Расходомер

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск

Расходоме́р — 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.

Электромагнитный расходомер

Расходомеры бывают следующих типов.

Содержание

Механические счётчики расхода[править | править вики-текст]

Скоростные счетчики[править | править вики-текст]

Скоростные счетчики устроены таким образом, что жидкость, протекающая через камеру прибора, приводит во вращение вертушку или крыльчатку, угловая скорость которых пропорциональна скорости потока, а, следовательно, и расходу.

Объемные счетчики[править | править вики-текст]

Поступающая в прибор жидкость (или газ) измеряется отдельными, равными по объёму дозами, которые затем суммируются.

Ёмкость и секундомер[править | править вики-текст]

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.

Ролико-лопастные расходомеры[править | править вики-текст]

Шестерёнчатые расходомеры[править | править вики-текст]

Впервые расходомер с овальными шестернями был изобретен компанией Bopp & Reuther (Германия) в 1932 году. Измеряющий 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 объём 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[править | править вики-текст]

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:

Q = q_0 \cdot n ,

где

 Q  — объёмный расход,
q_0  — рабочий объём гидромашины (определяется по паспорту гидромашины),
 n  — 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[править | править вики-текст]

Расходомеры переменного перепада давления.[править | править вики-текст]

Расходомеры переменного перепада давления основаны на зависимости от расхода перепада давления, создаваемого устройством, которое установлено в трубопроводе, или же самим элементом последнего.

Расходомеры с сужающими устройствами.[править | править вики-текст]

Они основаны на зависимости от расхода перепада давления, создаваемого сужающим устройством, в результате которого происходит преобразование части потенциальной энергии потока в кинетическую. Разность давлений до и после сужающего устройства измеряется дифманометром

Вентури-метры[править | править вики-текст]

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[править | править вики-текст]

ISO 5167 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[править | править вики-текст]

Расходомеры на основе трубки Пито измеряют динамическое давление p_{\partial} \approx \xi \frac{ \rho V_o^2}{2} 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).

Расходомеры с гидравлическим сопротивлением.[править | править вики-текст]

Центробежные расходомеры.[править | править вики-текст]

Расходомеры с напорным устройством.[править | править вики-текст]

Расходомеры с напорным усилителем.[править | править вики-текст]

Расходомеры ударно-струйные.[править | править вики-текст]

Расходомеры постоянного перепада давления.[править | править вики-текст]

Ротаметры[править | править вики-текст]

Оптические расходомеры[править | править вики-текст]

Оптические расходомеры используют свет для определения расхода.

Расходомеры на основе двух лазерных лучей[править | править вики-текст]

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. Рассеянный лазерный луч поступает на фотодетектор, который в результате генерирует электрический импульсный сигнал. Если та же самая частица пересекает второй лазерный луч, то рассеянный 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[править | править вики-текст]

Ультразвуковые время-импульсные[править | править вики-текст]

Время-импульсные расходомеры измеряют разницу во времени прохождения ультразвуковой волны по и против потока жидкости. Такой принцип измерений обеспечивает высокую точность (± 1 %). При этом он хорошо работает для чистого потока или поток с незначительным содержанием частиц. Время-импульсные расходомеры применяются для измерения расхода очищенной, морской, сточной воды, нефти, в том числе сырой, технологических жидкостей, масел, химических веществ, и любой однородной жидкости.

Ультразвуковые фазового сдвига[править | править вики-текст]

Ультразвуковые доплеровские[править | править вики-текст]

Допплеровский расходомер основан на эффекте Допплера. Он хорошо работает с суспензиями, где концентрация частиц выше 100 ppm и размер частиц больше 100 мкм, но концентрация составляет менее 10 %. Такие расходомеры жидкости легче и менее точные (± 5 %), таким образом, они дешевле, чем время-импульсные расходомеры.

Ультразвуковые корреляционные[править | править вики-текст]

Другим не столь популярным расходомером является ультразвуковой расходомер с последующей корреляцией (кросс-корреляция). Он позволяет уйти от недостатков свойственных допплеровским расходомерам. Они лучше работают для потока жидкости с твердыми частицами или турбулентного потока газа.

Электромагнитные расходомеры[править | править вики-текст]

В основе электромагнитных расходомеров лежит взаимодействие движущейся электропроводной жидкости с магнитным полем, подчиняющееся закону электромагнит-ной индукции.

Кориолисовые расходомеры[править | править вики-текст]

Вихревые расходомеры[править | править вики-текст]

Тепловые[править | править вики-текст]

Расходомеры теплового пограничного слоя[править | править вики-текст]

Калориметрические расходомеры[править | править вики-текст]

В калориметрических расходомерах происходит нагревание или охлаждение потока внешним источником тепла, который создаёт в потоке разницу температур, по которой определяют расход. Если пренебречь потерями тепла из потока через стенки трубопровода в окружающую среду, то уравнение теплового баланса между теплом, генерируемым нагревателем, и теплом, переданным потоку, приобретает вид:

q_t = k_0 Q_M c_p \Delta T,

где k_0 — поправочный множитель на неравномерность распределения температур по сечению трубопровода;

Q_M — массовый расход в потоке;
c_p — удельная теплоёмкость (для газа — при постоянном давлении);
\Delta T = T_2 - T_1 — разница температур между датчиками (T_1 и T_2 — температуры потока до и после нагревателя).

Тепло к потоку в калориметрических расходомерах подводят обычно электронагревателями, для которых

q_t = 0,24 I^2 R,

где I — сила тока через нагревательный элемент;

R — электрическое сопротивление нагревателя.

На основе этих уравнений статическая характеристика преобразования, которая связывает перепад температур на сенсорах с массовым расходом, приобретёт вид:

Q_M = \frac {0,24 I R}{k_0 c_p \Delta T}.

Меточные[править | править вики-текст]

Примечания[править | править вики-текст]

  1. Lipták, Flow Measurement, p. 85
  2. American Gas Association Report Number 3