Особенности выбора расходомера
Содержание
1. Общие сведения об измерении расхода и массы веществ
2. Основные виды расходомеров
2.1 Расходомеры переменного перепада давления
2.2 Расходомеры обтекания
2.2.1 Ротаметры
2.2.2 Поплавковые и поршневые расходомеры
2.3 Тахометрические расходомеры
2.3.1 Камерные расходомеры
2.3.2 Электромагнитные расходомеры
2.3.3 Расходомеры переменного уровня
2.4 Тепловые расходомеры
2.4.1 Вихревые расходомеры
2.5 Акустические расходомеры
2.6 Фазовые расходомеры
2.6.1 Частотно-пакетные расходомеры
2.7 Напорные устройства
2.7.1 Кориолисовые расходомеры
3. Выбор средства контроля
3.1 Обоснование выбора типа расходомера
3.2 Обоснование выбора марки ультразвукового расходомера
3.3 Конструкция ультразвукового расходомера UFM 3030
3.4 Принцип работы выбранного расходомера
3.5 Технические характеристики ультразвукового расходомера UFM 3030
3.5.1 Ультразвуковой электронный конвертор UFC 030
3.5.2 Ультразвуковой первичный преобразователь UFS 3000
3.5.3 Ультразвуковой расходомер UFS 3030
3.6 Электрические схемы подключения расходомера
3.7 Монтажные схемы подключения расходомера
Вывод
Заключение
Список литературы
1. Основные сведения об измерении расхода и массы веществ
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. В зависимости от того, в каких единицах измеряется расход, различают объемный расход или массовый расход. Объемный расход измеряется в м3/с (м3/ч и т. д.), а массовый - в кг/с (кг/ч, т/ч и т. д.).
Расход вещества измеряется с помощью расходомеров, представляющих собой средства измерений или измерительные приборы расхода. 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.
2. Основные виды расходомеров
2.1 Расходомеры переменного перепада давления
Одним из наиболее распространенных средств измерений расхода жидкостей и газов (паров), протекающих по трубопроводам, являются расходомеры переменного перепада давления, состоящие из стандартного сужающего устройства, дифманометра, приборов для измерения параметров среды и соединительных линий. В комплект расходомерного устройства также входят прямые участки трубопроводов до и после сужающего устройства с местными сопротивлениями.
Сужающее устройство расходомера является первичным измерительным преобразователем расхода, в котором в результате сужения сечения потока измеряемой среды (жидкости, газа, пара) образуется перепад (разность) давления, зависящий от расхода. В качестве стандартных (нормализованных) сужающих устройств применяются измерительные диафрагмы, сопла, сопла Вентури и трубы Вентури. Диафрагма- тонкий диск с отверстием круглого сечения, центр которого лежит на оси трубопровода (используются в трубах от 50 мм до 2 м). Сопло- выполнено в виде насадки с круглым концентрическим отверстием, имеющим плавную сужающую часть на входе и развитую цилиндрическую часть на выходе. Сопло Вентури- состоит из цилиндрического входного участка, плавно сужающейся части, переходящей в короткий цилиндрический участок, и расширяющейся конической части (диффузора).
Достоинствами диафрагм являются: простота изготовления, дешевизна изготовления, простота проверки конструкции. Недостатками являются: малый срок службы, большая остаточная потеря давления ().
К достоинствам сопл относятся: маленькая потеря давления, способность при одном и том же перепаде давлений измерять больший расход. Недостатками являются: сложность в изготовлении и проверке.
В качестве измерительных приборов применяются различные дифференциальные манометры, снабженные показывающими, записывающими, интегрирующими, сигнализирующими и другими устройствами, обеспечивающими выдачу измерительной информации о расходе в соответствующей форме и виде.
Измерительная диафрагма представляет собой диск, установленный так, что центр его лежит на оси трубопровода (рис. VIII.1). При протекании потока жидкости или газа (пара) в трубопроводе с диафрагмой сужение его начинается до диафрагмы. На некотором расстоянии за ней под действием сил инерции поток сужается до минимального сечения, а далее постепенно расширяется до полного сечения трубопровода. Перед диафрагмой и после нее образуются зоны завихрения. Давление струи около стенки вначале возрастает из-за подпора перед диафрагмой. За диафрагмой оно снижается до минимума, затем снова повышается, но не достигает прежнего значения, так как вследствие трения и завихрений происходит потеря давления рпот.
Таким образом, часть потенциальной энергии давления потока переходит в кинетическую. В результате средняя скорость потока в суженном сечении повышается, а статическое давление в этом сечении становится меньше статического давления перед сужающим устройством. Разность этих давлений (перепад давления) служит мерой расхода протекающей через сужающее устройство жидкости, газа или пара.
Из рисунка VIII.1 видно, что давление по оси трубопровода, показанное штрихпунктирной линией, несколько отличается от давления вдоль стенки трубопровода только в средней части графика. Через отверстия 1 и 2 производится измерение статических давлений до и после сужающего устройства. При этом расход для несжимаемых жидкостей находится по формулам:
или
,
где плотность вещества (),площадь поперечного сечения отверстия диафрагмы (сужающее устройство), расход вещества,абсолютное давление до сужающего устройства, абсолютное давление после сужающего устройства,
коэффициент расхода учитывает неравномерное распределение скоростей по сечению потока, обусловленное вязкостью вещества и трением о стенки трубопровода. Этот коэффициент для разных сужающих устройств определяется опытным путём. Здесь
коэффициент сужения струи (площадь поперечного сечения наиболее суженного участка струи), поправочные коэффициенты на неравномерность распределения скоростей в сечениях I и II,
(средняя скорость вещества в сечении I , средняя скорость вещества в отверстии диафрагмы), местное сопротивление потоку.
При измерении расхода сжимаемых жидкостей и газов (паров) необходимо учитывать уменьшение плотности вследствие понижения давления при прохождении вещества через сужающее устройство, в результате чего массовый и объёмный расходы уменьшаются. Поэтому для расчёта расхода используют следующие формулы:
или
,
где коэффициент расширение измеряемой среды,плотность среды перед входом потока в отверстие диафрагмы. Две последние формулы применимы только в том случае, если скорость потока в сужающем устройстве меньше скорости звука (критическая скорость) в измеряемой среде.
Дифманометры выбирают из ряда: 10, 16, 25, 40, 63, 100, 160, 250, 400, 630, 1000, 1600, 2500, 4000, 6300, 10000, 16000, 25000 Па и 0,04; 0,063; 0,1; 0,16; 0,25; 0,4; 0,63 МПа. За максимальный расход принимают наибольший из ряда: 1; 1,25; 1,6; 2; 2,5; 3,2; 4; 5; 6,3; 8; 10 и т.д.
2.2 Расходомеры обтекания
Принцип действия расходомеров обтекания основан на зависимости перемещения тела, находящегося в потоке и воспринимающего динамическое давление обтекающего его потока, от расхода вещества. Широко распространенными расходомерами обтекания являются расходомеры постоянного перепада давления — ротаметры, поплавковые и поршневые. Принцип действия расходомеров постоянного перепада давления основан на зависимости от расхода вещества вертикального перемещения тела — поплавка, находящегося в потоке и изменяющего при этом площадь проходного отверстия прибора таким образом, что перепад давления по обе стороны поплавка остается постоянным.
В некоторых расходомерах обтекания, называемых расходомерами обтекания компенсационного типа, перемещение тела обтекания измеряется по величине давления, создающего усилие, приложенное к телу и уравновешивающее динамическое давление потока на него.
2.2.1 Ротаметры
Расходомеры постоянного перепада давления – ротаметры - применяются для измерения расходов однородных потоков чистых и слабозагрязненных жидкостей и газов, протекающих по трубопроводам и не подверженных значительным колебаниям. Ротаметры имеют большой диапазон измерения
Ротаметр (рис. VIII.4) представляет собой длинную коническую трубку 1, располагаемую вертикально, вдоль которой под действием движущегося снизу вверх потока перемещается поплавок 2. Поплавок перемещается до тех пор, пока площадь кольцевого отверстия между поплавком и внутренней поверхностью конусной трубки не достигнет такого размера, при котором перепад давления по обе стороны поплавка не станет равным расчетному. При этом действующие на поплавок силы уравновешиваются, а поплавок устанавливается на высоте, соответствующей определенному значению расхода.
На поплавок сверху вниз действуют две силы: сила тяжести и сила от давления потока на верхнюю плоскость поплавка. Сила тяжести
,
где объём поплавка,плотность материала поплавка,ускорение свободного падения. Сила от давления потока на верхнюю плоскость поплавка равна , где среднее давление потока на единицу площади верхней поверхности поплавка, площадь наибольшего поперечного сечения поплавка.
Снизу вверх на поплавок действуют сила от давления потока на нижнюю плоскость поплавка и сила трения потоков о поплавок , где коэффициент сопротивления, зависящий от числа Рейнольдса и степени шероховатости поверхности, средняя скорость потока в кольцевом канале, охватывающем боковую поверхность поплавка,площадь боковой поверхности поплавка, показатель, зависящий от скорости. При равновесии поплавка справедливо равенство:
