Дипломная работа: Технологический процесс контроля жидкости

1.3.4 Расходомер переменного перепада давления

Расходомерами переменного перепада давления называются расходомеры, основанные на зависимости от расхода вещества перепада давления, создаваемого неподвижным устройством, устанавливаемым в трубопроводе, или самим элементом трубопровода.

Комплект приборов, измеряющих расход по методу переменного перепада давления, состоит из трех обязательных элементов: сужающего устройства, линии связи и дифференциального манометра, рисунок 1.6. Расходомеры переменного перепада давления подразделяются на шесть самостоятельных групп в зависимости от устройства и принципа действия их преобразователей расхода, это:

- расходомеры с сужающим устройством, основанные на зависимости от расхода перепада давления, образующего в сужающем устройстве, в результате преобразования части потенциальной энергии потока в кинетическую;

1 - трубопровод; 2 - сужающее устройство; 3 - дифференциальный манометр.

Рисунок 6 - Измерение расхода по методу перепада давления

- расходомеры с гидравлическим сопротивлением, основанные на зависимости от расхода перепада давления, образующегося на гидравлическом сопротивлении;

- центробежные расходомеры, основанные на зависимости от расхода перепада давления, образующегося на закруглении трубопровода в результате действия центробежной силы в потоке;

- расходомеры с напорным устройством, основанные на зависимости от перепада давления, создаваемого напорным усилителем как в результате перехода кинетической энергии струи в потенциальную, так в результате частичного перехода потенциальной энергии в кинетическую;

- расходомеры с напорным устройством, основанные на зависимости от расхода перепада давления, создаваемого напорным устройством в результате местного перехода кинетической энергии струи в потенциальную;

- струйные расходомеры, основанные на зависимости от расхода перепада давления, образующегося при ударе струи.

Наиболее важными среди всех перечисленных приборов является расходомеры с сужающими устройствами.

Причиной является следующие три очень важных их достоинства:

- универсальность применения. Они пригодны для измерения любых однофазных сред, а в известной мере и двухфазных. Кроме того, они пригодны для измерения расходов самой различной величины в трубах, практически любого диаметра и, практически, при любом давлении и температуре;

- удобство массового производства. Индивидуально изготовляется только преобразователь расхода - сужающее устройство. Все же остальные части, и в том числе наиболее сложные, дифманометр, могут изготавливаться крупносерийно;

- отсутствие необходимости в образцовых расходомерных установках в случае применения в качестве преобразователей расхода стандартных сужающих устройств, установленных в трубах, имеющих диаметр не менее 50мм.

Сужающее устройство - это специальная конструкция, устанавливаемая в трубопроводе, создающая в потоке жидкости (пара, газа) сужение сечения, вследствие чего часть потенциальной энергии жидкости переходит в кинетическую (рисунок 1.7).

Рисунок 7 - Сужающее устройство

Система измерения по методу переменного перепада давления характеризуется тем, что сужающее устройство - диафрагма или сопло - является неподвижной деталью, расположенной на пути измеряемого потока жидкости, пара или газа. Создаваемое этим неподвижным элементом со строго определенными экспериментом и расчетами размерами сопротивление потоку (перепад давления) измеряется дифференциальным манометром - прибор, предназначенный для измерения разности давления. Линия связи между сужающим устройством и дифференциальным манометром осуществляется трубками небольшого сечения. Сужающие устройства различаются по конструкции: диафрагма, сопло, сопло с конусом.

Измерение расхода по методу переменного перепада вследствие высокой гибкости метода, возможности использования при различных технологических процессах и простоты применяемой аппаратуры нашло широчайшее применение в промышленности переработки нефти и газов.

Главным недостатком измерения расхода по методу переменного давления с применением сужающих устройств является: большая погрешность (от 1,5 до 2,5%); невозможность использования без переделок комплекта прибора для измерения расхода другой жидкости, если эти жидкости отличаются друг от друга, кроме той, для которого он был предназначен и рассчитан; чувствительность к загрязнениям и требование неизменности агрегатного состояния среды, квадратичная зависимость между расходом и перепадом, следствие чего является неравномерность шкалы, весьма малый диапазон измерении, и затруднения, возникающие при применении их для измерения переменных расходов.

1.3.5 Вихревые расходомеры

Вихревыми называются расходомеры, действие которых основан на измерении частоты колебаний, возникающих в потоке в процессе вихреобразования.

Вихревые расходомеры обладают рядом преимуществ по некоторым показателям: надежность работы, так же стабильность метрологических характеристик, но при этом общефизический принцип измерения дает ограничение по вязкости среды измерения. Из-за того, что поток жидкости с большой вязкостью является ламинарным, что ведет за собой меньшую интенсивность вихреобразования за телом обтекания, или не образование вихрей вообще.

Сложность измерения расхода в условиях ламинарности потока заключается в слабом сигнале расхода, поступающим на сенсор вихревого расходомера. Решение проблемы заключается в конструкции сенсора, обеспечивающей усиление сигнала изгибом крыла, а также технологии интеллектуального распознавания сигнала сигнальным процессором.

Расходомеры делятся на три категории, существенно отличающиеся между собой.

Расходомеры, у которых в первичном преобразователе установлено неподвижное тело. После обтекания, которого с двух его сторон попеременно образуются срывающиеся вихри, которые создают пульсации давления.

Расходомеры, где в первичном преобразователе поток закручивается, поступая далее в расширенную часть трубы, процессирует создав при этом пульсации давления.

Расходомеры, в преобразователе которых поток, вытекающий из отверстия, совершает автоколебания, образуя пульсацию давления.

Рисунок 8 - Принцип работы вихревого расходомера имеющего в первичном преобразователе неподвижный цилиндр.

Преобразователи расхода у данных расходомеров многоступенчатые. На первой ступени, когда осуществляется вихреобразование или закручивание струи образуются пульсации давления, а так же скорости, частота которых зависит от объемного расхода. На второй ступени данные пульсации преобразуют в выходной сигнал, часто электрический. Для этого используют преобразователи давления (пьезоэлементы), напряжения (тензорезисторы), ультразвуковые преобразователи, температуры (термоанемометры), скорости и т. п.

Из мировых производителей вихревых расходомеров можно выделить компании: «EMCO» (Германия) (модели датчиков: Hydro-Flow, Vortex PhD, V-Bar и др.); «ABB» (Германия) (модели датчиков: FV4000, FS4000 и др.); «GE Sensing» (модели датчиков: PanaFlow MV82 и др.); Yokogawa (Япония). Из российских производителей: ЗАО «ЭМИС» (модель датчика ЭМИС - ВИХРЬ технические характеристики приведены в таблице 1, ниже); «АППЭК» (SWIRL модель FS4000-ST4/SR4 и др.); ООО «ГЛОБУС» (модель датчика: Ирга-РВ), «Метран - 300пр».

Таблица 4 - Технические характеристики вихревого расходомера ЭМИС-ВИХРЬ. (Россия)

1.3.6 Электромагнитный расходомер

Работа электромагнитного расходомера основана на открытом Фарадеем законе линейной зависимости между э.д.с., наводимой в проводнике, движущемся в магнитном поле, и скоростью его движения. На рисунке 1.6 представлен внешний вид расходомера, где приняты следующие обозначения: 1 обмотка возбуждения, 2 - электроды, при помощи которых снимается э.д.с. с движущейся жидкости, 3 - внутренняя немагнитная труба, футерованная диэлектрическим материалом, в которой и происходит измерение расхода, 4 - внешний магнитопровод, 5 - магнитные силовые линии.

Электромагнитный расходомер состоит из трубы, выполненной из немагнитной (как правило нержавеющей) стали, покрытой изнутри изолирующим материалом. Катушки возбуждения, расположенные снаружи трубы, создают магнитное поле. Жидкость, протекающая по трубе, играет роль проводника. Э.д.с., наводимая в жидкости, пропорциональна скорости потока.

Два небольших электрода, расположенных друг против друга заподлицо с поверхностью изолирующего слоя, воспринимают э.д.с. Наводимая э.д.с. не может быть использована непосредственно, т.к. она мала и источник э.д.с. обладает высоким внутренним сопротивлением. Воспринимаемый электродами сигнал направляется в устройство, которое осуществляет усиление, фильтрацию и нормирование выходного сигнала.

Датчик в виде простого отрезка трубы с внутренней футеровкой и двумя электродами не создает препятствия потоку, и потеря давления в данном случае не превышает потерю давления в прямой трубе такой же длины.

Данные расходомеры позволяют успешно измерять расходы суспензий, пульп и жидкостей, содержащих твердые частицы.

Для покрытия внутренней поверхности трубы используют разницу, устойчивую к абразивным воздействиям: эмаль, полеуретан, фторопласт и др. материалы. В качестве материалов для изготовления электродов обычно используют нержавеющую сталь, однако, малые размеры электродов позволяют использовать и более редкие металлы, как, например, платина, тантал, иридий при сравнительно небольшом увеличении стоимости прибора. Это означает, что электромагнитные расходомеры могут быть изготовлены из материалов, химически устойчивых по отношению к практически любым жидкостям.

Рисунок 9 - Электромагнитный расходомер

Поэтому данный тип расходомера используется для работы со многими сильно коррозирующими и агрессивными жидкостями и даже с жидкими металлами.

Основные достоинства и недостатки электромагнитных расходомеров представлены в таблице 2.

Таблица 5 - Электромагнитные расходомеры

Возможность загрязнения электродов в некоторых случаях применения.

Линейная градуированная характеристика.

Необходимость в градуировке.

С увеличением размеров прибора его стоимость растет не так быстро, как у других типов расходомеров.

2. Параметры водного потока и водоводов как объектов измерений. Выявление и анализ искажения измерительной информации