Методы измерения расхода.

Измерение расхода и количества вещества необходимо для правильного ведения технологического процесса, для учетно-расчетных операций при потреблении и отпуске полуфабрикатов и готовых продуктов.

Расходом называется масса (или объем) вещества проходящего через любое сечение трубопровода в единицу времени. Единицы измерения расхода в системе СИ [м³/сек], [кг/сек].

Измерение расхода по методу переменного перепада давления

Этот метод получил широкое применение, т.к. он позволяет измерять расход жидкостей и газов, протекающих по трубопроводу практически при любых давлениях и температурах. Метод измерения расхода заключается в следующем. Если на пути потока протекающего по трубопроводу поставить дроссельное устройство с сечением отверстия меньше сечения трубопровода, то это вызовет увеличение скорости потока, т.к. при движении жидкости или газа по трубопроводу каждому значению скорости соответствует определенная величина статического давления, то при сужении струи на дроссельном устройстве величина этого давления будет изменяться. Таким образом, измеряя величину этого давления можно судить о скорости потока, т.е. расхода.

График изменения давления по оси трубопровода представлен на рис. 44.

Определим зависимость между перепадом давления на дроссельном устройстве и расходом (рис. 44 а). Уравнение Бернулли для 1 и II сечений

Где - удельный вес. Или его можно переписать в следующем виде:

где V₁, V₂ - скорости в сечениях, у - удельный вес жидкости, р – плотность жидкости.

Уравнение неразрывности струи: , - площадь трубопровода, - площадь диафрагмы, - площадь струи.

Отношение называется коэффициентом диафрагмы

Отношение называется коэффициентом сужения струи

Тогда значение скорости V₁, можно выразить через V₂: . Подставив это выражение в уравнение Бернулли, определим значение скорости V₂,

Объемный расход Q=F₂V₂, а т.к. и подставив в предыдущее уравнение получим:

Измерить давление в сечении 2 практически невозможно. Перепад давления обычно измеряется на участке трубопровода перед и за суживающим устройством, где перепад давления отличается. Для учета этого вводится поправочный коэффициент. Тогда, значение расхода определится следующим образом:

Теоретическое определение поправочного коэффициента в каждом конкретном случае не представляется возможным. Для различных типоразмеров суживающих устройств на основе экспериментов определяется коэффициент ; . Этот коэффициент, учитывающий расхождения между теоретическим и действительным расходом, называется коэффициентом расхода. Формула расхода выведена для несжимаемой жидкости. При измерении расхода газа или пара необходимо учитывать изменение плотности. Этот учет производится путем введения поправочных коэффициентов.

Нормальные суживающие устройства

С целью создания перепада давления на участке трубопровода применяются суживающие устройства.

Суживающие устройства бывают нормальными и специальными. К нормальным относятся диафрагмы, сопла и трубки Вентури, т.е. для них коэффициент расхода в широком диапазоне достоверен. Поэтому эти суживающие устройства применяют без индивидуальной подгонки.

Нормальная диафрагма тонкий металлический диск с отверстием меньше диаметра трубопровода (рис. 45). Толщина нормальной диафрагмы 0, 1 диаметра трубопровода, длина цилиндрической части 0, 02 диаметра трубопровода, фаска диафрагмы «снимается» под углом 30 - 45°.

Для измерения расхода газа и перегретого пара при малых перепадах давления, т.е. когда

в качестве суживающего устройства применяются сопла (рис. 46). Сопла менее чувствительны к загрязнениям присутствующим в потоках вещества, коррозии и более точны, чем дисковые диафрагмы.

Для измерения больших расходов при больших скоростях применяются нормальные трубки Вентури (рис. 47). Важным преимуществом трубок Вентури является минимальные потери давления на гидравлическое сопротивление и большая точность. К недостаткам следует отнести большие размеры, вес, сложность изготовления и обслуживания.

Приборы для измерения расхода

1. Дифманометры-расходомеры. Измерение расхода по перепаду давления, осуществляется с помощью дифференциальных манометров - расходомеров. В зависимости от принципа действия расходомеры подразделяются на жидкостные и пружинные. В системах дистанционного контроля расхода широкое распространение получили мембранные датчики ДМПК, в которых перепад давления преобразуется в сигнал пропорциональный давлению сжатого воздуха или в электрический сигнал тока, напряжения, частоты.

2. Скоростные расходомеры. В основу метода измерения положена зависимость расхода от скорости потока Q = VF.

На основе этого метода строятся различные приборы, имеющие в качестве измерительного элемента вертушку или крыльчатку. В таком случае зависимость между числом оборотов вертушки и скоростью можно выразить в виде следующего соотношения

Электронные устройства

Когда на одной из лопастей турбины, или на оси крепится магнит, а на трубопроводе датчик, который посылает импульсы при прохождении через него магнита, в счетное устройство. На этой основе в настоящее время широко применяются приборы типа ТОР и НОРД.

3. Индукционные и радиоактивные расходомеры. Для индукционных, ультразвуковых и радиоактивных расходомеров характерно, что у этих приборов отсутствуют механические части, связанные с измеряемым веществом; измеряемый поток не нарушается. Показания приборов не зависят от давления и температуры измеряемого вещества. Величина ЭДС прямо пропорциональна расходу. Индукционные расходомеры имеют ряд недостатков, являющихся следствием поляризации электродов. Предел измерения до 1000 М /час, погрешность 1, 5 %.

4. Радиоактивные расходомеры. Радиоактивные методы измерения расхода основаны на зависимости уноса потоком радиоактивных излучений или изотопов от скорости движения в трубопроводе измеряемого вещества. Существующие приборы по принципу действия можно разделить на две группы:

- основанные на использовании изменения интенсивности потока
излучения, воспринимаемого приемником;

- основанные на измерении времени между сигналами от ионизируемых
частиц, движущихся в измеряемом потоке.

При движении потока измеряемого вещества часть ионов уносится из меж электронного пространства, вследствие чего ток в цепи уменьшается. Чем больше скорость потока, тем больше уносится ионов и тем меньше ток в измерительной цепи. Таким образом, сила тока в измерительной цепи обратно пропорциональна скорости потока в трубопроводе, а, следовательно, расходу.