Общие сведения. Концентрационные расходомеры

Концентрационные расходомеры

Концентрационные расходомеры основаны на зависимости от расхода кратности разбавления вещества индикатора, вводимого в поток. Их называют иногда расходомерами, основанными на методе прививки, на солевом методе, на методе смешения и т. д.

Существенное достоинство концентрационного метода измерения расхода — отсутствие необходимости знать размеры поперечного сечения трубопровода или другого канала.

Раньше подобные расходомеры служили для измерения расхода воды, причем веществом-индикатором был солевой раствор. В дальнейшем стали применять другие индикаторы, в частности радиоактивные изотопы. Это позволило применить концентрационный метод также для измерения газа и даже пара.

Особенно целесообразен концентрационный метод при разовых измерениях больших расходов в закрытых и открытых каналах, а также при проверке работы других расходомеров, так как при этом не требуется демонтажа их преобразователей расхода. Так, этот метод с успехом был применен для проверки состояния и работоспособности труб, которые многие годы работают на основных линиях водопровода.

Погрешность измерения расхода с помощью концентрационного метода зависит от индикатора, надлежащей степени его перемешивания и особенно от правильности измерения его конечной концентрации. Погрешность измерения расхода лежит в пределах от ±(0,5-1)% до ±(2+3) %. Разработаны и реализуются две разновидности концентрационного метода. В первой производится непрерывный (в течение нескольких минут) ввод индикатора и при этом измеряется его расход. Во второй имеем кратковременный или залповый ввод известного количества индикатора.

Различные варианты концентрационных расходомеров.

Расходомеры с непрерывным вводом вещества-индикатора.

Принцип действия концентрационного расходомера с непрерывным вводом индикатора состоит в измерении степени или кратности разбавления индикатора после смешения с измеряемым веществом. Здесь в течение некоторого времени в поток вводится индикатор, объемный расход и начальная концентрация которого должны быть известны. Время должно быть не меньше такого, которое обеспечит получение в контрольном сечении после надлежащего смешения с измеряемым веществом постоянной концентрации индикатора в течение, по крайней мере, нескольких минут. Время обычно выбирают от 5 до 30 мин.

Расчет объемного расхода требует точного измерения очень малых концентраций, что представляет определенные трудности. Для этой цели в зависимости от индикатора применяют различные методы: химическое титрование, колориметрический, флуорометрический, рефрактометрический, интерференционный, кондуктометрический и др. Большинство из них или весьма трудоемки, или не обеспечивают высокой точности измерения. Флуорометрический и колориметрический методы, необходимые для применения индикаторов красителей: бихромата натрия, родамина В и флуоресцеина. Концентрация радиоактивного индикатора определяется с помощью ионизационных счетчиков.

Для того чтобы повысить точность определения объемного расхода, в ряде случаев, например при измерении расхода воды с помощью раствора соли, рекомендуется предварительно приготовить стандартный раствор, концентрация которого была бы близка к ожидаемой концентрации и вместо измерения последней измерять отношение концентраций.

Расходомеры с кратковременным (залповым) вводом вещества-индикатора.

Принцип действия у рассматриваемых расходомеров такой же, как и у предыдущих, но ввод индикатора здесь не непрерывный, а практически мгновенный. Это обусловливает некоторые особенности в способе измерения степени или кратности разбавления введенного индикатора.

С большой скоростью в поток, расход которого подлежит определению, вводится известное количество индикатора. Если это раствор, то должны быть известны его объем и концентрация индикатора в нем. После полного смешения его с измеряемым веществом, при котором достигается равномерное распределение индикатора, по сечению потока производится непрерывно или каким-либо другим путем измерение переменной во времени концентрации индикатора в потоке в течение времени, обеспечивающем полный проход индикатора через контрольное сечение.

Ввиду трудности точного измерения, в этом случае, как и при непрерывном вводе индикатора, полезно иметь образцовый раствор с концентрацией индикатора в нем, близкой к ожидаемой концентрации раствора.

Вещества-индикаторы.

В зависимости от рода измеряемого вещества можно применять различные вещества-индикаторы, которые принято разделять на две группы: нерадиоактивные и радиоактивные.

При выборе начальной концентрации и количества индикатора нужно, чтобы их конечная концентрация после смешения была не меньше некоторого значения минимальной концентрации, которое может быть измерено с достаточной точностью.

Иногда для прозрачных веществ, например для воды, применяют светорассеивающие индикаторы, например суспензию поливинилхлорида.

Устройство концентрационных расходомеров.

Концентрационный расходомер состоит из устройства для ввода индикатора в поток при одновременном измерении его расхода или количества и устройства для измерения концентрации в потоке после его перемешивания или устройства для измерения отношения этой концентрации и концентрации образцовой смеси. Концентрация индикатора во вводимом веществе должна быть предварительно определена.

Газообразный индикатор вводят из баллона, давление в котором выше, чем давление измеряемого вещества, через редуктор и теплообменник. Постоянство расхода достигается при критической скорости истечения через одно или несколько отверстий. При необходимости может быть применен регулятор расхода. А расход определяется путем взвешивания баллона до и после введения индикатора в измеряемое вещество и измерения времени введения.

У концентрационных расходомеров залпового типа индикатор вводится с помощью быстродействующих устройств (пневматических, пружинных и т. п.).

Схемы концентрационных расходомеров.

Рис 10. Гидравлическая схема концентрационного расходомера

Рис 11. Электрическая схема концентрационного расходомера

(АК- автокомпенсатор; У- усилитель автокомпенсатора; Rp- реохорд автокомпенсатора; R1-резистор; rc,r0,rx- кондуктометрические преобразователи электрических проводимостей растворов)

Рис 12. Электрогидравлическая схема залпового концентрационного расходомера.

Так же, как и предыдущая схема, она основана на измерении отношения концентрации соли в образцовом растворе и концентрации соли в контрольном сечении потока с измеряемым веществом.

Дата добавления: 2015-08-02