+ = +.
Формула для расчёта расхода несжимаемой жидкости имеет вид:
где плотность измеряемой среды,
-коэффициент расхода, определяется опытным путём. При расчёте расхода газа вводят поправочный коэффициент .
Достоинства: относительная простота в конструкции, широкий диапазон измерения расходов (;).
Недостатки: невысокие рабочие давления измеряемых сред для ротаметров со стеклянной трубкой (не более 0,58 МПа), невозможность регистрации показаний для ротаметров с металлической конусной трубкой, невозможность передачи показаний на расстояние, недостаточная чёткость шкал, градуировка ротаметров производится по конкретным средам (вода и воздух), низкая точность
2.2.2 Поплавковые и поршневые расходомеры
Поплавковый расходомер постоянного перепада давления (рис. VIII.5) состоит из поплавка 1 и конического седла 2 расположенных в корпусе прибора. Коническое седло выполняет ту же роль, что и коническая трубка ротаметра. Различие заключается в том, что длина и диаметр седла примерно равны, а у ротаметров длина конической трубки значительно больше ее диаметра.
В поршневом расходомере (рис. VIII.6) чувствительным элементом является поршень, перемещающийся внутри втулки 2.
Втулка имеет входное отверстие 5 и выходное отверстие 4, которое является диафрагмой переменного сечения. Поршень с помощью штока соединен с сердечником передающего преобразователя 3. Протекающая через расходомер жидкость поступает под поршень и поднимает его. При этом открывается в большей или меньшей степени отверстие выходной диафрагмы. Жидкость, протекающая через диафрагму, одновременно заполняет также пространство над поршнем, что создает противодействующее усилие.
Достоинства: относительная простота в конструкции.
Недостатки: относительно невысокие рабочие давления (до 6,27 МПа), относительно высокая погрешность измерения ( от верхнего предела измерения).
2.3 Тахометрические расходомеры
Принцип их действия основан на использовании зависимостей скорости движения тел - чувствительных элементов, помещаемых в поток, от расхода веществ, протекающих через эти расходомеры. Известно большое число разновидностей тахометрических расходомеров, однако в практике для измерения расхода самых разнообразных жидкостей и газов широко распространены турбинные, шариковые и камерные расходомеры.
2.3.1 Камерные расходомеры
Камерные тахометрические расходомеры представляют собой один или несколько подвижных элементов, отмеривающих или отсекающих при своем движении определенные объемы жидкости или газа. Существует большое число конструкций, камерных расходомеров жидкостей и газов(поршневые счетчики, счетчики с овальными шестернями и дисковые счетчики).
Овально-шестеренчатый счетчик жидкостей (рис. VIII.11) состоит из двух одинаковых овальных шестерен, вращающихся под действием перепада давления жидкости, протекающей через его корпус. В положении 1 правая шестерня отсекает некоторый объем жидкости 1, так как на эту шестерню действует крутящий момент, она поворачивается по часовой стрелке, вращая при этом левую шестерню против часовой стрелки. В положении 2 левая шестерня заканчивает отсекание новой порции жидкости, а правая выталкивает ранее отсеченный объем в выходной патрубок счетчика. В это время вращающий момент действует на обе шестерни. В положении 3 ведущей является левая шестерня, отсекающая заданный объем. В положении 4 правая шестерня заканчивает отсекание объема, а левая выталкивает объем. В положении 5 полностью отсекается заданный объем; обе шестерни сделали по пол-оборота, и ведущей стала опять правая шестерня. Вторая половина оборота шестерен протекает аналогично. Таким образом, за один полный оборот шестерен отсекается четыре дозирующих объема. Учет жидкости основан на отсчете числа оборотов шестерен.
Достоинства: относительно высокая точность измерений (погрешность показаний ); возможность генерации импульсного выхода, который может быть передан в комнату управления (каждый импульс представляет дискретный объем жидкости); данные расходомеры хорошо подходят для автоматического дозирования и учета.
Недостатки: потеря напора от установки счётчика составляет примерно 0,02МПа; узкий диапазон измерений величины расхода (от 0,8 до 36 м3/ч при рабочем давлении 1,57 МПа); небольшие диаметры трубопроводов (диаметры условных проходов 15-50 мм); снижение точности связанное с просачиванием вещества через внутреннюю изолированную поверхность.
2.3.2 Электромагнитные расходомеры
Электромагнитные (индукционные) расходомеры предназначены для измерения расхода различных жидких сред, в том числе пульп с мелкодисперсными неферромагнитными частицами, с электрической проводимостью не ниже См/м, протекающих в закрытых полностью заполненных трубопроводах.
Электромагнитные расходомеры выполняются в виде двух отдельных блоков: измерительного преобразователя расхода и измерительного блока — передающего преобразователя, в котором осуществляется приведение сигнала, полученного от измерительного преобразователя, к стандартизованному виду, удобному для дальнейшего использования.
Измерительный преобразователь расхода электромагнитного расходомера (рис. VIII.15) состоит из немагнитного участка трубопровода 3 с токосъемными электродами 4 и ярма электромагнита 2 с обмоткой возбуждения 1, охватывающего трубопровод.
При протекании электропроводных жидкостей по немагнитному трубопроводу 3 через однородное магнитное поле, создаваемое магнитом 2, в жидкости, которую можно представить как движущийся проводник, возникает электродвижущая сила, снимаемая электродами 4. Эта ЭДС Е прямо пропорциональна средней скорости потока:
E=Blvcp,
где В - электромагнитная индукция в зазоре между полюсами магнита,[Тл], l- расстояние между электродами,[м]; vcp -средняя скорость потока,[м/с].
Поскольку площадь сечения трубы постоянна, ЭДС, снимаемая с электродов, может быть выражена через объемный расход жидкости:
,
где внутренний диаметр трубы, равный расстоянию между электродами l, [м]. Далее сигнал, пропорциональный расходу, подается на измерительный блок, где он приводится к стандартизованному виду, и затем передается к прибору или другому измерительному устройству. Электромагнитные расходомеры обеспечивают измерение расхода в диапазоне от 0,32 до 2500 м3/ч при трубопроводах с внутренним диаметром от 3 мм до 1 м и более, линейной скорости движения от 0,6 до 10 м/с. Погрешность электромагнитных расходомеров
Достоинства: линейность характеристики, возможность использования в трубопроводах любого диаметра, показания не зависят от примесей в среде, от её плотности и вязкости, нет потерь давления.
Недостатки: поляризация электродов (нестабильность работы прибора), работа только с электропроводной жидкостью, трудность усиления напряжения постоянного тока.
2.3.3 Расходомеры переменного уровня
Эти расходомеры применяются для измерения расхода загрязненных жидкостей. Принцип действия приборов основан на зависимости уровня жидкости в сосуде от расхода при свободном истечении ее через калиброванное отверстие (щель) в дне или боковой стенке. Профиль и диаметр отверстия рассчитываются таким образом, чтобы указанная зависимость была линейной. Уравнение расхода через отверстие в дне или стенке сосуда в общем виде выражается следующей зависимостью:
Используя уравнение (VIII.29), можно вывести зависимость между Q и Н для отверстия любой формы. Для получения равномерной шкалы прибора эта зависимость должна быть линейной:
Q = ,
где К- коэффициент пропорциональности
.
Щелевой расходомер с калиброванным незатопленным отверстием (щелью) в стенке корпуса (рис. VIII. 16) представляет собой емкость – корпус 1, разделенный перегородкой 4 с профилированной щелью. В левой части корпуса, куда подается измеряемая жидкость через подводящий патрубок, производится измерение её уровня с помощью пьезометрической уровнемерной трубки 2 и измерительного прибора - дифманометра 3.
Для измерения уровня жидкости могут применяться и другие типы уровнемеров.
Жидкость, поступающая в левый отсек корпуса, заполняет его, переливается через профилированную щель и через слив уходит в приемник и далее - по назначению.
Другой тип расходомера с отверстием в дне сосуда (рис. VIII.17) состоит из приемника - сосуда переменного уровня 1, корпуса 2, выходного отверстия с калиброванной диафрагмой или соплом 3. Высота столба жидкости над калиброванным отверстием 3 измеряется с помощью уровнемера - дифманометра 4.
Достоинства: щелевые расходомеры хорошо зарекомендовали себя при измерении сильно загрязненных и быстро кристаллизующихся жидкостей и растворов.
Недостатки: небольшой диапазон измерения 0,1—50 м3/ч; относительно высокая основная погрешность устройства: в комплекте со вторичным прибором ±3,5%.
2.4 Тепловые расходомеры
Тепловые расходомеры могут применяться при измерении небольших расходов практически любых сред при различных их параметрах. Кроме того, они весьма перспективны для измерения расхода очень вязких материалов. Принцип действия их основан на использовании зависимости эффекта теплового воздействия на поток вещества от массового расхода этого вещества.
Тепловые расходомеры могут выполняться по трем основным принципиальным схемам: калориметрические, основанные на нагреве или охлаждении потока посторонним источником энергии, создающим в потоке разность температур; теплового слоя, основанные на создании разности температур с двух сторон пограничного слоя; термоанемометрические, в которых используется зависимость между количеством теплоты, теряемой непрерывно нагреваемым телом, помещенным в поток, и массовым расходом вещества.
Выбор принципиальной схемы измерения зависит от измеряемой среды, необходимой точности, типа используемых термочувствительных элементов и режима нагрева. Для упруго-вязких пластичных веществ, предпочтительным является измерение по схеме термоанемометра с постоянной температурой подогрева потока.
Чувствительными элементами термоанемометрического являются резисторы R1 и R2, помещаемые (наматываемые) на стенке трубопровода на некотором расстоянии друг от друга. Манганиновые резисторы R3 и R4 служат для создания мостовой схемы, питаемой от источника напряжения . Сигнал разбаланса, пропорциональный изменению расхода, подается на электронный усилитель ЭУ, где усиливается и после этого управляет вращением реверсивного электродвигателя РД, который, производя перестановку движка компенсирующего переменного резистора Rp, изменяет напряжение питания до тех пор, пока разбаланс в измерительной диагонали моста не станет равным заданному. Мерой расхода могут служить показания амперметра, ваттметра или положение движка Rp.
