Химическая энциклопедия - расходомеры

служат для измерения объема (объемный расход) или массы (массовый расход) жидкостей, газов и паров, проходящих через заданное сечение трубопровода в единицу времени. Иногда Р. снабжают интеграторами, или счетчиками,-устройствами для суммирования измеряемых объемов или масс контролируемых сред в течение заданного промежутка времени. Р. разных типов рассчитаны на измерения в определенной области расходов (рис. 1).

Рис. 1. Диапазоны измерений расходов жидкостей, газов и паров разными расходомерами.

Осн. показатели, обусловливающие выбор Р.: значение расхода; тип контролируемой среды, ее т-ра, давление, вязкость, плотность, электрич. проводимость, рН; перепад давлений на первичном измерит. преобразователе (датчике); диаметр трубопровода; диапазон (отношение макс. расхода к миним.) и погрешность измерений. В зависимости от физ.-хим. св-в измеряемой и окружающей сред в Р. используются разл. методы измерений.

В данной статье рассматриваются наиб. важные типы Р. и счетчиков, применяемых в хим. лабораториях, хим. и смежных отраслях пром-сти для высокоточных контроля и учета хим. в-в при их произ-ве, выдаче и потреблении, а также в системах автоматизир. управления технол. процессами.

Р. переменного перепада давлений (рис. 2, а).Действие их основано на зависимости перепада давлений на гидравлич. сопротивлении (диафрагмы, сопла и трубы Вентури, сопла Лаваля и др.), расположенном в потоке контролируемой среды, от ее расхода Q. Измерения разности давлений Dp = p1 p2 осуществляются на прямолинейном участке трубопровода (длиной до 10 и не менее 5 диаметров соотв. до и после гидравлич. сопротивления). Р. данного типа особенно распространены благодаря след. достоинствам: простоте конструкции и возможности измерений в широком диапазоне значений расхода и диаметров трубопроводов (от десятков до 3000 мм и более); возможности применения для различных по составу и агрессивности жидкостей и газов при т-рах до 350-400 °С и давлениях до 100 МПа; возможности расчетным путем определять расход без натурной градуировки Р. в случае трубопроводов диаметрами 50-1000 мм. Недостатки: небольшой диапазон измерений из-за квадратичной зависимости между расходом и перепадом давлений (3:1); значит. потери давления на гидравлич. сопротивлении и связанные с этим дополнит. затраты энергии. Погрешность 1,5-2,5% от макс. расхода.

Р. постоянного перепада давлений, или ротаметры (рис. 2, б). В этих приборах измеряется прямо пропорциональная расходу величина перемещения поплавка hвнутри конич. трубки под воздействием движущегося снизу вверх потока контролируемой среды. Последний поднимает поплавок до тех пор, пока подъемная сила, возникающая благодаря наличию на нем перепада давлений, не уравновесится весом поплавка. Трубки ротаметров м. б. стеклянными (рассчитаны на давление до 2,5 МПа) и металлическими (до 70 МПа). Поплавки в зависимости от св-в жидкости или газа изготовляют из разл. металлов либо пластмасс. Приборы работоспособны при т-рах от Ч 80 до 400 °С, предпочтительны для трубопроводов диаметром до 150 мм, имеют равномерные шкалы, градуированные в единицах объемного расхода. Достоинства: возможность измерений расхода жидкостей и газов от весьма малых значений (0,002 л/ч по воде, 0,03 л/ч по воздуху) до высоких (150-200 и до 3000 м ³/ч); широкий диапазон измерений (10:1); малые потери давления (до 0,015 МПа). Погрешность 0,5-2,5% от макс. расхода.

Электромагнитные Р. (рис. 2, в). Действие их основано на прямо пропорциональной зависимости расхода от эдс, индуцированной в потоке электропроводной жидкости (миним. уд. электрич. проводимость 10^-3-10^-4 См/м), движущейся во внеш. магн. поле, к-рое направлено перпендикулярно оси трубопровода. Эдс определяется с помощью двух электродов, вводимых в измеряемую среду диаметрально противоположно через электроизоляц. покрытие внутр. пов-сти трубопровода. Материалы покрытий-резины, фторопласты, эпоксидные компаунды, керамика и др. Приборы позволяют измерять расход разл. пульп, сиропов, агрессивных и радиоактивных жидкостей и т. д. при давлениях обычно до 2,5 МПа (иногда до 20 МПа); диаметр трубопроводов, как правило, 2-3000 мм. Во избежание поляризации электродов измерения проводят в переменном магн. поле. Допустимые т-ры контролируемой среды определяются термостойкостью электроизоляц. покрытий и могут достигать, как правило, 230 °С. При измерении расхода жидких металлов (напр., Na, К и их эвтектик) указанные т-ры обусловлены термостойкостью используемых конструкц. материалов, в первую очередь магнитов, создающих постоянное магн. поле (исключает возникновение в металлах вихревых токов) и составляют 400-500 °С; в данном случае трубопроводы не имеют внутр. изоляции, а. электроды привариваются непосредственно к. их наружным пов-стям. Достоинства: высокое быстродействие; широкий диапазон измерений (100:1); отсутствие потерь давления (приборы не имеют элементов, выступающих внутрь трубопровода); показания приборов не зависят от вязкости и плотности жидкостей. Погрешность 0,5-1,0% от измеряемой величины.

Рис. 2. Расходомеры: а, б-соотв. переменного и постоянного перепадов давлений; в-электромагнитные; г-турбинные; д-ультразвуковые; е-вихревые; ж- объемные; з -струйные; и- корреляционные; 1-трубопроводы; 2-гидравлич. сопротивление; 3 Чдифманометр; 4Чконич. трубка; 5-поплавок; 6-электроды; 7Ч турбинка; 8Чтахометр; 9-электронное устройство; 10-твердое тело, обтекаемое потоком жидкости или газа; 11, 13, 14, 17-преобразователи физ. величин в соответствующие электрич. импульсы; 12-счетчик с овальными шестернями; 15, 16-устройства запоминания и распознавания "образа" материального потока; Q-расход контролируемой среды; Dр = р1 -р2 -перепад давлений до (р 1) и после ( р 2) гидравлич. сопротивления; Df=f1 -f2 -разность частот повторения электрич. импульсов; fc -частота переброса струи материального потока; h-ве-личина перемещения поплавка; N, SЧ полюсы магнита; n т Ччастота вращения турбинки; n в Ччастота возникновения вихрей; n ц -число циклов хода чувствительногоэлемента; П 1,П 2 -пьезоэлементы; т-время; w-круговая частота.

Тахометрические Р. В турбинных Р. (рис. 2, г) используется зависимость измеряемой тахометром частоты вращения турбинки, приводимой в движение потоком среды (нефтепродукты, р-ры к-т и щелочей, нейтральные или агрессивные газы) от ее расхода. Турбинки могут размещаться аксиально либо тангенциально по отношению к направлению движения потока. Диаметр трубопроводов 4-4000 мм; вязкость среды 0,8-750 мм ²/с; т-ра от -240 до 550 °С, давление до 70 МПа; диапазон измерений до 100:1; потери давления 0,05 МПа. Погрешность 0,5-1,5% от макс. расхода.

В шариковых Р. контролируемая жидкая среда закручивается с помощью неподвижного винтового направляющего аппарата и увлекает за собой металлич. шарик, заставляя его вращаться внутри трубопровода (перемещению вдоль оси препятствуют ограничит. кольца). Мера расхода-частота вращения шарика, измеряемая, напр., тахометром. Диаметр трубопроводов 5-150 мм; т-ра среды от -30 до 250 °С, давление до 6,4 МПа; диапазон измерений 10:1; потери давления до 0,05 МПа. В этих приборах в отличие от турбинных отсутствуют опорные подшипники, что позволяет измерять расход жидкостей с мех. включениями и увеличивает ресурс работы. Погрешность не более 1,5% от макс. расхода.