Измерение расхода и количества

Для контроля и управления химическим производством большое значение имеет измерение расхода и количества различных веществ: газов, жидкостей, пульп и суспензий. Расход — это количество вещества, протекающего через сечение трубопровода в единицу времени. Количество измеряют в единицах объема (м³, см³) или массы (т, кг, г). Соответственно может измеряться объемный (м³/с, м³/ч, см³/с) или массовый (кг/с, кг/ч, г/с) расход.

Для измерения расхода веществ применяют расходомеры, основанные на различных принципах действия. Наибольшее распространение для жидкостей и газов получили расходомеры переменного и постоянного перепада давлений, переменного уровня и индукционные. Для измерения расхода сыпучих веществ обычно используют различные весоизмерительные устройства. Для измерения количества применяют расходомеры с интеграторами или объемные и скоростные счетчики. Интегратор непрерывно суммирует показания прибора, а количество вещества определяют по разности его показаний за требуемый промежуток времени.

Следует отметить, что измерение расхода и количества является сложной задачей, поскольку на показания приборов влияют физические свойства измеряемых потоков: плотность, вязкость, соотношение фаз в потоке и т. п. Физические свойства измеряемых потоков, в свою очередь, зависят от условий эксплуатации, главным образом от температуры и давления.

Если условия эксплуатации расходомера отличаются от условий, при которых производилась его градуировка, то ошибка в показаниях прибора может значительно превысить допустимую величину.

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 и т. п.

Расходомеры переменного перепада давлений. Действие этих расходомеров основано на возникновении перепада давлений на сужающем устройстве в трубопроводе при движении через него потока жидкости или газа. При изменении расхода Q величина этого перепада давлений Δр также изменяется.

Наиболее простым и распространенным сужающим устройством является диафрагма (рис. 59,а).

Рис. 59. Стандартные сужающие устройства: а — диафрагма, б — сопло Вентури, в — труба Вентури

Стандартная диафрагма представляет собой тонкий диск с круглым отверстием в центре. От стойкости диафрагмы и особенно входной кромки ее отверстия существенно зависит точность измерения расхода. Поэтому диафрагмы изготовляют из материалов, химически стойких к измеряемой среде и устойчивых против механического износа. Кроме диафрагмы в качестве сужающих устройств применяют также сопло Вентури (рис, 59, б), трубу Вентури (рис. 59, в), которые создают меньшее гидравлическое сопротивление в трубопроводе.

Сужающее устройство расходомера переменного перепада давлений является первичным преобразователем, в котором расход преобразуется в перепад давлений.

Промежуточными преобразователями для расходомеров переменного перепада давлений служат дифманометры. Дифманометры связаны с сужающим устройством импульсными трубками и устанавливаются в непосредственной близости от него. Поэтому в расходомерах переменного перепада давлений обычно используют дифманометры, снабженные промежуточным преобразователем для передачи результатов измерений на щит оператора (например, мембранные дифманометры ДМ).

Так же как при измерении давления и уровня, для защиты дифманометров от агрессивного воздействия измеряемой среды применяют разделительные сосуды и мембранные разделители.

Особенностью первичных преобразователей расходомеров переменного перепада давлений является квадратичная зависимость перепада давлений от величины расхода. Чтобы показания измерительного прибора расходомера линейно зависели от расхода, в измерительную цепь расходомеров переменного перепада давлений вводят линеаризующий преобразователь. Таким преобразователем служит, например, блок линеаризации в промежуточном преобразователе НП-ПЗ. При непосредственной связи дифманометра с измерительным прибором (например, КСД) линеаризация производится в самом приборе с помощью лекала с квадратичной характеристикой.

Расходомеры постоянного перепада давлений. Расход жидкости или газа можно измерять и при постоянном перепаде давлений. Для сохранения постоянного перепада давлений при изменении расхода через сужающее устройство необходимо автоматически изменять на соответствующую величину площадь его проходного сечения. Наиболее простой способ — автоматическое изменение площади проходного сечения в ротаметре (рис. 60).

Рис. 60. Ротаметр: 1 – поплавок, 2 – конусная трубка, 3 – шкала

Ротаметр представляет собой вертикальную конусную трубку 2, в которой находится поплавок 1. Измеряемый поток Q, проходя через ротаметр снизу вверх, создает перепад давлений до и после поплавка. Этот перепад давлений, в свою очередь, создает подъемную силу, которая уравновешивает вес поплавка.

Если расход через ротаметр изменится, то изменится и перепад давлений. Это приведете изменению подъемной силы и, следовательно, к нарушению равновесия поплавка. Поплавок начнет перемещаться. А так как трубка 2 ротаметра конусная, то при этом будет изменяться площадь проходного сечения в зазоре между поплавком и трубкой. В результате произойдет изменение перепада давлений, а следовательно, и подъемной силы. Когда перепад давлений и подъемная сила снова вернутся к прежним значениям, поплавок уравновесится и остановится.

Таким образом, каждому значению расхода через ротаметр Q соответствует определенное положение поплавка. Так как для конусной трубки площадь кольцевого зазора между ней и поплавком пропорциональна высоте его подъема l, то шкала ротаметра получается равно мерной.

Промышленность выпускает ротаметры со стеклянными и металлическими трубками. У ротаметров со стеклянной трубкой РМ шкала нанесена прямо на поверхности трубки. Такие ротаметры могут применяться при давлении в трубопроводе до 6·10⁵ Па.

Для дистанционного измерения положения поплавка в металлической трубке используют промежуточные преобразователи линейного перемещения в унифицированный электрический или пневматический сигнал. В ротаметрах с электрическим выходным сигналом (например, РЭД) поплавок соединен с сердечником дифференциально-трансформаторного преобразователя. В ротаметрах с пневматическим выходным сигналом (например, РПД) для передачи положения поплавка промежуточному преобразователю используется магнитная муфта.

Выпускаются также ротаметры РПФ для измерения расхода сильноагрессивных сред. У таких ротаметров все детали, соприкасающиеся с измеряемой средой, изготовлены из фторопласта-4. Ротаметры РПО оборудованы паровым обогревом. Они предназначены для измерения расхода кристаллизующихся сред.

Расходомеры переменного уровня. Из гидравлики известно, что если жидкость свободно вытекает через отверстие в дне бака, то ее расход Q и уровень в баке Н связаны между собой. Следовательно, по уровню в баке можно судить о расходе из него.

На этом принципе основано действие расходомеров переменного уровня (рис. 61).

Рис. 61 Расходомер Рис. 62. Индукционный расходомер: 1 —

переменного уровня: трубопровод, 2— электромагнит, 3 — магнитные

1 — бак, 2 — отверстие силовые линии, 4 и 6 — электроды, 5 — измери-

тельный блок, 7 — слой электроизоляции

Очевидно, что роль первичного преобразователя здесь выполняет сам бак 1 с отверстием 2 в дне. Выходной сигнал такого преобразователя — уровень в баке. Поэтому промежуточным преобразователем измерительной цепи расходомера переменного уровня может служить любой из рассмотренных уровнемеров.

Расходомеры переменного уровня обычно используют для измерения расхода агрессивных и загрязненных жидкостей при сливе их в емкости, находящиеся под атмосферным давлением.

Индукционные расходомеры. Действие индукционных расходомеров основано на законе электромагнитной индукции, согласно которому в проводнике, движущемся в магнитном поле, будет наводиться э.д.с., пропорциональная скорости движения проводника. В индукционных расходомерах (рис. 62) роль проводника выполняет электропроводная жидкость, протекающая по трубопроводу 1 и пересекающая магнитное поле 3 электромагнита 2. При этом в жидкости будет наводиться э.д.с. U,пропорциональная скорости ее движения, т.е. расходу жидкости.

Выходной сигнал такого первичного преобразователя снимается двумя изолированными электродами 4 и 6, установленными в стенке трубопровода. Участок трубопровода по обе стороны от электродов покрывают электроизоляцией 7, чтобы исключить шунтирование наводимой э.д.с. через жидкость и стенку трубопровода.

В расходомерах ИР-11 и ИР-51 измерительная схема, выполненная в виде отдельного блока 5, преобразует наводимую э.д.с. U в унифицированный токовый сигнал i.

Расстояние между первичным преобразователем и измерительным блоком не должно превышать 100 м при электропроводности измеряемой среды до 5·10^-2 См/м и 10 м при электропроводности среды до 10^-3 См/м. Сопротивление нагрузки не должно превышать 2,4 кОм.

Степень агрессивности измеряемых сред для индукционных расходомеров определяется материалом изоляции трубы и электродов первичного преобразователя. В расходомерах ИР для этой цели используют резину, кислотостойкую эмаль и фторопласт. Наиболее стойким к воздействию агрессивных сред является расходомер с фторопластовым изоляционным покрытием и электродами из графитизированного фторопласта.

В процессе эксплуатации расходомеров ИР периодически, не реже одного раза в неделю должны проверяться нуль и градуировка прибора. Для проверки первичный преобразователь заполняют измеряемой жидкостью. После этого переключатель режима работы на передней панели измерительного блока переводится в положение «Измерение» и потенциометром «Нуль» стрелку измерительного прибора устанавливают на нулевую отметку. При переводе переключателя в положение «Калибровка» стрелка прибора должна остановиться на отметке 100%. В противном случае стрелку выводят на эту отметку потенциометром «Калибровка».

Отличительная особенность индукционных расходомеров — отсутствие дополнительных потерь давления на участке измерения. Это объясняется отсутствием деталей, выступающих внутрь трубы. Особенно ценным свойством индукционных расходомеров в отличие от расходомеров других типов является возможность измерения расхода агрессивных, абразивных и вязких жидкостей и пульп.

Условные обозначения приборов для измерения малых расходов на схеме общей комбинированной по ГОСТ 21.404-85

Обозначение	Наименование
FE`	Первичный измерительный преобразователь (чувствительный элемент) для измерения расхода, установленный по месту. Например: диафрагма, сопло, труба Вентури, датчик индукционного расходомера и т.п.
FT	Прибор для измерения расхода бесшкальный с дистанционной передачей показаний, установленный по месту. Например: дифманометр (ротаметр), бесшкальный с пневмо- или электропередачей
FFR	Прибор для измерения соотношения расходов регистрирующий, установлены на щите. Например: любой вторичный прибор для регистрации соотношения расходов
F1	Прибор для измерения расхода показывающий, установленный по месту. Например: дифманометр (ротаметр), показывающий
FQ1	Прибор для измерения расхода интегрирующий, установленный по месту. Например: любой бесшкальный счетчик-расходомер с интегратором
FQ1 F1	Прибор для измерения расхода показывающий, интегрирующий, установленный по месту. Например: показывающий дифманометр с интегратором
FQ1S	Прибор для измерения расхода интегрирующий, с устройством для выдачи сигнала после прохождения заданного количества вещества, установленный по месту. Например: счетчик-дозатор

Контроль малых расходов

14-1 – РП – ротаметр с пневматической дистанционной передачей; 14-2 – ПВ4.1П – вторичный пневматический прибор показывающий с регистрацией параметра.

Система автоматического регулирования малых расходов на схеме общей комбинированной ГОСТ 21.404-85.

16-1 – РП – ротаметр с пневматическим выходным сигналом; 16-2 – ПВ10.1П – вторичный пневматический прибор со станцией управления; 16-3 – ПР3.31 – пневматический регулятор приборного типа системы «Старт»; 16-4 – исполнительный механизм.

Пневматический сигнал, пропорциональный величине расхода, поступает от ротаметра на вторичный прибор. В нем происходит сравнение текущего значения расхода с заданным (заданное значение расхода устанавливается на вторичном приборе посредством задатчика). При наличии сигнала рассогласования вырабатывается управляющий сигнал и пневматический сигнал регулятора воздействует на ИМ перемещая РО в ту или другую сторону.

Система автоматического контроля расхода газа за большой промежуток времени.

15-1 – РГ – ротационный газовый счетчик (F – расход, Q – суммирование па времени, I - показание)

Система автоматического регулирования расхода с использованием миллиамперметра.

17-1 – РЭ – ротаметр с электрическим выходным сигналом; 17-2 – КСУ-3 – миллиамперметр, модель 1800 (с регулятором); 17-3 – ПП12.2 – байпасная панель дистанционного управления (БПДУ); 17-4 – ИМ+РО

Система автоматического регулирования больших расходов на схеме общей комбинированной ГОСТ 21.404-85.

18-1 – ДК16х80 – диафрагма камерная; 18-2 – ДСП-787 – дифманометр сильфонный с пневматическим выходным сигналом; 18-3 – ПР3.31 – пневматический регулятор системы «Старт»; 18-5 – ИМ+РО

Включение пневмоклапана со щита оператора.

19-1 – ПП12.2 - байпасная панель дистанционного управления (БПДУ); 19-2 - пневмоклапан

Включение электромагнитного клапана со щита оператора.

1-1 – КУ121-1 – кнопка пуска; 1-2 – ПМЕ-100 – магнитный пускатель; 1-3 – электромагнитный клапан (типа РКЭТ-6)

Дата добавления: 2014-01-14