Счетчики и расходомеры жидкостей камерные.

Принцип действия камерных расходомеров основан на зависимости между расходом и высотой уровня жидкости в сосуде, через который непрерывно протекает жидкость. Их обычно применяют для измерения расхода агрессивных жидкостей, а также жидкостей, содержащих взвеси. Наибольшее распространение получили приборы с отверстиями истечение щелевой формы, расположенным в боковой стенке. Специальный профиль щели обеспечивает пропорциональность между расходом и высотой уровня в сосуде. Камерный преобразователь типа ПРЩ предназначен для измерения массового расхода некристаллизующейся агрессивной жидкости, протекающей через первичный преобразователь Плотность измеряемой жидкости должна быть в пределах от 0,97 до 1,8 г/см3,вязкость - не более 0,01 Па/с, температура - до 70°С. Материал корпуса преобразователя - сталь 12Х18H10Т или 06ХН28МДТ.

ДИНАМИЧЕСКИЙ РИСУНОК ДЕМОНСТРИРУЮЩИЙ РАБОТУ ЩЕЛЕВОГО РАСХОДОМЕРА

Рис.17. Схема работы камерного (щелевого) расходомера

Счетчики жидкости с овальными шестернями применяются в нефтяной, нефтехимической и других отраслях промышленности, а также на стационарных и передвижных. Принцип действия счетчиков основан на отчете строго определенных объемов жидкости, проходящей через измерительную камеру в процессе вращательного движения овальных шестерен. Поток измеряемой жидкости, поступает в счетчик через входной патрубок и проходя через измерительную камеру в процессе вращательного движения овальных шестерен. Поток измеряемой жидкости, поступая в счетчик через входной патрубок и проходя через измерительное устройство 2 (рис.18), теряет часть напора на создание крутящего момента, приводящего овальные шестерни 1 во вращение. В зависимости от положения шестерен каждая из них попеременно является то ведущей, то ведомой. Измерение количества жидкости происходит за счет периодического отсечения определенных ее объемов, заключенных в полостях между цилиндрической поверхностью корпуса измерительного устройства и овальными шестернями. За один полный оборот шестерен отсекается четыре таких объема, их суммарная величина равна рабочему объему измерительной камеры.

Рис.18. Счетчик жидкости с овальными шестернями.

Учет жидкости, прошедшей через счетчик, основан на отсчете числа оборотов овальных шестерен. Вращение шестерен через передаточный механизм 3, состоящий из магнитной муфты и системы зубчатых колес, передается роликовому 4 и стрелочному 5 указателям. Роликовый указатель предназначен для учета (суммирования) общего количества жидкости, прошедшей через счетчик, и представляет собой ряд цифровых барабанчиков, связанных трубками. Двухстрелочный указатель позволяет отсчитывать разовое количество жидкости. По окончании разового отпуска стрелки устанавливаются рычагом сброса на нуль. Предусмотрена возможность установки на счетчике корректора показаний количества жидкости по температуре и плотности и первичного преобразователя расхода для дистанционной передачи показаний. В целях приведения показаний счетчика в соответствие с действительным количеством прошедшей через счетчик жидкости в передаточном механизме предусмотрен сменный блок зубчатых колес.

4. Электромагнитные (индукционные) расходомеры

Расходомер состоит из первичного преобразователя расхода и измерительного устройства или передающего преобразователя. Первичный преобразователь (датчик) представляет собой изготовленный из немагнитного материала (сталь 12Х18Н10Т) участок трубы 1 (рис.19), расположенный между полюсами 2 электромагнита, причем магнитное поле направлено перпендикулярно к потоку жидкости. Труба изнутри покрыта изоляционным материалом. Измеряемая жидкость при протекании по трубе пересекает силовые линии магнитного поля. При этом в жидкости, как в движущемся проводнике, индуктируется ЭДС, пропорциональная средней скорости потока, а следовательно, и объемному расходу жидкости. Индуктируемая ЭДС снимается двумя электродами 3, введенными диаметрально в поперечном сечении трубопровода, усиливается и измеряется вторичным прибором. У расходомеров типа ИР-61 и 4РИМ в канале расходомера создается однородное магнитное поле. В расходомере типа "Индукция-51" распределение магнитного поля выполнено по специальному закону: вблизи электродов оно приблизительно в два раза слабее, чем в центре канала. Такое магнитное поле уменьшает чувствительность прибора к искажению осевой симметрии распределения скорости потока и позволяет сократить длину измерительного участка трубопровода.

Рис.19. Принципиальная схема электромагнитного расходомера: 1-труба; 2-полюса электромагнитные; 3-электроды.

Каждый преобразователь может быть отградуирован на один из пределов измерения, указанных для соответствующего диаметра. Нижний предел измерения равен нулю. Первичный преобразователь расхода может устанавливаться на горизонтальном, вертикальном или наклонном трубопроводе при условии, что весь объем трубы преобразователя заполнен измеряемой средой. Условный диаметр преобразователя должен быть равен диаметру трубопровода. Допускается установка преобразователя расхода на трубопроводе с меньшим диаметром через конические патрубки, при этом перед преобразователем должен быть прямолинейный участок трубы длиной не менее пяти, а после него длиной не менее трех диаметров. Питание расходомеров переменным током напряжением 220 В.

ДИНАМИЧЕСКИЙ РИСУНОК ДИМОНСТРИРУЮЩИЙ РАБОТУ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО РАСХОДОМЕРА

Рис. 20. Схема работы электромагнитного расходомера:

5. Ультразвуковые расходомеры

Ультразвуковые расходомеры отличаются быстродействием, помехоустойчивостью, высокой точностью, большим диапазоном измерения.
Ультразвуковой расходомер УЗР-В предназначен для автоматического измерения объемного количества и объемного расхода жидкостей с коэффициентом затухания акустических волн на частоте 1 МГц не более 7 дБ/м. Принцип действия прибора основан на изменении скорости распространения ультразвукового сигнала в движущейся среде в зависимости от значения составляющей скорости этой среды в направлении распространения ультразвукового сигнала. По выбору заказчика каждый расходомер может быть настроен на один из пределов измерения, указанных для соответствующего диаметра. Нижний предел измерения равен нулю. Температура контролируемой жидкости от -60 до +120 °С, давление не более 6 МПа, скорость не менее 0,3 см/с. Расходомер имеет частотный выход и 2 выхода постоянного тока 0-5 мА на нагрузку не более 2,5 кОм. Погрешность измерения в режиме измерения расхода по частотному выходу не более 0,5 %, по токовому выходу не более 1,0 %, в режиме измерения количества - 0,3 %. В комплект расходомера входят измерительно-управляющий прибор и два пьезодатчика. Первичным преобразователем ультразвукового расходомера является отрезок трубы, на котором под углом a к ее оси установлены два пьезоэлектрических датчика (рис.21). При сжатии и растяжении в определенных направлениях пьезоэлементов на их поверхностях возникают электрические заряды. Если к этим поверхностям приложить разность электрических потенциалов, то пьезоэлемент растянется или сожмется в зависимости от того, на какой из этих поверхностей будет больше напряжения. Это явление называется обратным пьезоэффектом. Оно лежит в основе работы излучателей ультразвуковых колебании, преобразующих переменное электрическое напряжение в механические колебания той же частоты. Приемники, преобразующие эти колебания в переменное электрическое напряжение, работают на прямом пьезоэффекте. Каждый из двух пьезоэлементов по очереди является излучающим и приемным, с помощью высокочастотных кабелей они соединяются с измерительно-управляющим прибором.

Рис.21. Структурная схема ультразвукового расходомера УЗР-8

Основным функциональным узлом измерительно-управляющего прибора 2 является субпанель измерения 1, которая содержит два синхрокольца. Импульс с выхода формирователя запускающих импульсов 3 поступает на пьезоэлектрический первичный преобразователь 1, который излучает короткий ультразвуковой сигнал. Этот сигнал проходит через контролируемую среду и принимается пьезоэлектрическим датчиком 2 через время, зависящее от расстояния между датчиками L и разности с-1, где с - скорость ультразвука в контролируемой среде;1 - проекция вектора скорости v контролируемой среды на направление распространения ультразвукового сигнала. Принятый ультразвуковой импульс усиливается блоком 4 и поступает на формирователь запускающих импульсов 3 который вновь формирует импульс, поступающий на преобразователь 1. Процесс прохождения сигнала повторяется, благодаря чему возникает автоциркуляция импульсов в первом (ведущем) синхрокольце.
Аналогично работает второе синхрокольцо. В этом случае импульс с выхода формирователя запускающих импульсов 5 поступает на пьезоэлектрический преобразователь 2, который излучает короткий ультразвуковой сигнал. Этот сигнал проходит через контролируемую среду и принимается пьезодатчиком 1 через время, зависящее от расстояния между датчиками и суммы с + 1. Принятый пьезодатчиком 1 ультразвуковой импульс усиливается блоком 4 и поступает на формирователь запускающих импульсов 5, который вновь формирует импульс, поступающий на пьезоэлектрический преобразователь 2. В результате повторе-ния процесса прохождения сигналов возникает автоциркуляция импульсов во втором (ведомом) синхрокольце. Оба синхрокольца одновременно работают в одном электроакустическом канале. Отличие ведомого синхрокольца от ведущего состоит в том, что в состав формирователя импульсов 5 входит схема контроля совпадения рабочих импульсов обоих синхроколец и восстановления работы ведомого синхрокольца со сдвигом на полпериода.
Работой синхроколец управляет блок 6, обеспечивающий необходимую их синхронизацию. С помощью системы автоподстройки блок 6 управляет работой генераторов импульсов 7 и 8. Импульсы с выходов управляемых генераторов 7 и 8 связаны по частоте и фазе с импульсами ведущего и ведомого синхроколец, но частоты следования их выше частот следования импульсов синхроколец в 200 раз. Последовательности импульсов от управляемых генераторов 7 и 8 поступают на смеситель 9, выделяющий разностную частоту, которая линейно зависит от скорости жидкости u в трубопроводе и не зависит от скорости ультразвука в контролируемой среде, а значит не зависит от изменения ее физических свойств.

    ДИНАМИЧЕСКИЙ РИСУНОК   РАБОТЫ УЛЬТРАЗВУКОВОГО   РАСХОДОМЕРА  

Рис.22. Схема работы ультразвукового расходомера УЗР-8

Последовательность импульсов разностной частоты с выхода смесителя 9 через масштабный преобразователь 10 подается на аналоговый преобразователь 12, который преобразует частоту в аналоговый сигнал, поступающий на стрелочный индикатор расхода 13. 6-разрядный электромеханический счетчик импульсов 11 позволяет контролировать количество жидкости, прошедшей по трубопроводу. В приборе имеется система встроенного контроля, обеспечивающая индикацию исправной работы, нарушения работы прибора и опорожнения трубопровода. Максимальное удаление пьезоэлектрических датчиков от измерительно-управляющего прибора - 150 м, для монтажа датчиков поставляется установочный комплект. Питание прибора переменным током напряжением 220 В частотой 50 Гц. Потребляемая мощность не более 50 В*А.
Расходомеры предназначены для работы при температуре окружающего воздуха от -10 до +45 °С и относительной влажности до 80 %. Габаритные размеры измерительно-управляющего прибора 400х355х175 мм, масса 12 кг. Прибор имеет настольную конструкцию, на его передней панели расположены стрелочный индикатор мгновенного расхода, электромеханический счетчик количества воды, индикатор системы встроенного контроля. В месте установки расходомера должен быть прямой участок трубы длиной не менее 5 диаметров до первичного преобразователя и не менее 3 диаметров после него.

6. Функциональные схемы автоматического управления расходом

6.1. Расходомеры постоянного перепада давления принцип действия которых основан на зависимости от расхода вещества вертикального перемещения тела (поплавка), изменяющего при этом площадь проходного отверстия прибора так, что перепад давления по обе стороны поплавка остаётся постоянным. Из расходомеров постоянного перепада давления наибольшее распространение получили: а) ротаметры с поплавком, перемещающимся вдоль длинной конической трубки, характерными признаками большинства конструкций ротаметров являются значительная длинна трубки, обычно не менее чем в 10 раз превышающая его диаметр, и значительный ход поплавка, видимость поплавка или связанного с ним стержня; б) поплавковые расходомеры с поплавком обычно конической формы, перемещающимся внутри отверстия; характерным признаком большинства конструкций поплавковых расходомеров является дистанционная (электрическая или пневматическая) передача положения поплавка, незначительный ход поплавка, обычно не превосходящий его диаметр.

6.2. Электромагнитные (индукционные) расходомеры, принцип действия которых основан на измерении ЭДС, возникающей при движении электропроводной жидкости в магнитном поле. Существует большое количество расходомеров, принципы действия которых основаны на других зависимостях, например, тепловые, ультразвуковые, парциальные и др. В зависимости от назначения и поставленных задач системы измерения расхода, как и любые другие системы измерений, выполняют в виде цепи последовательно или параллельно соединённых преобразователей, линий связи и измерительных приборов. На функциональных схемах автоматизации все контролируемые и регулируемые параметры, приборы и средства автоматизации, их функциональные признаки, отборные и приёмные устройства, исполнительные механизмы и т.п. имеет определённые графические условные обозначения согласно действующим государственным стандартам. На рис. 3 приведены примеры условных обозначений приборов для измерения расхода методами постоянного перепада (рис. 23а), переменного перепада (рис. 23б) и электромагнитного расходомера (рис. 23в), приводимые обычно на функциональных схем ах автоматизации (разумеется, на ряду с другими параметрами технологического процесса, подлежащими контролю и автоматизации). Буквы в условных обозначениях приборов: F-расход или количество; I-показания: R-регистрация; Е- чувствительный элемент, электрическая величина, Т- дистанционная передача.

а) б) в) Рис. 23. Примеры схем измерения расхода: 1а-ротаметр: 2а-сужающее устройство расходомера; 2б-бесшкальный дифманометр с электропередачей; 2в- вторичный показывающий и регистрирующий прибор; 3а- первичный измерительный преобразователь электромагнитного расходомера; 3б- вторичный показывающий прибор.

ЛИТЕРАТУРА

1. Промышленные приборы и средства автоматизации: Справочник/ В.Я. Баранов, Т.Х. Безновская, В.А. Бек и др.; Под общ. ред. В.В. Черенкова. Л.: Машиностроение. Ленинградское отд-ние. 1987. – 847 с., ил.

2. Голубятников В.А., Шувалов В.В. Автоматизация производственных процессов в химической промышленности: Учебн. для техникумов. - М.: Химия, 1985. - 352 с., ил

3. Приборы контроля и управления влажностно-тепловыми процессами: Справочная книга/Сост. И.Ф. Бородин, С.В. Мищенко. - М.: Россельхозиздат, 1985. - 239 с., ил.

Дата добавления: 2015-08-02