Вимірювання витрати рідин і газів

измерение расхода жидкости

Датчики потоку й витратоміри застосовуються для контролю потоків рідин і газів в різних галузях промисловості. Саме поняття потоку може бути визначено по-різному, наприклад масовий потік або об'ємний, ламінарний або турбулентний. Зазвичай хочуть з'ясувати кількість речовини в потоці і, якщо рідина має постійну щільність, то зазвичай вимірюється об'ємний потік, оскільки його легше виміряти. Багато технологій вимірювання успішно справляються з вимірюванням потоків газів і рідин, однак інші специфічні до того, що вимірюють.
Витрата зазвичай обчислюють, вимірюючи по-перше швидкість течії рідини в трубі і примножуючи її на відому площу перерізу труби в точці вимірювання. Ця стаття дає приклад найбільш використовуваних технологій і приємним пристрої для вимірювання потоку рідин і газів.

Калориметричні датчики потоку

Калориметрический датчик потокаКалориметричні датчики потоку працюють за принципом вимірювання перенесення тепла потоком рідини від нагрівача до температурного датчику. Перенесене тепло пропорційно швидкості потоку. Такі датчики зазвичай мають другий температурний датчик для компенсації змін температури рідини. Калориметричні датчики потоку краще працюють при малих швидкостях потоку рідини або газу близько 30 - 3000 см / сек (для газів), замінюючи датчики, що працюють на принципі перепаду тиску. Перевагою калориметричних датчиків вимірювання тиску є компактне виконання, що дозволяє проводити вимірювання в найменших діаметрах трубопроводах, відсутність рухомих частин і великий динамічний діапазон. До основних недоліків можна віднести залежність показань від різких стрибків температури вимірюваної рідини і в разі різких змін властивостей рідини - наприклад зміни щільності або теплопровідності.

Витратоміри диференціального тиску

Расходомер дифференциального давленияВитратоміри, що працюють на принципі вимірювання диференціального тиску найбільш застосовні для вимірювання витрати рідини. Принцип з роботи заснований на тому, що падіння тиску в потоці рідини на вимірюваній ділянці пропорційно квадрату швидкості потоку рідини. Тим самим, вимірюючи диференціальний тиск в потоці рідини і обчислюючи квадратний корінь, одержуємо значення витрати. Ці пристрої, як і багато витратомірів, складаються з двох частин. Перша частина змінює кінетичну енергію рідини, створюючи диференціальний тиск в трубі. Ця деталь, як правило, вставляється в трубопровід, в якому вимірюється потік рідини, так само вона повинна забезпечувати необхідну точність у всьому діапазоні вимірювань. Друга частина витратоміра вимірює диференціальний тиск і конвертує отриманий сигнал в значення витрати рідини.

Для вимірювання потоку повітря або газу методом диференціального тиску використовуються трубки Піто, а так само інші трубки, сітки і грати. Чутливі елементи об'єднані з датчиків диференціального тиску і видають сигнал, пропорційний квадрату швидкості потоку газу або повітря. Трубка Піто складається з двох трубок, які вимірюють тиск в різних частинах трубопроводу. Одна трубка, що вимірює статичний тиск розташовується зазвичай в стінці трубопроводу. Інша трубка вимірює набігає тиск (статичний тиск, плюс тиск набігаючого потоку повітря). Чим більше швидкість потоку повітря, тим більше набігає тиск.

Для вимірювання потоку рідин в витратомірах диференціального тиску використовуються різні сітки, звуження отворів, вставки. Вставка, звужує отвір трубопроводу, найбільш простий і дешевий пристрій для вимірювання диференціального тиску. Таке звуження потоку отвір створює перешкоду потоку рідини і в результаті виходить різниця тисків до і після звужено отвори. Трубка Вентурі має великі розміри і більш високу вартість, серед інших засобів створення диференціального тиску. Трубка Вентурі поступово звужує діаметр трубопроводу і тиск вимірюється в різних точках - зазвичай на початку звуження і в самій вузькій частині. Далі діаметр трубки Вентурі розширюється до вихідного, тим самим відновлюючи початковий тиск в трубопроводі. Трубки Вентурі зазвичай використовуються в трубопроводах великих діаметрів, завдяки низькому падіння тиску і більш високої точності показань.
Основним недоліком витратомірів диференціального тиску є порівняно вузький динамічний діапазон вимірювань.


Вихрові витратоміри

Вихревой расходомерВихрові витратоміри працюють на принципі, відкритим вченим фон Карманом: коли потік рідини обтікає перешкоду - тіло обтікання, то в відходить потоці по краях цього тіла виникають завихрення рідини. Частота цих завихрень пропорційна швидкості рідини. Вихрові витратоміри найбільш проявляють себе на швидкостях потоку 2 - 40 м / сек., Однак вимірювати витрату в'язких рідин ними не рекомендується.

Ультразвукові витратоміри

Ультразвуковой расходомерУльтразвукові витратоміри працюють принципом часу проходження сигналу. Принцип вимірювання заснований на тому, що звуковий імпульс, що йде в тому, ж напрямку, що і потік рідини, має загальну швидкість поширення рівну швидкості звуку плюс швидкість течії рідини. А звуковий імпульс, що йде в напрямку, протилежному швидкості течії, матиме швидкість, меншу на значення швидкості потоку рідини. За допомогою ультразвукових датчиків вимірюється час проходження акустичних сигналів, які рухаються в напрямку і проти потоку. Різниця в часі проходження пропорційна середньої швидкості потоку і перетворюється у вихідний сигнал і показання Волюметричне і сумарної витрати. Вимірювальні промені витратоміра утворюють тривимірний режим розподілу швидкостей руху середовища або профіль потоку середовища, яка проходить по вимірювальної трубі. Ці лінії вимірювання розташовуються таким чином, щоб максимально знизити вплив профілю потоку (ламінарного або турбулентного). У комбінації з використанням новітніх технологій цифрової обробки сигналу це дає стабільні і надійні вимірювання витрати.

Масові витратоміри

Багато хімічних реакцій вимагають більш точного вимірювання витрати речовини. Це призвело до розробки масових витратомірів. Існує велика кількість моделей, але найбільш поширені Витратомір Коріоліса Принцип яких заснований на існуванні коріолісову сили. Витратомір Коріоліса вимірюють безпосередньо масова витрата, в той час як інші витратоміри вимірюють в основному об'ємний витрата речовини. Так як маса речовини незмінна, то в таких витратомірах немає необхідності його підстроювання залежно від зміни властивостей вимірюваного речовини. Більш того, Витратомір Коріоліса не вимагає підстроювання при зміні температури або тиску. Ці витратоміри застосовуються для вимірювання витрати рідин, в'язкість яких змінюється в залежності від температури і тиску.

Сили Коріоліса проявляються в коливальних системах, коли рідина або газ переміщається в напрямку осі коливань. Вимірювальна система Коріоліса має симетричну форму і складається з однієї або двох вимірювальних трубок прямий або викривленої форми. За допомогою електромагніту вимірювальна труба наводиться в коливання на резонансній частоті. Коли швидкість потоку дорівнює нулю, сила Коріоліса також дорівнює нулю. При наявності в вимірювальної трубці потоку, частинки рідини в продукті прискорюються на одному відрізку труби і сповільнюються на іншому. Сила Коріоліса створюється прискорюють і сповільнюють частинками рідини. Ця сила викликає дуже незначну деформацію вимірювальної трубки, яка накладається на основну складову і прямо пропорційна масовій витраті. Ця деформація вловлюється за допомогою спеціальних датчиків. Так як характеристики коливань вимірювальної труби залежать від температури, температура вимірюється постійно, відповідно вимірювана величина піддається корекції. Такі витратоміри мають дуже широкий спектр застосувань, починаючи від виміру агресивних рідин і рідкого азоту.


Електромагнітні витратоміри

Электромагнитный расходомерПринцип дії електромагнітних витратомірів заснований на використанні закону електромагнітної індукції Фарадея, який свідчить, що в рухомому в магнітному полі провіднику виникає електрична напруга. Рідина є провідником, а магнітне поле створюється котушками розташованими навколо труби. Що виникає напруга пропорційно швидкості потоку. Електроди, вмонтовані в стінки трубопроводу, вимірюють вийшло напруга. Електромагнітні витратоміри можуть вимірювати витрату тільки проводять електричний струм рідин і застосовуються там, де необхідні точні вимірювання і мінімальне обслуговування.