Корреляционные расходомеры

 

Большинство однофазных потоков, не говоря уже о многофазных, не строго однородны. Поэтому те или другие свойства или параметры потока (плотность, электрическая проводимость, температура и т. д.) непрерывно меняются случайным образом. Если с помощью коррелометра определить абсциссу максимальной ординаты взаимной корреляционной функции двух случайно изменяющихся параметров потока одного и того же рода, в двух сечениях, отстоящих друг от друга на небольшом расстоянии L, то эта абсцисса будет соответствовать времени τ п перемещения потока на указанном расстоянии L. Зная поперечное сечение потока S, его объемный расход можно будет определить по формуле:

где k – коэффициент, учитывающий влияние профиля скоростей, свойств вещества и характера информационно-измерительного устройства.

Принципиальная схема корреляционного расходомера показана на рис. 2.41. Изменение того или другого параметра потока, например концентрации отдельных его фаз, воспринимается в сечениях А и Б двумя преобразователями 1 и 2.

 

 

Рис. 2.41

Хотя сигналы х (t) и у (t) носят случайный характер, но, благодаря сравнительно небольшому расстоянию L между сечениями А и Б, они имеют тесную корреляционную связь. Форма сигнала х (t) опережает форму сигнала у (t) на время τ п, необходимое для перемещения частиц потока от сечения А до сечения Б. Для измерения этого времени служит коррелометр, состоящий из блоков 3, 4, 6 и измерительного прибора 5. Блок 6 преобразует сигнал х (t) в сигнал х (t - τ ). Он имеет регулирующее устройство, позволяющее изменять время задержки т. Блок 3 дает произведение сигналов х (t — τ ) у (t). Блок 4 интегрирует это произведение и выдает его среднее значение Rxp(τ ) за некоторый период времени Т. Значение корреляционной функции Rxp(τ ) определяется уравнением

Достоинства корреляционных расходомеров: возможность применения для измерения расхода загрязненных сред, многофазных потоков и расплавленных металлов; отсутствие потери давления; отсутствие контакта с измеряемым веществом в большинстве случаев.

Недостатки корреляционных расходомеров: длительность процесса измерения, так как с уменьшением времени измерения Т погрешность возрастает; ограниченная точность, обычно погрешность измерения расхода не менее 1, 5 –2 %.

Корреляционные расходомеры предназначены в первую очередь для измерения многофазных веществ и различных потоков, имеющих какие-либо неоднородности.

Тахометрические (скоростные) счетчики

И расходомеры

 

Турбинный счетчик использует многолопаточный ротор, который поддерживается при помощи подшипников внутри секции трубы, перпендикулярно потоку (рис.2.42). Жидкость  вращает ротор со скоростью, которая пропорциональна скорости жидкости и, следовательно, общему объемному расходу. Магнитная катушка, расположенная снаружи счетчика, производит переменное напряжение каждый раз когда лопатка пересекает линии магнитного поля катушки. Таким образом, каждый импульс представляет дискретный объем жидкости. Так как ротор обычно изготавливается из нержавеющей стали, он совместим со многими средами. Тем не менее, подшипники, которые необходимы для поддержки ротора и должны позволять ему вращаться свободно с высокой скоростью, требуют тщательного процесса очистки. Размеры турбинных счетчиков от 12 до 300 мм. Они имеют высокий отклик и хорошую точность.

Рис. 2.42. Турбинный расходомер

Тахометрические счетчики  состоят  из  механизма  (тахометра),

в  котором  поток  воды  напрямую,  путем  механического  давления,

воздействует  на  лопасти  крыльчатого  колеса  или  турбины  и вызывает

их вращение. Это вращение посредством зубчатой передачи передается на счетное устройство, регистрирующее количество расходуемой воды.

Место применения тахометрических счетчиков в коммунальном хозяйстве зависит от конструктивных особенностей этих приборов. Различают крыльчатые (вертикальное расположение оси) и турбинные (горизонтальное расположение оси) счетчики, а по типу подведения воды - одноструйные и многоструйные. Турбинные счетчики рационально использовать на более крупных промышленных предприятиях. Счетчики устанавливаются на общем вводе в здание при расходе воды не ниже 0, 1 м3/ч. При меньших расходах счетчики устанавливать нецелесообразно. Многоструйные и одноструйные водосчетчики бывают к тому же сухими и мокрыми.

Счетчики мокрого типа – это самые простые, но достаточно эффективные приборы учета воды, счетное устройство которых никак не изолировано от протекающей через счетчик воды. Простота исполнения и сопутствующая дешевизна при достаточно высокой надежности - вот главные достоинства счетчиков мокрого типа. В то же время, такие водосчетчики неприменимы для учета воды, загрязненной взвешенными механическими частицами.

Счетчики сухого типа лишены этого недостатка. В таких приборах счетный механизм герметично отделен от измеряемой воды немагнитной перегородкой, благодаря этому на нем не образуется отложений взвешенных частиц. Передача же показаний с вращающейся крыльчатки или турбины на счетный механизм осуществляется с помощью закрепленного на них магнита. Подобное устройство делает счетчик пригодным для учета воды любой степени загрязнения, но значительно повышает его стоимость. Поэтому сухим механизмом много чаще оснащаются и так более дорогие многоструйные счетчики, которые применяются в тех случаях, когда действительно необходим особенно точный учет расхода воды. Сухой механизм на одноструйных счетчиках устанавливается редко, это лишило бы данные приборы их главного преимущества - дешевизны.

Шариковые расходомеры. Принцип работы шариковых расходомеров основан на вращении закрученным потоком жидкости свободно плавающего шара, вызывающего модуляцию в специальном устройстве электрического тока. Расходомеры могут быть с гидродинамически подвешенным ротором (ротор с размещенным внутри магнитом вращается под воздействием измеряемой жидкости) и кориолисовые (используется принцип регистрации возникновения кориолисова ускорения, которое зависит от расхода).

Камерные расходомеры. Камерные расходомеры измеряют объемный расход напрямую путем повторяющегося захвата порции жидкости. Общий объем жидкости, проходящей через расходомер в заданный промежуток времени, – это произведение объема порции на количество порций. Камерные расходомеры часто суммируют расход напрямую на встроенный счетчик, но они также могут генерировать импульсный выход, который может быть прочитан на местном ЖКИ или передан в комнату управления.

Так как каждый импульс представляет дискретный объем жидкости, они хорошо подходят для автоматического дозирования и учета. Снижение точности камерных расходомеров связано с просачиванием через внутреннюю изолированную поверхность. Три основных типа таких расходомеров: поршневые счетчики, счетчики с овальными шестернями и дисковые счетчики.

 

Струйные расходомеры

 

В основе устройства струйного расходомера-счетчика заложен принцип работы струйной техники.

Струйная техника – это область пневмогидроавтоматики, основанная

на использовании взаимодействия струй жидкости или газа. Струйная техника аналогична электронике в отношении, как основных принципов построения, так и практического применения. Устройства и системы струйной техники не имеют подвижных деталей и используются в компьютерах, насосах аппаратов искусственного кровообращения, системах управления ракетной техники, станкостроения, машиностроения и т.д. Элементом струйной техники в расходомере-счетчике РС01 является струйный автогенератор (рис. 2.43).

Принцип работы струйного автогенератора: измеряемое вещество (жидкость, газ, пар) поступает в автогенератор через сопло и попадает в рабочую камеру, где отклоняется к одному из бортов и прижимается к нему давлением, которое создается потоком, отраженным вогнутым дефлектором в область между измеряе-

     Рис. 2.43                        мым веществом и бортом. Измеряемое вещество течет вдоль борта и попадает в приемный канал, в результате торможения потока давление в канале по сравнению с давлением в рабочей камере и в приемном канале повышается. Это создает в обратном канале связи разгон измеряемого вещества. Через промежуток времени, равный времени прохождению по каналу обратной связи, расход в сопле управления достигает величины расхода переключения, что приводит к отрыву измеряемого вещества от первого борта и перемещения его ко второму борту. Через интервал времени запаздывания в струйном элементе в приемном канале №2 повышается давление, при этом давление в приемном канале №1 становится равным давлению в рабочей камере. Через интервал времени, равный прохождению по каналу обратной связи №2, расход в сопле управления достигает величины расхода переключения, что приводит к отрыву измеряемого вещества от второго борта и перемещения его к первому борту, в результате этого начинаются новые колебания и возникают устойчивые автоколебания измеряемого вещества, которые образуют пульсации давления. Струйный расходомер-счетчик РС01 (ЗАО «Термоавтоматика») имеет следующие метрологические параметры:

измеряемые среды: жидкость, газ, пар;

диаметр условного прохода, мм: 10-300;

минимальный измеряемый расход, м³/ч: 0, 05;

динамический диапазон измерения, Q_max/Q_min: 50: 1;

предел основной относительной погрешности преобразования:

для жидкостей ….±1%;

для газов и пара  ±1, 5%;

параметры измеряемой среды:

температура - 35 - +400 °С;

статическое давление не более 10 МПа;

кинематическая вязкость. не более 100*10^-6 м²/с;

тип выходного сигнала:

токовый (0…5 мА, 0…20 мА, 4…20 мА);

частотный;

кодовый.

ООО «Интер Инвест Прибор» разработан и подготовлен к промышленному серийному производству ряд универсальных струйных расходомеров-счетчиков (РСП-А) жидкостей, газов и пара с использованием чувствительного элемента датчика на основе синтетического полупроводникового алмаза (СПА).

Принцип действия струйных автогенераторных расходомеров-счетчиков основан на возникновении устойчивых автоколебаний струи в струйном элементе, охваченном каналами обратной связи. Частота автоколебаний пропорциональна объемному расходу среды, протекающей через струйный элемент. В коммерческих узлах учета тепла и газа и пара сопрягается с вычислителями. Предусмотрен выход на компьютер через разъем RS-232. Прибор установлен более чем в 35 регионах Российской Федерации. Промышленной площадкой для производства серийной продукции является ОАО «ЛОМО», г. Санкт- Петербург. Достоинства струйных расходомеров-счетчиков:

унификация измерительных приборов для различных сред;

отсутствие подвижных частей, что обуславливает высокую надежность, стабильность характеристик во времени, высокую технологичность изготовления;

независимость градуировочного коэффициента от плотности измеряемой среды;

возможность измерения малых расходов, агрессивных, неэлектропроводных и криогенных сред;

не требуются прямые участки до и после места установки;                           

возможность поверки на месте установки.                                Рис. 2.44

Принцип измерения расходомера РМ-5-ПГ (рис.2.44) заключается в следующем. Поток среды, проходя через сужающее устройство, создает перепад давления в камерах отбора давления. Под действием перепада часть потока перетекает через струйный автогенератор, создавая в нем устойчивые автоколебания, которые воспринимаются пьезоэлектрическими датчиками и преобразуются в электрический сигнал. В электронном блоке сигнал подвергается цифровой обработке, в результате которой измеряются частота колебаний и связанный с ней расход среды через прибор.

                                                                                                  Таблица 2.4

⇐ Предыдущая78910111213141516Следующая ⇒

Поделиться: