Измерение расхода с учетом перепада давления

ВВЕДЕНИЕ

    МЕТРОЛОГИЯ - наука об измерениях, методах и  средствах обеспечения 

их единства и способах достижения требуемой  точности.

    Нет ни одной области практической деятельности человека, где можно было бы обойтись без количественных оценок, получаемых в результате измерений.

    В настоящее время различают теоретическую  метрологию, рассматривающую общие  теоретические проблемы измерений, историческую метрологию, курс которой  читается в Историко-архивном институте, законодательную метрологию, охватывающую комплексы взаимосвязанных общих  правил, требований и норм, а также  другие вопросы, нуждающиеся в регламентации  и контроле со стороны государства, и, наконец, прикладную метрологию, занимающуюся вопросами практического применения методов и средств измерений.

    Метрология  приобретает все большее значение в повышении эффективности производства, технического уровня и качества продукции. Поэтому вопросами развития метрологии, совершенствованию деятельности метрологических  организации и служб должно уделяться  самое пристальное внимание руководителями производственных предприятий, научно производственных объединений и  научно исследовательских институтов.

    Решение вопросов метрологического обеспечения  дает наибольший эффект и требует  при этом наименьших затрат тогда, когда  осуществляется на начальных этапах создания новых видов продукции, разработки и освоения технологических  процессов, организации производства.

    Государственный метрологический контроль включает:

·   утверждение типа средств измерений;

·   поверку средств измерений;

· лицензирование деятельности юридических и физических лиц по изготовлению, ремонту, продаже и прокату средств измерений. (Федеральный закон "О лицензировании отдельных видов деятельности).

    Государственный метрологический надзор осуществляется:

·- за выпуском, состоянием и применением средств измерений, аттестованными методиками выполнения измерений, эталонами единиц величин, соблюдением метрологических правил и норм;

·- за количеством  товаров, отчуждаемых при совершении торговых операций;

·- за количеством  фасованных товаров в упаковках  любого вида при их расфасовке и  продаж.

    Измерение – познавательный процесс, под которым  понимается получение информации о  количественном значении исследуемой  физической величины.

    Основные  термины и определения в метрологии устанавливает ГОСТ 16263-70, где записано, что метрология – это наука  об измерениях, методах и средствах  обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности. В  соответствии с этим стандартом измерение  – это определение значение физической величины опытным путём при помощи специальных технических средств. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Анализ  объекта исследований

    Измерение расхода и массы веществ (жидких, газообразных, сыпучих, твердых, паров  и т. п.) в химических производствах  широко применяется как в товароучетных  и отчетных операциях, так и при  контроле, регулировании и управлении технологическими процессами.

    Расход  вещества - это масса или объем  вещества, проходящего через данное сечение канала средства измерения  расхода в единицу времени. 

    Количество  вещества может выражаться величиной массы, величиной индивидуальной массы (количеством молей) и величиной объема. Соответственно, различают массовый расход, мольный расход и объемный расход.  
     Массовый расход (mass discharge) - это масса вещества, проходящего через поперечное сечение потока в единицу времени:

    m_t = m : t, где                                                                                         (1.1.)

    где m - массовое количество вещества в кг, расходуемое за время t в c (секунды),

    m_t - массовый расход вещества в кг/с.  
     Мольный расход (mole discharge) - это мольное количество вещества, проходящего через поперечное сечение потока в единицу времени:

    ν_t = ν : t, где                                                                                              (1.2.)

      где ν - мольное количество вещества в кмоль, расходуемое за время t в c,

    ν_t - объемный расход вещества в кмоль³/с.  
     Объемный расход (volumetric discharge) - это объем вещества, проходящего через поперечное сечение потока в единицу времени:

      V_t = V : t,  где                                                                                       (1.3.)

  V - объемное количество вещества в м³, расходуемое за время t в c,     V_t - объемный расход вещества в м³/с.  
 

1. Методы  измерения расхода 

    Для измерения расхода жидкостей  и газов можно назвать пять основных методов: объемный, скоростной, дроссельный, индукционный и обтекания. Другие методы не нашли широкого распространения и поэтому в настоящей книге не освещаются.

    1. Сущность объемного метода заключается в суммировании отмеренных в единицу времени объемов жидкости.

    2. Скоростной метод основан на измерении соответствующей расходу скорости протекания жидкости по трубопроводу.

    3. Дроссельный метод является развитием скоростного и состоит в измерении перепада давления, создаваемого дроссельным устройством при движении вещества в трубопроводе. Перепад давления пропорционален изменению скорости.

    4. Индукционный метод основан на измерении э. д. с. индуктируемой потоком электропроводной жидкости. Значения э. д. с. пропорциональны скорости потока жидкости в трубопроводе, и следовательно, ее расходу.

    5. Метод обтекания основан на измерении вертикального перемещения поплавка в зависимости от расхода вещества, обтекающего поплавок в камере прибора. Каждому значению расхода соответствует определенное положение поплавка: чем больше расход, тем выше расположен поплавок.

    Перечисленные методы измерения расхода определители конструкции измерительных приборов и области их применения.

    Расход  вещества измеряется с помощью расходомеров, представляющих собой средства измерений  или измерительные приборы расхода.

    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. 

    Рассмотрим  в кратце принципиальные схемы расходомеров.

    Объемные  расходомеры применяют преимущественно  для измерения расхода вязких жидкостей (жирные кислоты, мазуты, масла и другие нефтепродукты). Измеряющим органом прибора являются калиброванные камеры, устанавливаемые в рассечку трубопровода. Прибор объемов, вытесненных из измерительных камер под действием разности давлений среды до и после камеры. На этом принципе устроены мазутомеры, бензомеры.

    Работа  прибора основана на том, что давление измеряемой среды до камеры выше давления после камеры в результате сопротивления самих камер и подводящих трубопроводов. Расходомер начинает отсчет после того, как открыт установленный перед ним запорный орган. При этом среда через впускной клапан поступает в камеру и толкает поршень вверх; поршень камеры опускается, так как штоки поршней связаны общим коромыслом. Выпускной клапан камеры закрывается, поэтому нагнетаемая среда в нее не проникает, а идет к потребителю. В следующий такт происходит обратное, а именно: среда поршнем вытесняется из камеры, а поршень камеры опускается; среда через выпускной клапан камеры поступает к потребителю. Стрелка счетчика перемещается шагами, отсчитывая расход нарастающим итогом.

    Скоростные  расходомеры служат для измерения  расхода и масел и называются, поэтому водо- и масломерами. Измерительный орган скоростного расходомера — крыльчатка помещается в поток измеряемой жидкости. Прибор отсчитывает число оборотов крыльчатки в единицу времени.

    Дроссельные расходомеры применяют для измерения  расхода всевозможных жидкостей, паров и газов. дроссельный расходомер состоит из двух частей: дросселя, устанавливаемого непосредственно в трубопровод с измеряемой средой, и дифманометра, место которого определяется эксплуатационной целесообразность . Дроссель — сужающее устройство создает перепад давления измеряемой среды. С помощью соединительных линий сужающее устройство соединяется с дифманометром, который и фиксирует изменения перепада давлений, соответствующие расходу.

    Индукционные  расходомеры применяют для измерения  расхода электропроводных агрессивных, вязких, абразивных жидкостей, пульп и жидких металлов. Измерительным органом служит трубопровод-датчик с введенными в него электродами-съемниками, передающими на усилитель индуктируемую потоком э. д. с. В основу работы прибора положен закон электромагнитной индукции. Трубопровод-датчик выполнен из немагнитного материала , внутренняя его поверхность изолирована. Ток , проходящий через индукционную катушку, создает внутри датчика магнитное поле. Измеряемая жидкость, протекая по трубе , пересекает силовые линии магнитного поля. При этом в жидкости, как в движущемся проводнике, индуктируется э. д. с., пропорциональная средней скорости потока, а следовательно, и расходу жидкости. Электроды расположенные диаметрально противоположно, снимают эту э. д. с. , которая усиливается и измеряется .

    Расходомеры обтекания — ротаметры применяются  для измерения небольших расходов ряда жидких и газообразных сред. Измерительным  органом является поплавок, вертикальное положение которого определяется значением  расхода. Противодействующей силой  является вес поплавка. Положение  поплавка отсчитывают по шкале. Для  дистанционной передачи служит индукционная катушка, к которой присоединяют выносной прибор. Показания этого  прибора определяются положением поплавка благодаря тому, что сердечник  индукционной катушки связан со штоком поплавка.

Перепад давления среды до и после поплавка практически постоянен. Поэтому ротаметры называют расходомерами постоянного перепада. В первых конструкциях деталь, замененная впоследствии поплавком, вращалась и ее называли ротором, откуда и происходит название прибора.

Объемные, скоростные, индукционные приборы и расходомеры обтекания имеют простое фланцевое присоединение к трубопроводам, и поэтому не требуют описания технологии их монтажа.

    Требования  к современному расходомеру:

• - высокая надежность работы;
• - высокий класс точности;
• - возможность замены без изменения режима работы трубопровода;
• - низкая трудоемкость при эксплуатации, техническом обслуживании и ремонте;
• - токовый и цифровой выходные сигналы;
• - большой межповерочный интервал.

 

    Многие  расходомеры предназначены не только для измерения расхода, но и для  измерения массы или объема вещества, проходящего через средство измерения  в течение любого, произвольно  взятого промежутка времени. В этом случае они называются расходомерами  со счетчиками или просто счетчиками. Масса или объем вещества, прошедшего через счетчик, определяется по разности двух последовательных во времени показаний  отсчетного устройства или интегратора. По принципу действия разделяются на следующие основные группы: переменного  перепада давления; обтекания - постоянного  перепада давления; тахометрические; электромагнитные; переменного уровня; тепловые; вихревые; акустические. Кроме того, известны расходомеры, основанные на других принципах  действия: резонансные, оптические, ионизационные, меточные и др. Однако многие из них  находятся в стадии разработки и  широкого применения пока не получили.