Измерение расхода с учетом перепада давления

    Из  всех  вышеперечисленных приборов  наибольшее применение получили ротаметры.

    Ротаметр.

    Ротаметр  состоит из двух основных элементов: поплавка специальной формы  и стеклянной конической трубки. Длина последней может быть от 70 до 600 мм, а диаметр  1,5-100 мм.  На трубку наносится  шкала (в соответствии с измеряемой средой). Такие расходомеры применяют для сред с максимальной  температурой 150°С  и давлением не выше 0,5-0,6 МПа.

    Ротаметры имеют ряд преимуществ:

1. Удобство  при измерении малых расходах  газов и жидкостей;
2. Достаточно высокая надежность в работе;
3. Равномерность шкалы и широкий диапазон измерений;
4. Для изготовления не требуются сложные технологии или дорогие материалы.

    В то же время ротаметры имеют ряд  существенных недостатков:

невозможность измерения расхода при большом  давлении; отсутствие дистанционной  передачи измеренных данных; привязка ротаметра к точке измерения  расхода (потока); невозможность применения при относительно больших расходах вещества;невозможность записи показаний;ротаметр должен располагаться вертикально;в  большинстве случаев протекающее  вещество должно быть прозрачным.

    Принцип действия ротаметра

    

Рис.8. Ротаметр

1 – труба, 2 – шкала, 3 - поплавок

    Жидкость  движется вверх по трубе 1, вынуждает  поплавок 3 подняться на определенную высоту и образовать кольцевой зазор между ним и стенками трубы так, чтобы силы, действующие на поплавок, уравновесились. Следовательно, положение поплавка ротаметра соответствует определенной величине расхода, которую можно определить по шкале 2. В основном, на поплавок действуют три силы: постоянная сила гравитации G; выталкивающая сила А (постоянна, если плотность жидкости тоже постоянная величина, согласно закону Архимеда); сила S, динамический напор потока, воздействующий на поплавок.

    Сумма этих трех мил уравновешивается весом  поплавка.

Рис.9. Формы поплавков

    Поплавки  ротаметра выполняют разных форм. Они  бывают  в виде:  конуса, цилиндра, сферы, катушки, диска  и др.

    На  рисунке показана стандартная форма  поплавка. Можно выделить три его  основные  части:  дисковый верх, цилиндр и конусная  нижняя часть.   

    Недостаток  такого поплавка – сильная зависимость  градуировочной характеристики  от вязкости вещества. Для того  чтобы уменьшить эту зависимость цилиндрическую часть делают диаметром 0,6-0,7 от диаметра верхнего диска, а  так же уменьшают высоту последнего. На сегодняшний день, чаще применяют поплавки катушечной формы (рис. 9 в), так как у них градуировочная шкала более равномерна и менее  зависима  от вязкости вещества.  Еще сильнее влияние вязкости устраняется, если форма поплавка дисковая или тарельчатая. Но, обычно, вес таких поплавков очень мал. Чтобы убрать этот недостаток можно увеличить цилиндрическую часть поплавка или подвесить дополнительный груз к стержню.

    Ротаметры оснащают направляющими стержнями (штоками, кольцами),  что бы предотвратить перекос поплавка и трение о стенку ротаметрической трубки. Применение направляющих любого типа усложняют конструкцию. При малых расходах в ротаметрах иногда используют шариковые поплавки.

Если  в измеряемом веществе находятся  механические примеси, кормовую часть  поплавка делают с уклоном 10-15°.

    Поплавки  ротаметров делают из титана, алюминиевых  сплавов, нержавеющей стали, фторопласта, пластмасс и т.д.

    Измерительная коническая трубка изготовляется из химически устойчивых и термостойких веществ (боросиликатное стекло).

    Иногда  применяется ротаметры с металлической  конусной трубкой. В этом случае поплавок связан с хвостиком-указателем или  передает данные дистанционно.  Ротаметры с дистанционной передачей встречаются редко, такую передачу удобнее применять в поплавковых расходомерах постоянного перепада.

Рис.10. Устройство ротаметра

1. верхний патрубок, 2- нижний патрубок, 3- болтовые стержни,

4-накидные  гайки, 5-сальный уплотнитель, 6- стеклянная  трубка, 7 – поплавок, 8- верхний упор, 9-нижний упор) 

    Коническая  стеклянная трубка, с помощью сальников  и накидных гаек,  укреплена в  патрубках, соединенных друг с другом болтовыми стержнями. Чтобы ограничить ход поплавка на основания  конической трубки  устанавливают   специальные упоры.

    При повышенных давлениях иногда используют  ротаметры в металлическом кожухе. Их поплавок снабжен хвостиком-указателем, который движется в кармане, имеющем прорезь, закрытую толстостенным стеклом. Иногда стеклянную трубку маленького ротаметра помещают внутрь цилиндрической трубки  с толстыми стенками из органического стекла, а пространство между трубками соединяют с измеряемой средой. Тогда можно измерять расход при высоких давлениях (до 6 МПа).

    Ротаметры со стеклянными трубками могут измерять  расходы воды от 3 см3/ч и воздуха – от 120 см3/ч, а металлические ротаметры с дистанционной передачей расхода воды от  30 см3/ч и воздуха – от  1,8 л/ч. Предельные давления 35 МПа, предельные температуры 450 °С.

    Для измерения малых расходов можно  применять ротаметр с конической трубкой расширяющейся вниз, а  не вверх. Поток поступает сверху и давит на поплавок, плотность  материя которого меньше плотности  жидкости. Сила Архимеда уравновешивает давление  потока и вес поплавка.

    При установке и эксплуатации ротаметров необходимо соблюдать определенные условия:

• обеспечить строго вертикальное положение конусной трубки ротаметра, при наклоне оси к вертикали возрастает неточность в измерении расхода вещества, наклон угла в 3° увеличивает погрешность на 1,5-3,5%;
• необходимо также учитывать, что плотность газа меняется при изменении давления, а при изменении температуры изменяется плотность и газа, и жидкости;
• следует иметь прямые участки трубопровода до ротаметра (> 10D) и после ротаметра (1\2 - 5D) ротаметра;
• при эксплуатации ротаметров возможно возникновение пульсаций поплавка под воздействием сил инерции и сил упругости. Такие колебания поплавка сильно затрудняют объективное измерение расхода по шкале ротаметра;
• для контроля точности измерения большие предприятия имеют поверочные расходомерные установки.

    Поплавковые расходомеры

    Принцип действия этих  расходомеров такой  же, как у  ротаметров. Отличия есть только в конструктивном исполнении. У них нет стеклянной конической трубки, ход поплавка небольшой, и внешняя форма другая. 

    

    Рис.11. Структурная схема поплавкового расходомера.

    Поршневые (золотниковые) расходомеры — третья группа расходомеров постоянного перепада давления, в которых роль поплавка выполняет перемещающийся во втулке поршень. Измеряемое вещество поступает в расходомер, приподнимает поршень и выходит  через прорезь или окно во втулке. Поршень поднимается в зависимости от величины расхода вещества, открывая во втулке все большую часть окна. Чем больше расход, тем выше поднимается поршень. Перепад  давления на поршне остается постоянным. Можно выбрать форму прорези таким образом, чтобы получить нужную зависимость между перемещением поршня и расходом измеряемой среды (например, линейную).

    

    Рис.12. Структурная схема поршневого расходомера.

    Преимущества  поршневых расходомеров:

• способность измерения среды, имеющей механические примеси
• возможность изменения предела измерения через изменение действующей на поршень массы груза

 

2. Измерительные устройства для определения  расхода по перепаду давления

 

1. Расходомеры переменного перепада давления

 

     Расходомеры на базе компактных диафрагм Rosemount 3051SFC и 3095MFC

     Расходомеры на базе диафрагм Rosemount серии 405 предназначены  для измерения расхода жидкостей, газов, пара и передачи полученной информации для технологических целей и  учетно-расчетных операций.

     Области применения - химическая, нефтехимическая, нефтяная, газовая, пищевая, фармацевтическая и др. отрасли промышленности.

Рис.13. Расходомеры на базе компактных диафрагм Rosemount 3051SFC и 3095MFC

     Основные  преимущества:

• интегральная конструкция расходомера исключает потребность в импульсных линиях и дополнительных устройствах, сокращает количество потенциальных мест утечек среды;
• минимальная длина прямолинейных участков трубопровода 2 Dy до и 2 Dy после места установки расходомера на базе диафрагмы Rosemount 405С (стабилизирующей) значительно упрощает монтаж и сокращает затраты;
• многопараметрический преобразователь 3095MV в составе расходомеров 3095MFC обеспечивает вычисление мгновенного массового расхода жидкости, пара, газа или объемного расхода газа, приведенного к стандартным условиям.
• Измеряемые среды: газ, пар, жидкость
• Температура измеряемой среды:
• -40...232°С (интегральный монтаж датчика),
• -100...454°С (удаленный монтаж датчика импульсными линиями);
• Избыточное давление в трубопроводе до 10 МПа
• Диаметр условного прохода трубопровода:
• Dу 15...200 мм (диафрагма Rosemount 405Р);
• Dу 50...200 мм (диафрагма Rosemount 405С).
• Пределы измерений расхода рассчитываются для конкретного применения
• Динамический диапазон 8:1, 10:1, 14:1
• Основная относительная погрешность измерений расхода до ±0,7%
• Температура окружающего воздуха:
• -40...85°С - без ЖК индикатора,
• -51...85°С - опция для расходомеров с датчиком 3051S
• Выходной сигнал: 4-20 мА/HART
• Наличие взрывозащищенного исполнения
• Межповерочный интервал - 1 год

     Внесены в Госреестр средств измерений: №30339-05 (3051SFC), сертификат №22308; №30340-05 (3051MFC), сертификат №22309 

     Расходомеры на базе ОНТ Annubar Метран-350, Probar, MassProbar

     Расходомеры на базе осредняющей напорной трубки Annubar предназначены для измерения  расхода жидкости, газа, пара в системах автоматического контроля, регулирования  и управления технологическими процессами в различных отраслях промышленности, а также в системах технологического и коммерческого учета.

     

     Рис.14. Расходомеры на базе ОНТ Annubar Метран-350, Probar, MassProbar 

     Основные  преимущества:

• интегральная конструкция расходомера исключает потребность в импульсных линиях и дополнительных устройствах, сокращается количество потенциальных мест утечек среды;
• низкие безвозвратные потери давления в трубопроводе сокращают затраты на электроэнергию;
• многопараметрический преобразователь 3095MV в составе расходомеров обеспечивает вычисление мгновенного массового расхода жидкости, пара, газа, или объемного расхода газа, приведенного к стандартным условиям;
• установка расходомера экономична и менее трудоемка по сравнению с установкой измерительного комплекса на базе стандартной диафрагмы;
• возможность установки расходомера без остановки техпроцесса благодаря конструкции Flo-Tap.  
• Измеряемые среды: газ, пар, жидкость
• Температура измеряемой среды:
• -40...400°С - интегральный монтаж датчика,
• -187...677°С - удаленный монтаж датчика
• Избыточное давление в трубопроводе до 25 МПа
• Диаметр условного прохода Dу 12,5...2400 мм
• Пределы измерений расхода рассчитываются для конкретного техпроцесса
• Динамический диапазон 5:1, 8:1, 14:1
• Пределы основной относительной погрешности измерений расхода до ±1%
• Выходной сигнал 4-20 мА/HART
• Наличие взрывозащищенного исполнения
• Межповерочный интервал - 2 года

     Внесены в Госреестр средств измерений  под №25407-05, cертификат №21682/1 (Метран-350);