Методы и средства измерения расхода. Реферат на сайт. Классификация 3 Расходомеры переменного перепада давления 4

• Название: Классификация 3 Расходомеры переменного перепада давления 4
• Анкор: Методы и средства измерения расхода
• Дата: 04.06.2021
• Размер: 65 Kb.
• Имя файла: Реферат на сайт.docx
• Тип: Документы; #213909

Оглавление

Введение 2

Классификация 3

Расходомеры переменного перепада давления 4

Расходомеры постоянного перепада давления (ротаметры) 6

Расходомеры и их принцип действия 7

Измерение тепловой энергии 10

Методика расчета диапазона измерений. 12

Список использованной литературы: 16

Введение

Измерение расхода является сложной задачей, поскольку на показания приборов влияют физические свойства измеряемых потоков: плотность, вязкость, соотношение сред в потоке. Физические свойства измеряемых потоков, в свою очередь, зависят от условий эксплуатации, главным образом от температуры и давления. Если условия эксплуатации отличаются от условий, при которых производилась их градуировка, то ошибка в показаниях прибора может значительно превысить допустимые значения. Поэтому для серийно выпускаемых приборов установлены ограничения области их применения: по свойствам измеряемого потока, максимальной температуре и давлению, содержанию твердых частиц или газов в жидкости.

Измерение расхода широко применяется как в товароучетных и отчетных операциях, так и при контроле, регулировании и управлении технологическими процессами. В пищевой промышленности оптимальное управление многими технологическими процессами основывается на смешивании различных компонентов и ингредиентов, входящих в состав изготовляемого целевого продукта, в строго определенных соотношениях, изменение которых может привести к нарушению хода процессов и получению некачественного готового продукта.

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, а массовый — в кг/с.

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.

Классификация

В зависимости от принятого метода измерения приборы для измерения расхода и количества подразделяются на:

1. Расходомеры переменного перепада давления;

2. Расходомеры постоянного перепада давления (расходомеры обтекания);

3. Электромагнитные расходомеры;

4. Ультразвуковые расходомеры;

5. Расходомеры переменного уровня;

6. Тепловые расходомеры;

7. Вихревые расходомеры.

8. Тахометрические расходомеры - основаны на преобразовании скорости потока в угловую скорость вращения обтекаемого элемента. Подразделяются на турбинные, шариковые и камерные.

Расходомеры переменного перепада давления

Расходомеры переменного перепада давления основаны на том, что расход вещества зависит от перепада давления, создаваемого неподвижным устройством, установленным в трубопроводе, или элементом трубопровода.

Расходомер с сужающим устройством.

Его действие базируется на том, что расход зависит от перепада давления, образующегося в сужающем устройстве, в результате частичного перехода потенциальной энергии потока в кинетическую. Такой расходомер состоит из установленного в трубопроводе сужающего устройства, перепад давления на котором посредством импульсных соединительных трубок передается на дифманометр и далее на вторичный прибор. Расходомеры этого типа позволяют измерять расходы жидкости, газа и пара в широких пределах при различных температурах и давлениях, а также обеспечивают относительно высокую точность измерения, регистрацию показаний и их передачу на расстояние.

К сужающим устройствам относят диафрагмы, сопла и сопла Вентури (рисунок 1). Эти устройства используют в комплекте с дифференциальными манометрами для измерения расхода и количества жидкостей, газов и паров в горизонтальных, наклонных и вертикальных трубопроводах без индивидуальной градуировки.



Рисунок 1 − Сужающие устройства: а – диафрагма; б – сопло; в – сопло Вентури

Диафрагма (рисунок 1, а) представляет собой тонкий диск с центральным отверстием, передняя часть которого имеет цилиндрическую форму, переходящую в расширяющийся конус. Отбор давления осуществляется с помощью кольцевых камер, расположенных по окружности трубы, или с помощью отдельных отверстий в трубопроводе (бескамерный отбор). Диафрагмы широко применяют для измерения расходов жидкости, пара или влажного газа.

Сопло (рисунок 1, б) имеет спрофилированную входную часть, которая переходит в цилиндрический участок диаметром d. Отбор давления осуществляется так же, как и в диафрагме. Сопла используют для измерения расхода паров и газов, причем они позволяют измерять больший расход, чем диафрагма. Потери давления и ошибки измерения у сопла ниже, чем у диафрагмы.

Сопло Вентури (рисунок 1, в) применяют там, где при измерении расхода недопустимы большие потери давления. Оно состоит из двух частей: стандартного сопла и диффузора. Отбор давления от сопла осуществляется через кольцевые камеры.

Расходомеры постоянного перепада давления (ротаметры)

Расходомеры постоянного перепада называются ротаметрами. Принцип действия этих приборов основан на измерении изменяющегося проходного сечения отверстия для течения жидкости или газа.

Ротаметры используются в промышленных и лабораторных условиях для измерения небольших объемных расходов жидкостей (верхние пределы измерения ротаметров по воде находятся в пределах от 0,04 до 16 м3 /ч) или газов (верхние пределы измерения ротаметров по воздуху находятся в пределах от 0,063 до 40 м3 /ч) в вертикальных трубопроводах диаметром 4-100 мм.

Отечественной промышленностью выпускаются ротаметры двух видов: со шкалой измерений, которая нанесена на стеклянную трубку, и бесшкальные с металлической трубкой, с электрической или пневматической передачей показаний.

Ротаметр со шкалой состоит из вертикальной расширяющейся кверху конусной стеклянной трубки. Внутри трубки находится поплавок, свободно плавающий в потоке жидкости или газа. Шкала прибора имеет равномерные деления и нанесена непосредственно на стеклянную трубку. Прибор устанавливают только в вертикальном положении. Верхняя грань поплавка указывает на шкале расход жидкости или газа.

Бесшкальные ротаметры с электрической и пневматической дистанционной передачей изготовляют в металлическом корпусе. Они работают в комплекте с другими приборами. Принцип их действия аналогичен принципу действия ротаметров, имеющих шкалу измерений.

Недостатками ротаметров являются необходимость установки только на вертикальных участках трубопроводов, трудности дистанционной передачи показаний и записи, непригодность для измерения расхода сред с высоким давлением и температурой.

Расходомеры и их принцип действия

В зависимости от принятого метода измерения приборы для измерения расхода и количества подразделяются на:

1. Расходомеры переменного перепада давления – основаны на измерении перепада давления, который образуется в результате местного изменения скорости потока жидкости, газа или пара. Расходомеры данного вида включают в себя три отдельные части: преобразователь расхода, создающий перепад давления в зависимости от расхода (сужающее устройство); соединительное устройство, передающее перепад давления от преобразователя к измерительному прибору; дифференциальный манометр, измеряющий перепад давления, образованный преобразователем расхода и градуированный в единицах расхода.

2. Расходомеры постоянного перепада давления (расходомеры обтекания)– основаны на уравновешивании обтекаемого тела потоком измеряемого вещества. Формы обтекаемых тел различны: поплавок, поршень, шар, диск, крыло. По конструктивным особенностям эти расходомеры подразделяются на ротаметры, поршневые и поплавковые расходомеры.

3. Электромагнитные расходомеры – основаны на законе электромагнитной индукции, согласно которому в проводнике, движущемся в магнитном поле, будет наводиться э. д. с, пропорциональная скорости движения проводника. В электромагнитных расходомерах роль проводника выполняет электропроводная жидкость, протекающая по трубопроводу и пересекающая магнитное поле электромагнита. При этом в жидкости будет наводиться ЭДС, пропорциональная скорости ее движения, т. е. расходу жидкости. Выходной сигнал такого первичного преобразователя снимается двумя изолированными электродами, установленными в стенке трубопровода.

Преимущества:

-Малоинерционны – подходят для измерения быстро меняющихся расходов без запаздывания

-Нет движущихся деталей

-Маленькое гидравлическое сопротивление

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.

4. Ультразвуковые расходомеры – основаны на сложении скорости распространения ультразвука в жидкости и скорости самого потока жидкости. Излучатель и приемник ультразвуковых импульсов расходомера располагают на торцах измерительного участка трубопровода. Электронный блок содержит генератор импульсов и измеритель времени прохождения импульсом расстояния между излучателем и приемником. По методу определения расхода жидкости ультразвуковые расходомеры подразделяются на импульсные, частотные и фазовые.

В импульсных расходомерах проводится измерение разности времени Ат прохождения импульса по потоку и против него. Скорость потока, а следовательно, и его расход зависят от Ат. Поскольку величина Ат очень мала (10^-6 - 10^-7с), в импульсных расходомерах используются сложные электронные схемы, что ограничивает область применения этих приборов.

В частотных расходомерах каждый последующий импульс посылается после того, как предыдущий достиг приемника. Разность частот следования импульсов по потоку и против него определяется схемой установки и пропорциональна скорости и объемному расходу жидкости. В фазовых расходомерах измеряется разность фаз ультразвуковых колебаний, распространяющихся по потоку и против него. Разность фаз, как и разность частот, пропорциональна расходу жидкости.

Недостатком указанных расходомеров является зависимость показаний прибора от измерения физико-химических свойств среды, ее температуры, а также скорости потока. Погрешность увеличивается из-за наличия сопротивления движению потока в трубопроводе.

5. Тахометрические расходомеры – основаны на преобразовании скорости потока в угловую скорость вращения обтекаемого элемента. Подразделяются на турбинные, шариковые и камерные.

6. Расходомеры переменного уровня – основаны 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.

7. Тепловые расходомеры – основаны на использовании зависимости эффекта теплового воздействия на поток вещества от массового расхода этого вещества.

8. Вихревые расходомеры – основаны на зависимости от расхода частоты колебаний давления среды, возникающих в потоке в процессе вихреобразования. 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.

Преимущества:

-независимость показаний от давления и температуры

-большой диапазон измерений

Недостатки:

-потеря давления

-не годятся для измерения малых расходов

-не подходят для измерения расхода загрязненных и агрессивных сред

Измерение тепловой энергии

Существует несколько общепринятых единиц измерения тепловой энергии. В основном их используют в промышленных отраслях, таких как энергетика. Самые распространенные из них это:

Калория — единица измерения, не входящая в общую систему, равная количеству тепла, необходимого для нагревания 1 грамма воды на 1 кельвин при стандартном атмосферном давлении 101 325 Па. В основном исчисления производят в килокал, Мегакал, Гигакал;

Тонна пара — одна из специфичных и самых редко используемых величин, с помощью которых измеряют количество энергии тепла в особо больших объемах. Одна единица «тонны пара» равняется количеству энергии затраценной на получение одной тонны пара;

Джоуль — распространенная единица измерения из СИ, использующаяся для общего обозначения количества энергии в разных ее видах. Основными величинами являются кДж, МДж, ГДж; кВт на час (Квт х ч) — основная единица измерения электрической энергии, используемая странами.

Тепловыми называются расходомеры, основанные на измерении зависящего от расхода эффекта теплового воздействия на поток или тело, контактирующее с потоком. В настоящее время есть много разновидностей тепловых расходомеров, различающихся способом нагрева, расположением нагревателя и характером функциональной зависимости между расходом и измеряемым сигналом:

1. 
   Калориметрические расходомеры основаны на зависимости нагрева среднемассовой разности температур потока.
   
2. 
   Термоконвективные расходомеры – тепловые расходомеры, у которых ни нагреватель, ни термопреобразователь не вводятся внутрь трубопровода, а располагаются снаружи.
   
3. 
   Термоанемометры основаны на зависимости между потерей тепла непрерывно нагреваемого тела и скоростью газа или жидкости, в которых тело находится
   
4. 
   В Тепловых расходомерах с излучателями нагрев потока производится с помощью энергии электромагнитного поля высокой частоты (порядка 100 МГц), сверхвысокой частоты и инфракрасного диапазона.
   
5. 
   Тепловые расходомеры с жидкостным или газовым теплоносителем предназначены для расхода пульп, высокотемпературных сред и различных веществ в потенциально опасных технологических процессах.
   
6. 
   Парциальные тепловые расходомеры служат для измерения средних и больших расходов. (0,5; 1; 2; 5; 10; 20; 50; 100 м3 /ч)
   
7. 
   Тепловые микрорасходомеры не имеют контакта с измеряемым веществом, весьма удобны для малых расходов жидкостей и газов при любом давлении (расход от 1-2г/ч)
   

Методика расчета диапазона измерений.

От правильного выбора диапазона измерения в значительной мере зависят достоверность результатов измерения (регистрации) и эффективность работы в эксперименте. Выбор нужного диапазо­на может выполняться вручную (самим пользователем) или автоматически, благодаря логике работы прибора (микропроцессору).

Если ничего не известно о возможном значении измеряемого па­раметра, необходимо, начиная измерять со старшего («грубого») диапазона, и, постепенно переходя на более чувствительный, ис­кать подходящий. Всегда нужно стремиться выбрать такой диапа­зон, на котором показания индикатора содержат максимальное число значащих цифр.

Рассмотрим вопрос выбора диапазона измерения на примере статического измерения действующего значения силы переменно­го (периодического) тока многопредельным ЦМ. Действующее значение тока на интервале экспериментов считаем неизменным. Пренебрегая методическими погрешностями, погрешностями вза­имодействия, субъективными погрешностями, оценим количе­ственно абсолютные D и относительные δ инструментальные по­грешности результатов измерения тока на всех диапазонах. При этом воспользуемся наиболее простым – детерминированным под­ходом (методом наихудшего случая).

Допустим, мы имеем мультиметр с тремя диапазонами измерения переменного тока: первый диапазон 0... 10 А; второй 0... 1,0 А; тре­тий 0... 100 мА. Длина шкалы прибора L = 999 точек (т.е. равна трем полным десятичным разрядам) на всех диапазонах. Предположим для простоты, что класс точности прибора на всех диапазонах оди­наков и определяется предельным значением основной абсолютной погрешности:

D_п = ±(0,005 X + 0,01 X_к),

где X –измеренное значение (результат измерения); X_к–верхнее значение конкретного диапазона измерения.

Предположим также, что условия эксплуатации прибора в те­чение времени экспериментов нормальные, т.е. имеет место толь­ко основная инструментальная погрешность.

Допустим, выполнено три эксперимента – измерены значения тока I_xв исследуемой цепи поочередно на каждом из трех диапазо­нов и получены следующие результаты:

0,06 А на диапазоне 0... 10 А;

0,062 А на втором диапазоне – 0... 1,0 А;

62,4 мА на третьем диапазоне – 0... 100 мА.

Предельное значение основной абсолютной погрешности D₁ первого результата измерений может быть найдено по классу точ­ности ЦМ:

D₁ = ±(0,005 · 0,06 + 0,01 · 10) = ±0,1003 А ≈ ±100 мА.

Предельные значения основных абсолютных погрешностей D₂, D₃ второго и третьего результатов измерений могут быть найдены соответственно:

D₂ = ±(0,005 · 62 + 0,01 · 1000) = ±10,31 мА ≈ ±10 мА;

D₃ = ±(0,005 · 62,4 + 0,01 · 100) = ±1,312 мА ≈ ±1,3 мА.

Предельные значения соответствующих основных относитель­ных погрешностей δ₁, δ₂, δ₃ на каждом из трех диапазонов равны, соответственно:

δ₁ ≈ ±167 %;

δ₂ ≈ ±6 %;

δ₃ ≈ ±2,1 %.

Очевидно, что в данном случае для измерения такого значения тока правильнее выбрать третий диапазон (0... 100 мА), так как он обеспечивает значительно меньшую погрешность, чем на втором и тем более на первом (почти в 80 раз) диапазонах.

Запись окончательного результата измерения I_xв этом примере (для диапазона 0... 100 мА) выглядит так:

I_x = 62,4 мА; D = ±1,3 мА с вероятностью р_дов = 1.

Строго говоря, необходимо учитывать и другие возможные составляющие общей погрешности результата, например, по­грешность взаимодействия, которая может быть вызвана недо­статочно малым входным сопротивлением ЦМ в режиме изме­рителя тока.

Большинство современных моделей ЦМ имеют режимы как руч­ного, так и автоматического выбора диапазона (АВД) измерения (Autoranging DMM). Режим АВД позволяет оператору не заботить­ся о переключении диапазонов. Особенно это важно, когда о вход­ном измеряемом параметре не известно ничего, или, если изме­ряемый параметр в процессе наблюдения может сильно меняться (например, в 2...5 раз). Помимо очевидного удобства работы и уп­рощения использования прибора, режим АВД обеспечивает полу­чение результата с максимально достижимыми точностью и разрешающей способностью. Правда, АВД, как правило, снижает бы­стродействие прибора.

В простейшем варианте, при длине шкалы, равной целому числу десятичных разрядов, алгоритм АВД таков. Работа прибора начина­ется с включения самого старшего (грубого) диапазона, на кото­ром выполняется обычное аналого-цифровое преобразование. За­тем контроллер (микропроцессор) прибора автоматически анали­зирует содержимое старшего десятичного разряда полученного ре­зультата. Если оно равно нулю, то включается ближайший младший (более чувствительный) диапазон и выполняется новое преобразо­вание. И вновь контроллер определяет содержимое старшего разря­да. Если, предположим, он опять равен нулю, то включается следу­ющий младший (еще более чувствительный) диапазон. Таким обра­зом, контроллер прибора с АВД в этом алгоритме начиная со старше­го диапазона автоматически перебирает поочередно несколько диа­пазонов (может быть все) и останавливается на том, где результат преобразования будет содержать значащие цифры во всех разрядах (или на самом младшем при входном сигнале малого уровня).

Если сигнал в процессе циклической работы будет заметно уве­личиваться, так, что потребуется переход на соседний более стар­ший диапазон, то это произойдет по сигналу перегрузки, который формируется при переполнении счетчика аналого-цифрового преобразователя. Для обеспечения устойчивости работы прибора вблизи границ диапазонов в алго­ритме работы предусмотрен обычно некоторый гистерезис (10...20%) при переходах из одного диапазона в другой.

В некоторых моделях ЦМ реализован более логичный алгоритм, при котором контроллер анализирует все разряды результата пре­образования и сразу определяет, на какой диапазон следует пере­ключить ЦМ.

Список использованной литературы:

1. Абрамов Г.С., Барычев А.В. Практическая расходометрия в нефтяной промышленности. - М.: ОАО ВНИИИОЭНГ, 2002.

2. Преображенский В.П. Теплотехнические измерения и приборы. - М.: Энергия, 1978.

3. Кремлевский П.П. Расходомеры и счётчики количества веществ, справочник, книга первая, 2002.

4. Кремлевский П.П. Расходомеры и счётчики количества веществ, справочник, книга вторая, 2004.

5. МИ 1967-89 ГСИ. Выбор методов и средств измерений при разработке методик выполнения измерений.

6.https://studopedia.net/3_49058_izmerenie-rashoda-i-kolichestva-veshchestva-edinitsi-izmereniya-osnovnie-metodi-i-sredstva-izmereniy-ih-klassifikatsiya-i-vidi.html - Измерение расхода и количества вещества.

7.https://rusautomation.ru/stati/tipy-sredstv-izmereniya-rashoda-zhidkosti - Типы средств измерения расхода жидкости.

8 https://kipia-portal.ru/2016/08/10/izmerenie-rasxoda-zhidkostej-gazov-i-parov/ - Расходомеры переменного перепада давления.

9.http://docs.cntd.ru/document/1200094703 - РМГ 61-2010 Государственная система обеспечения единства измерений.

10.http://teploobmennye-apparaty.ru/pribory-kontrolya-raskhoda-teplonositelei-temperatury-teploty/raskhodomery-peremennogo-perepada-davleniya/ - Теплообменные аппараты и приборы в легкой промышленности.

11.https://madenergy.ru/stati/teplovaya-energiya-edinicy-izmereniya-i-ix-pravilnoe-ispolzovanie.html - Тепловая энергия: единицы измерения и их использование.

12.https://www.maxplant.ru/article/flow_sensor.php - Принцип работы ротаметров.

13.https://studbooks.net/1757014/geografiya/metody_sredstva_izmereniya_rashoda - Методы и средства измерения расхода.

Красноярск 2020