Приборы для измерения и регулирования расхода
Принцип работы
Ротаметры (Variable Area Meter)
Ротаметры относятся к классу расходомеров обтекания. В вертикальной трубке, расширяющейся кверху, течёт жидкость снизу вверх и плавает поплавок. Из-за переменного сечения трубки давление на поплавок снизу в более узком сечении больше, чем давление на поплавок сверху в более широком сечении. Когда эта разница давлений уравновешивается силой тяжести – поплавок останавливается в определенном положении, зависящем от величины расхода.
Бывают также поршневые и поплавково-пружинные ротаметры; горизонтальные ротаметры и вертикальные с потоком, который течёт сверху вниз.
В прозрачных ротаметрах расход определяется оператором визуально по шкале. В металлических ротаметрах положение поплавка через магнитную систему передаётся на шкалу прибора или преобразуется в электрический сигнал.
Преимущества
- надёжность
- простота.
Недостатки
- не работает при больших давлениях
- не применяется для измерений больших расходов.
Тахометрические расходомеры
Принцип действия основан на зависимости скорости вращения крыльчатки (турбины) от скорости обтекающего её потока.
Расходомеры переменного перепада давления
Для измерения используется эффект Вентури и дифференциальный манометр. В трубопровод врезается сужающее устройство – например, труба Вентури. Измеряется давление в широком сечении на входе трубы и в её более узкой горловине – расход пропорционален корню квадратному из перепада давления (в узком сечении скорость потока выше, а давление - меньше).
В качестве сужающего устройства могут использоваться измерительные диафрагмы.
Преимущества
- низкая цена.
Недостатки
- потеря напора в трубе Вентури - 5-20%
- невысокая точность и диапазон измерений.
Ультразвуковые расходомеры (Ultrasonic Flow Meter)
Измеряя разность времени прохождения звуковой волны в направлении течения жидкости и против течения, можно вычислить скорость потока жидкости.
- Накладные расходомеры (Clamp-On)
- Врезные расходомеры (Inline).
Преимущества
- установка на трубах большого диаметра.
Недостатки
- чувствительность к содержанию твердых и газообразных включений
- влияние физико-химических свойств вещества и температуры, от которых зависит скорость ультразвука.
Магнитные расходомеры (Magnetic Flow Meter)
Измеряют расход токопроводящей жидкости, текущей по трубе между полюсами магнита. По закону Фарадея – в проводнике (в данном случае – это токопроводящая жидкость), пересекающем магнитное поле индуцируется ЭДС, пропорциональная скорости движения. Ток направлен перпендикулярно силовым линиям магнитного поля и перпендикулярно движению жидкости.
Преимущества
- Малоинерционны – подходят для измерения быстро меняющихся расходов без запаздывания
- Нет движущихся деталей
- Маленькое гидравлическое сопротивление (малые потери напора), т.к. первичные преобразователи магнитных расходомеров не имеют частей, выступающих внутрь трубы, сужений или изменений профиля
- Конструкция первичных преобразователей позволяет применять различные материалы внутреннего покрытия и материалы электродов, что даёт возможность измерять расход агрессивных и абразивных сред
- Расходомер и технологический трубопровод можно чистить и стерилизовать без демонтажа - поэтому эти расходомеры используют в пищевой и фармацевтической промышленности
- На показания магнитных расходомеров не влияют взвешенные в жидкости частицы и пузырьки газа, а также физико-химические свойства жидкости (вязкость, плотность, температура и т. п.), если они не изменяют её электропроводность.
Недостатки
- Жидкость должна быть токопроводящей (это может быть ионизированная вода)
- Поверхность трубы должна быть электрически изолированной (например, гуммированная стальная труба)
- Чувствительность к помехам от переменных электромагнитных полей.
Массовые кориолисовые расходомеры (Coriolis Flow Meter)
Используется эффект Кориолиса - сдвиг фаз механических колебаний U-образных трубок, по которым течёт жидкость, пропорционален массовому расходу.
Преимущества
- независимость результата измерений от температуры, плотности, электропроводности, вязкости, твёрдых включений.
Недостатки
- высокая цена.
Вихревые расходомеры (Vortex Flow Meter)
При обтекании тела (завихрителя) жидкостью или газом за ним образуются вихри, которые регистрируется пьезоэлектрическим кристаллом – при возникновении вихря он генерирует электрический импульс. Частота импульсов пропорциональна скорости потока.
Измеряемые среды: пар, насыщенный пар, газ, жидкость.
Преимущества
- независимость показаний от давления и температуры
- нет подвижных частей
- большой диапазон измерений.
Недостатки
- потеря давления
- не годятся для измерения малых расходов
- не подходят для измерения расхода загрязненных и агрессивных сред.
Как выбрать ?
Тип учёта
- Технологический
- Коммерческий.
Измеряемое вещество
- Газ, пар
- Жидкость
- Взвесь, паста, суспензия, пульпа, эмульсия
- Сыпучее.
Измерение расхода
- Тип
- Объёмный расход
- Массовый расход
- Диапазон измерений
- Точность измерений
- Максимальное падение давления на расходомере
- Компенсация давления и температуры
- Встроенный датчик температуры
- Встроенный датчик давления.
Физические свойства измеряемого вещества
- Электропроводность
- Агрессивность
- Рабочая температура, предельные значения
- Рабочее давление, предельные значения
- Плотность
- Динамическая вязкость
- Влажность
- Сжимаемость
- Наличие абразивных примесей
- Наличие твёрдых магнитных включений
- Наличие газовой фракции в жидкости (%).
Конструкция расходомера
- Врезной
- Сужающее устройство
- Без падения напора
- Накладной
- Гигиенический.
Трубопровод
- Внутренний диаметр
- Толщина стенки, материал
- Толщина футеровки, материал
- Расположение трубы (вертикальное, горизонтальное, наклонное)
- Длины прямых участков до и после расходомера
- Направление потока в вертикальной трубе (вверх, вниз).
Окружающая среда
- Температура
- Влажность
- Агрессивность
- Взрывоопасная зона.
Вентильный блок
- Тип
- Подключение.
Преобразователь
- Степень защиты корпуса
- Установка
- На трубе
- На стене, расстояние
- В шкафу, расстояние
- Дисплей
- Напряжение питания
- Кабельный ввод
- Выходной сигнал:
- Токовый 4..20мА
- HART
- PROFIBUS PA
- Foundation Fieldbus.
