Приборы для измерения расхода жидкости и газа

Министерство образования  и науки Российской Федерации

Федеральное агентство  по образованию 

Государственное образовательное  учреждение высшего профессионального  образования

«»

 

Кафедра гидравлики

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ 

на  тему: «Приборы для измерения расхода жидкости и газа»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Работу  выполнил

Студент группы

          ________ 

Дата          

 

 

 

 

 

 

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

Часть 1                                                                                   Стр.

1.ПРИНЦИП РАБОТЫ ИЗМЕРИТЕЛЕЙ МАССОВОГО

 РАСХОДА ГАЗА…………………………………………………….....3

2.ПРИНЦИП РАБОТЫ ТЕПЛОВОГО МАССОВОГО

 РАСХОДОМЕРА ДЛЯ ГАЗОВ………………………………………..4

3.ТИПЫ РАСХОДОМЕРОВ-СЧЕТЧИКОВ ГАЗА…………………...5

Часть 2

1. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ИЗМЕРЕНИИ РАСХОДА И

 МАССЫ ВЕЩЕСТВ…………………………………………………...14

2. РАСХОДОМЕРЫ ПЕРЕМЕННОГО  ПЕРЕПАДА ДАВЛЕНИЯ.....14

3. РАСХОДОМЕРЫ ОБТЕКАНИЯ……………………………………15

4. ТАХОМЕТРИЧЕСКИЕ РАСХОДОМЕРЫ…………………………17

5. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ РАСХОДОМЕРЫ………………………18

6. РАСХОДОМЕРЫ ПЕРЕМЕННОГО  УРОВНЯ…………………….19

7. ТЕПЛОВЫЕ РАСХОДОМЕРЫ……………………………………..20

8. ВИХРЕВЫЕ РАСХОДОМЕРЫ……………………………………..21

9. АКУСТИЧЕСКИЕ  РАСХОДОМЕРЫ………………………………21

ЛИТЕРАТУРА……………………………………………………...23

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Часть 1

 

1.ПРИНЦИП РАБОТЫ  ИЗМЕРИТЕЛЕЙ МАССОВОГО

 РАСХОДА ГАЗА

 

"Расходомер в технике,  прибор для измерения расхода - объёма или массы среды, протекающей через прибор в единицу времени. Используется для контроля и учёта жидкости, пара или газа при их производстве, отпуске, потреблении и хранении, а также служит для регулирования технологических и теплоэнергетических процессов в автоматических системах контроля и регулирования. Р., работающие в течение произвольного промежутка времени, называются счётчиками жидкости и газа; они могут использоваться как самостоятельными приборы или входить в измерительный узел топливомаслораздаточной колонки и т.п. установок. Иногда Р. снабжают интеграторами - устройствами для суммирования измеряемых масс или объёма." 

Что такое массовый расход газа?

 

Возьмем воображаемый цилиндр  емкостью 1 литр, который герметично закрыт с одной стороны наглухо, а с другой - подвижным поршнем пренебрежимо малого веса. Этот цилиндр содержит 1 литр воздуха при нормальном давлении (приблизительно 1 бар). Масса такого объема воздуха (при температуре равной 0°С) составляет 1,293 грамм. Если переместить поршень на половину расстояния до дна цилиндра, то объем воздуха в цилиндре сократится наполовину и составит 0,5 литра, давление будет равным примерно 2 бара, но масса не изменится и составит 1,293 грамм, так как общее количество молекул воздуха, содержащихся в цилиндре, не изменилось. 
Если следовать этому примеру, то массовый расход следовало бы измерять единицами массы в минуту, такими как "грамм в минуту" или "миллиграмм в секунду" или другими. Большинство из нас однако привыкли мыслить и работать с газами, пользуясь объемными единицами (литры, куб.метры и пр.). Эта проблема не возникает, если оговорить условия (температуру и давление), при которых измеряется объем. В качестве таких условий были выбраны: температура равная 0°С и давление равное1,013бар. 
Таким образом, измерители расхода газа (массовые расходомеры), измеряют расход газа в объемных единицах в минуту при нормальных условиях, вне зависимости от того, какова была реальная температура газа и его давление в момент измерений. Другими словами, эти измерители "отсчитывают количество молекул", которое прошло через прибор.

Следует всегда помнить  о том, что приводимые в руководствах и технических описаниях величины объемных расходов соответствуют нормальным условиям (температура равная 0°С и  давление равное 1,013 бар). Например, если выбрать в качестве базовой температуру не 0°С, а 20°С, то разница в измерениях составит 7%!

 

 

 

 

 

2.ПРИНЦИП РАБОТЫ  ТЕПЛОВОГО МАССОВОГО

 РАСХОДОМЕРА  ДЛЯ ГАЗОВ

 

Основными элементами конструкции  измерителя расхода газа (массового расходомера) являются:

специальный "элемент  сопротивления потоку", обеспечивающий идеальное расщепление потока с  целью отвода его части в канал  измерительной ячейки

специальная измерительная  ячейка, обеспечивающая сверхстабильную  температурную стабильность сенсора.

Элемент сопротивления  потоку представляет собой набор  специальных дисков из нержавеющей  стали с прецизионно вытравленными каналами в них. Размер каждого канала соответствует размеру измерительного капилляра сенсора. Конструкция элемента сопротивления потоку обеспечивает стабильный коэффициент отношения потока через сенсор и мимо него. Причем это отношение остается постоянным во всем диапазоне изменения параметров эксплуатации прибора.

 

Измерительная ячейка (сенсор) состоит  из капилляра (измерительного канала), двух термосопротивлений (RT1 и RT2) и нагревательного элемента (RH) между ними. Часть газа, ответвляемая элементом сопротивления потоку, проходит по капилляру и нагревается с помощью нагревательного элемента. Термосопротивления предназначены для регистрации температуры газа до (T1) и после (T2) нагревательного элемента. Разность этих температур (T2-T1) прямо пропорциональна массовому расходу газа. Электронная часть измерителя обеспечивает преобразование сигнала от измерительной ячейки в стандартный линейный унифицированный выходной сигнал OUTPUT (0..5В, 0..10В, 0..20мА, 4..20мА).

Если прибор является не только измерителем, но и регулятором, то электронная схема на основе разницы  сигналов задания (SETPOINT) и измерения (OUTPUT), вырабатывает сигнал управления (в соответствии с законами ПИД-регулирования) для поддержания постоянного расхода с высокой точностью.

 

 

 

3.ТИПЫ РАСХОДОМЕРОВ-СЧЕТЧИКОВ  ГАЗА

3.1.Турбинные счетчики газа.

 

Выполнены в виде трубы, в которой  расположена винтовая турбинка, как правило, с небольшим перекрытием лопаток одной другую. В проточной части корпуса расположены обтекатели, перекрывающие большую часть сечения трубопровода, чем обеспечивается дополнительное выравнивание эпюры скоростей потока и увеличение скорости течения газа. Кроме того, происходит формирование турбулентного режима течения газа, за счет чего обеспечивает линейность характеристики счетчика газа в большом диапазоне. Высота турбинки, как правило, не превышает 25-30% радиуса. На входе в счетчик в ряде конструкций предусмотрен дополнительный струевыпрямитель потока выполненный или в виде прямых лопаток или в виде «толстого» диска с отверстиями разного диаметра. Установка сетки на входе турбинного счетчика, как, правило, не применяется, так как ее засорение уменьшает площадь проходного сечения трубопровода, соответственно увеличивает скорость течения потока, что приводит к увеличению показаний счетчика. 
         Преобразование скорости вращения в турбинки в объемные значения количества прошедшего газа осуществляется путем передачи вращения турбинки через магнитную муфту на счетный механизм, в котором путем подбора пар шестеренок (во время градуировки) обеспечивается линейная связь между скоростью вращением турбинки и количеством пройденного газа. 
 
         Другим методом получения результата количества пройденного газа в зависимости от скорости вращения турбинки является использование для индикации скорости магнитоиндукционного преобразователя. Лопатки турбинки при прохождении вблизи преобразователя возбуждают в нем электрический сигнал, поэтому скорость вращения турбинки и частота сигнала с преобразователя пропорциональны. При таком методе преобразование сигнала осуществляется в электронном блоке, так же как и вычисление объема прошедшего газа. Для обеспечения взрывозащищенности счетчика блок питания должен быть выполнен с взрывозащитой. Однако применение электронного блока упрощает вопрос расширения диапазона измерения счетчика (для счетчика с механическим счетным механизмом 1:20 или 1:30), так как нелинейность характеристики счетчика, проявляющаяся на малых расходах, легко устраняется применением кусочно-линейной аппроксимацией характеристики (до 1:50), чего в счетчике с механической счетной головкой сделать нельзя. 
 
        Для измерения расхода турбинные счетчика газа СГ-16М и СГ-75М имеют взрывозащищенный импульсный выход (геркон) «сухие контакты реле» с частотой 1 имп./1куб.м. и не взрывозащищенный импульсный выход (оптопара) с частотой импульсов 560 имп/куб.м.

 

3.2.Ротационный счетчик газа.

 

Принцип действия счетчика заключается в обкатывании двух роторов специально спрофилированной формы (напоминающую цифру «восемь»), друг по другу под действием потока газа. Синхронность обкатывания роторов обеспечивается специальными шестеренками, соединенными с соответствующим ротором и между собой. Для обеспечения точности измерения профиль роторов и внутренняя поверхность корпуса счетчика должны быть выполнены с высокой точностью, что достигается применением специальных технологических приемов обработки этих поверхностей. Необходимо выделить несколько преимуществ этих типов счетчиков перед турбинными. Большой диапазон измеряемых расходов (до 1:160) и малая погрешность при измерении переменных потоков. Второе свойство - делает их незаменимыми для измерения расхода газа потребляющих «крышными» котельными, работающих в импульсном режиме. Любое направление газа через счетчик. Отсутствие требований к наличию прямых участков за счетчиком и перед ним.  
Ротационные счетчики RVG (также как и “ DELTA ” и “ ROOTS ” ) могут доукомплектовываться, кроме штатного низкочастотного датчика (геркон) с частотой срабатывания 10 имп/куб.м., среднечастотным Е-300 с частотой срабатывания до 200 имп/куб.м., и высокочастотным до 14025 имп./куб.м.

 

3.3.Вихревые расходомеры-счетчики.

 

Принцип действия основан на эффекте возникновения периодических вихрей при обтекании потоком газа тела обтекания. Частота срыва вихрей пропорциональна скорости потока и, соответственно, объемному расходу. Индикацию вихрей может осуществляться термоанемометром (ВРСГ-1) или ультразвуком (ВИР-100, СВГ.М). По диапазону измерения счетчики занимают промежуточное значение между турбинными и ротационными до 1:50. В связи с тем, что в данном типе счетчиков отсутствуют подвижные элементы, нет необходимости в системе смазки, необходимой для турбинных и ротационных счетчиков. Появляется возможность использовать данный тип счетчиков для измерения количества кислорода, который измерять турбинными и ротационными счетчиками категорически нельзя из-за сгорания масла в среде кислорода. Также верхний предел измерения расхода для данного типа прибора выше, чем у турбинных, например для Ду=200 мм. Турбинные счетчики применяются до 2500 м 3/час, а ВРСГ-1 до 5000 м 3/час.

 

 

3.4.Ультразвуковые расходомеры-счетчики газа.

 

Принцип действия заключается в направлении ультразвукового луча в направлении по потоку и против потока и определении разницы времени прохождения этих двух лучей. Разница во времени пропорциональна скорости течения газа. До 2002 года в России ультразвуковые расходомеры на газ не выпускались. В настоящее время выпускаются ультразвуковые расходомеры «Гобой-1» на расходы 10, 16, 25, 40, 65, 100 м 3/ч , на трубопроводы от 25 до 80 мм., для абсолютных давлений до 2 кгс/см 2 , УБСГ-001на расходы от 0,1 до 16 м 3/ч., УБСГ-002 на расходы от 0,16 до 25 м 3/ч Ду=1.1/4² , (32 мм) и «ГАЗ-001» для трубопроводов большего диаметра (более 100 мм.) и для давлений до 60 кгс/см 2 , но полного типоразмерного ряда Производитель не опубликовал. Ультразвуковой расходомер-счетчик «Днепр-7» с накладными датчиками излучателями-приемниками. Принцип действия расходомера-счетчика основан на преобразовании доплеровской разности частот отражений ультразвука от движущихся неоднородностей потока, линейно зависящей от скорости движения потока.

 

3.5.Мембранные счетчики газа.

Принцип работы счетчика основан на перемещении подвижных  перегородок (мембран) камер при  поступлении газа в счетчик. Впуск  и выпуск газа, расход которого необходимо измерить, вызывает переменное перемещение  мембран и через систему рычагов  и редуктор приводит в действие счетный механизм. Мембранные счетчики отличаются большим диапазоном измерения до 1:100, но рассчитаны для работы при низком давлении газа, как правило, не более 0,5 кгс/см 2. Мембранные счетчики в основном предназначены для измерения расхода газа в домах, коттеджах. Если турбинные и ротационные счетчики газа сопровождаются шумом, связанным с вращением подвижных элементов, то мембранные счетчики работают бесшумно. Они не требуют смазки во время эксплуатации, в то время как турбинные счетчики необходимо смазывать раз в квартал. Однако при больших расходах более 25 м 3/ч размеры счетчиков становятся довольно большими.

3.6.Струйные счетчики газа.

 

Принцип работы основан на колебании струи газа в специальном  струйном генераторе. Струя газа попеременно перебрасывается из одного устойчивого положения в другое и создает при этом пульсации давления и звука с частотой пропорциональной скорости течения газа и соответственно объемного расхода. В электронном преобразователе происходит вычисление количества пропущенного газа. В настоящее время серийно выпускаются толь две модификации струйных бытовых счетчиков газа СГ-1 для измерения расхода 0,03 – 1,2 м 3/ч и СГ-2 для 0,03 – 6,0 м 3/ч.

 

3.7.Левитационный счетчик газа.

 

Является тахометрическим прибором, в котором подвижный элемент вращается в газовых подшипниках. Скорость вращения подвижного элемента пропорциональна объемному расходу. Вторичный преобразователь преобразует скорость вращения в электрический сигнал, который в электронном блоке преобразуется в измеренное количество пройденного газа. Результаты индицируются на индикаторе. Диапазон измеряемых расходов от 0,03 до 7 м 3/ч. Температура измеряемого газа от –50 до +50 0С. Температура окружающей среды –30 до +50 0С. Основная погрешность ± 1,5%.

 

3.8.Барабанные счетчики газа.

 

Принцип действия состоит  в том, под действием перепада давления газа происходит вращение барабана, разделенного на несколько камер, измерительный  объем которых ограничен уровнем  затворной жидкости. При вращении барабана периодически разные камеры заполняются и опорожняются газом. Ранее выпускаемые барабанные газовые счетчики ГСБ-160 на пределы измерения 0,08-0,24 м 3/ч. ГСБ-400 на пределы 0,2-6 м 3/ч. В настоящее время не выпускаются. Основная погрешность измерения 1,0%. 
 
Импортные барабанные счетчики Ritter в России сертифицированы не все выпускаемые фирмой типоразмеры, как правило, используются в качестве образцовых средств. Основная погрешность измерения 0,2%. Диапазоны измерения всех семи типоразмеров от 1 л/ч до 18000 л/ч.