Жидкое состояние вещества

Расходомеры переменного перепада давлений

Действие  этих расходомеров основано на возникновении  перепада давлений на сужающем устройстве в трубопроводе при движении через  него потока жидкости или газа. При  изменении расхода Q величина этого  перепада давлений ?р также изменяется.

Для некоторых сужающих устройств  как преобразователей расхода в  перепад давлений коэффициент передачи определен экспериментально и его  значения сведены в специальные  таблицы. Такие сужающие устройства называются стандартными.

Наиболее  простым и распространенным сужающим устройством является диафрагма  Стандартная диафрагма представляет собой тонкий диск с круглым отверстием в центре. От стойкости диафрагмы  и особенно входной кромки отверстия  существенно зависит ее коэффициент  передачи. Поэтому диафрагмы изготовляют  из материалов, химически стойких  к измеряемой среде и устойчивых против механического износа. Кроме  диафрагмы в качестве стандартных  сужающих устройств применяют также  сопло Вентури, трубу Вентури, которые создают меньшее гидравлическое сопротивление в трубопроводе.

Сужающее  устройство расходомера переменного  перепада давлений является первичным  преобразователем, в котором расход преобразуется в перепад давлений.

Промежуточными  преобразователями для расходомеров переменного перепада давлений служат дифманометры. Дифманометры связаны  с сужающим устройством импульсными  трубками и устанавливаются в  непосредственной близости от него. Поэтому  в расходомерах переменного перепада давлений обычно используют дифманометры, снабженные промежуточным преобразователем для передачи результатов измерений  на щит оператора (например, мембранные дифманометры ДМ).

Так же как при измерении давления и  уровня, для защиты дифманометров  от агрессивного воздействия измеряемой среды применяют разделительные сосуды и мембранные разделители.

Особенностью  первичных преобразователей расходомеров переменного перепада давлений является квадратичная зависимость перепада давлений от величины расхода. Чтобы  показания измерительного прибора  расходомера линейно зависели от расхода, в измерительную цепь расходомеров переменного перепада давлений вводят линеаризующий преобразователь. Таким  преобразователем служит, например, блок линеаризации в промежуточном преобразователе  НП-ПЗ. При непосредственной связи  дифманометра с измерительным прибором (например, КСД) линеаризация производится в самом приборе с помощью  лекала с квадратичной характеристикой.

Расходомеры постоянного перепада давлений

Расход жидкости или газа можно  измерять и при постоянном перепаде давлений. Для сохранения постоянного  перепада давлений при изменении  расхода через сужающее устройство необходимо автоматически изменять площадь его проходного сечения. Наиболее простой способ — автоматическое изменение площади проходного сечения  в ротаметре.

Ротаметр  представляет собой вертикальную конусную трубку, в которой находится поплавок. Измеряемый поток Q проходя через  ротаметр снизу вверх, создает перепад  давлений до и после поплавка. Этот перепад давлений, в свою очередь  создает подъемную силу, которая  уравновешивает вес поплавка.

Если  расход через ротаметр изменится, то изменится и перепад давлений. Это приведет к изменению подъемной  силы и, следовательно, к нарушению  равновесия поплавка. Поплавок начнет перемешаться. А так как трубка ротаметра конусная, то при этом будет изменяться площадь проходного сечения в зазоре между поплавком  и трубкой, в результате произойдет изменение перепада давлений, а следовательно, и подъемной силы. Когда перепад  давлений и подъемная сила снова  вернутся к прежним значениям, поплавок уравновесится и остановится.

Таким образом, каждому значению расхода  через ротаметр Q соответствует определенное положение поплавка. Так как для  конусной трубки площадь кольцевого зазора между ней и поплавком  пропорциональна высоте его подъема, то шкала ротаметра получается равномерной.

Промышленность выпускает ротаметры  со стеклянными и металлическими трубками. У ротаметров со стеклянной трубкой шкала нанесена прямо  на поверхности трубки. Для дистанционного измерения положения поплавка в  металлической трубке используют промежуточные  преобразователи линейного перемещения  в унифицированный электрический  или пневматический сигнал.

В ротаметрах с электрическим выходным сигналом вместе с поплавком перемещается плунжер дифференциально-трансформаторного  преобразователя. В ротаметрах с  пневматическим выходным сигналом для  передачи положения поплавка преобразователю  используется магнитная муфта. Она  состоит из двух постоянных магнитов. Один — сдвоенный — перемещается вместе с поплавком, другой, укрепленный  на рычаге преобразователя перемещения  в давление сжатого воздуха, двигается  вместе с рычагом вслед за первым магнитом.

Выпускаются также ротаметры для измерения  расхода сильноагрессивных сред. Ротаметры снабжены рубашкой для  парового обогрева. Они предназначены  для измерения расхода кристаллизующихся  сред.

Расходомеры переменного уровня

Из гидравлики известно, что если жидкость свободно вытекает через отверстие в дне  бака, то ее расход Q и уровень в  баке Н связаны между собой. Следовательно, по уровню в баке можно судить о  расходе из него.

На этом принципе основано действие расходомеров переменного уровня. Очевидно, что  роль первичного преобразователя здесь  выполняет сам бак с отверстием в дне. Выходной сигнал такого преобразователя  — уровень в баке. Поэтому промежуточным  преобразователем измерительной цепи расходомера переменного уровня может служить любой из рассмотренных уровнемеров.

Расходомеры переменного уровня обычно используют для измерения расхода агрессивных  и загрязненных жидкостей при  сливе их в емкости, находящиеся  под атмосферным давлением.

Электромагнитные  расходомеры

Действие электромагнитных расходомеров основано на законе электромагнитной индукции, согласно которому в проводнике, движущемся в магнитном поле, будет  наводиться э. д. с, пропорциональная скорости движения проводника. В электромагнитных расходомерах роль проводника выполняет  электропроводная жидкость, протекающая  по трубопроводу 1 и пересекающая магнитное  поле 3 электромагнита 2. При этом в  жидкости будет наводиться э. д. с. U, пропорциональная скорости ее движения, т. е. расходу жидкости.

Выходной  сигнал такого первичного преобразователя  снимается двумя изолированными электродами 4 и 6, установленными в  стенке трубопровода. Участок трубопровода по обе стороны от электродов покрывают  электроизоляцией 7, чтобы исключить  шунтирование наводимой э. д. с. через  жидкость и стенку трубопровода.

Степень агрессивности измеряемых сред для  электромагнитных расходомеров определяется материалом изоляции трубы и электродов первичного преобразователя. В расходомерах для этой цели используют резину, кислотостойкую эмаль и фторопласт. Наиболее стойким  к воздействию агрессивных сред является расходомер с фторопластовым изоляционным покрытием и электродами  из графитизированного фторопласта.

В процессе эксплуатации расходомеров периодически, не реже одного раза в неделю должны проверяться нуль и градуировка  прибора. Для проверки первичный  преобразователь заполняют измеряемой жидкостью. После этого переключатель  режима работы на передней панели измерительного блока переводят в положение  «Измерение» и потенциометром «Нуль» стрелку измерительного прибора  устанавливают на нулевую отметку. При переводе переключателя в  положение «Калибровка» стрелка  прибора должна остановиться на отметке 100%. В противном случае стрелку  выводят на эту отметку потенциометром «Калибровка».

Отличительная особенность электромагнитных расходомеров- отсутствие дополнительных потерь давления на участке . измерения. Это объясняется  отсутствием деталей, выступающих  внутрь трубы. Особенно ценным свойством  таких расходомеров в отличие  от расходомеров других типов является возможность измерения расхода  агрессивных, абразивных и вязких жидкостей  и пульп.

Ультразвуковые  расходомеры

Действие  этих расходомеров основано на сложении скорости распространения ультразвука  в жидкости и скорости самого потока жидкости. Излучатель и приемник ультразвуковых импульсов расходомера располагают  на торцах измерительного участка трубопровода. Электронный блок содержит генератор  импульсов и измеритель времени  прохождения импульсом расстояния между излучателем и приемником.

Перед началом эксплуатации расходомер заполняют  жидкостью, расход которой будут  измерять, и определяют время прохождения  импульсом этого расстояния в  стоячей среде. При движении потока его скорость будет складываться со скоростью ультразвука, что приведет к уменьшению времени пробега  импульса. Это время, преобразуемое  в блоке в унифицированный  токовый сигнал, будет тем меньше, чем больше скорость потока, т. е, чем  больше его расход Q.

Ультразвуковые  расходомеры обладают теми же достоинствами, что и электромагнитные, и, кроме  того, могут измерять расход неэлектропроводных жидкостей.

Вихревые  расходомеры

Действие  таких расходомеров основано на явлении  возникновения вихрей при встрече  потока с телом необтекаемой формы. При работе расходомера вихри  отрываются поочередно от противоположных  сторон тела, расположенного поперек  движения потока. Частота отрыва вихрей прямо пропорциональна скорости потока, т. е. его объемному расходу Q. В месте завихрения скорость потока увеличивается, давление уменьшается. Поэтому частоту образования  вихрей можно измерять, например, манометром, электрический выходной сигнал которого подают на частотомер.  
 

Тепловые  расходомеры 

Тепловой расходомер состоит из нагревателя 1 и двух датчиков температуры 2 и 3, которые устанавливаются снаружи  трубки 4 с измеряемым потоком. При  постоянной мощности нагревателя количество тепла, забираемое от него потоком, будет  также постоянным. Поэтому с увеличением  расхода Q нагрев потока будет уменьшаться, что определяется по разности температур, измеряемой термодатчиками 3 и 2. Для  измерения больших расходов измеряют не весь поток Q, а лишь его часть Q1, которую пропускают по трубке 4. Эта  трубка шунтирует участок трубопровода 5, снабженный дросселем 6. Проходное  сечение дросселя определяет верхнюю  границу диапазона измеряемых расходов: чем больше это сечение, тем большие  расходы можно измерять (при той  же мощности нагревателя).

Турбинные расходомеры

В таких  расходомерах измеряемый поток приводит в движение турбинку, вращающуюся  в подшипниках. Скорость вращения турбинки пропорциональна скорости потока, т. е. расходу Q. Для измерения скорости вращения турбинки ее корпус изготавливают  из немагнитного материала. Снаружи  корпуса устанавливают дифференциально-трансформаторный преобразователь, а у одной из лопастей турбинки делают кромку из ферромагнитного  материала. При прохождении этой лопасти мимо преобразователя меняется его индуктивное сопротивление  и с частотой пропорциональной расходу Q изменяется напряжение на вторичных  обмотках U_вых. Измерительным прибором такого расходомера является частотомер, измеряющий частоту изменения напряжения.

Скоростные  счетчики

Эти счетчики аналогичны по устройству турбинным  расходомерам. Разница между ними заключается в том, что в расходомерах измеряется скорость вращения турбинки, а в счетчиках — число ее оборотов, которое затем пересчитывается  на количество жидкости, прошедшее  через счетчик за интересующий нас  интервал времени, например, за месяц.