСТ 16263--70), представляющие собой совокупность приемов использования различных физических ...

12) наиболее целесообразно иметь два способа поверки — объемный и массовый. Массовый метод (статического взвешивания) позволяет добиться более высокого класса точности. Применение объемного метода поверки сличением показаний поверяемого и эталонного расходомера позволяет значительно уменьшить затраты времени на поверку, при этом для поверки самих эталонных расходомеров можно использовать встроенные в установку весы;

13) необходимо предусмотреть систему контроля наличия утечек воды из гидравлического тракта;

14) возможность обеспечения в гидравлическом тракте установки давления, предусмотренного методиками поверки на проливаемые расходомеры;

15) система деаэрации должна обеспечивать отделение воздуха, его удаление из гидравлического тракта;

16) установки должны быть блочными (изготовлены в заводских условиях) и транспортабельны для обеспечения возможности перевозки к заказчику любым видом транспорта;

17) важным требованием является компактность установки для исключения значительных затрат на строительство новых помещений;

18) кроме необходимых технических характеристик проливная установка должна иметь современный дизайн и обеспечивать персоналу комфортные условия для работы.

Рис.1. Установка ВПУ с одним рабочим столом.

Установки предназначены для настройки, градуировки, калибровки, юстировки, поверки и других работ по определению метрологических и технических характеристик расходомеров, расходомеров-счетчиков жидкости, преобразователей расхода различного назначения.

Рис.2. Установка ВПУ с двумя рабочими столами.

Многолетний опыт работ позволил создать унифицированные установки для поверки приборов самых различных конструкций — по строительным длинам первичных преобразователей приборов;

  • по требованиям к прямым участкам при выполнении поверочных работ;
  • по конструкции присоединителей (фланец, сэндвич, резьба);
  • по количеству и величинам поверочных расходов;
  • по объемам проливаемой жидкости на каждом поверочном расходе;
  • по количеству проливок на каждом поверочном расходе;
  • по типам выходных сигналов поверяемых расходомеров;
  • по алгоритмам обработки результатов проливок.

В качестве первоначальной информации для составления проекта технического задания необходимо иметь данные о парке приборов, которые планируются к поверке:

  • типы приборов;
  • типоразмеры (диаметры условного прохода, в мм);
  • паспортные диапазоны расходов (минимальный и максимальный, в м3/ч);
  • паспортные погрешности приборов;
  • типы присоединений приборов (фланцы, сэндвич, резьба);

— особые требования, предъявляемые к поверке приборов (увеличенные длины прямых участков, повышенное давление в измерительном тракте) и др. Для «привязки» к существующему помещению необходимы данные о помещении, в котором предполагается размещение установки: — длина, ширина, высота, габариты оконных и дверных проемов.