Flödesmätare

• Beroende på arbetskroppens designegenskaper: kolv, växel.
• Beroende på arbetskroppens typ av rörelse: translationell rörelse, roterande-roterande rörelse, precessionell, planetrörelse.

Beroende på design och typ av rörelse hos arbetskroppen klassificeras de i:

• kolv (ringformig) med planetrörelse av den ringformade kolven;
• kugghjul (rund) med roterande rotation av runda kugghjul;
• kugghjul (oval) med rotationsrotation av ovala kugghjul;
• bladad (kammare) med roterande rotation av bladen, gjorda i form av kammare;
• bladade (lamellartade) med rotationsrotation av lamellblad [1] .

Kapacitet och stoppur

Det kanske enklaste sättet att mäta flödet är att använda någon behållare och ett stoppur. Vätskeflödet riktas in i en viss behållare, och tiden för att fylla denna behållare registreras med ett stoppur. Genom att känna till behållarens volym och dividera den med fyllningstiden kan du ta reda på vätskans flödeshastighet. Denna metod innebär att det normala flödet avbryts, men kan ge oöverträffad mätnoggrannhet. Används ofta i test- och kalibreringslaboratorier.

Rullskovelmätare

Användningsområdet för rullskovelflödesmätare är mycket brett: flödesmätning på testbänkar, i hydrauliska drivningar av verktygsmaskiner och processutrustning, vid stationära och mobila bensin- och oljetankstationer, i bränslesystem för förgasare och dieselmotorer i bilar, traktorer, bygg- och väg-, jordbruks-, avverkningsmaskiner, diesellokomotiv och fartyg, som automater vid tankning av tankbilar, järnvägstankar, tankar.

Flödesmätaren är utrustad med en inbyggd elektronisk sensor och en programmerbar mikroprocessorenhet med flytande kristalldisplay. Flödesmätarens elektronik har en autonom strömförsörjning i 3 - 5 år och en förseglad utgång till en sekundär elektronisk enhet eller en dator som styr doseringsmekanismerna. För metrologiska tillämpningar eller när högprecisionsmätningar krävs i tekniska processer är flödesmätaren utrustad med en sensor med hög upplösning (upp till bråkdelar av en cm 3 ).

Växelmätare

Den ovala växelflödesmätaren uppfanns först av Bopp & Reuther (Tyskland) 1932.

Mätelementet består av två ovala kugghjul. Den strömmande vätskan roterar dessa kugghjul. Med varje varv av ett par ovala hjul passerar en strikt definierad mängd vätska genom enheten. Genom att läsa av antalet varv kan du exakt bestämma hur mycket vätska som strömmar genom enheten.

Dessa flödesmätare kännetecknas av hög noggrannhet, tillförlitlighet och enkelhet, vilket gör dem lämpliga för högtemperatur- och högtrycksvätskor. En utmärkande egenskap hos flödesmätare med ovala växlar är förmågan att använda dem för vätskor med hög viskositet (bränsleolja, bitumen).

Flödesmätare baserade på volumetriska hydrauliska maskiner

I volumetriska hydrauliska drivsystem används volymetriska hydrauliska maskiner för att mäta den volymetriska flödeshastigheten för arbetsvätskan (som regel hydrauliska maskiner med kugghjul eller axialkolv ).

En volumetrisk hydraulisk maskin i detta fall fungerar som en hydraulmotor , men utan belastning på axeln. Då kan volymflödet genom den hydrauliska maskinen bestämmas med formeln:

var

•  - volymflöde
•  - den hydrauliska maskinens arbetsvolym (bestäms enligt hydraulmaskinens pass) ,
•  - rotationsfrekvensen för den hydrauliska maskinens utgående axel, som kan mätas med en varvräknare .

Observera att en volumetrisk hydraulisk maskin passerar hela vätskeflödet genom sig själv, vilket inte är svårt för en volumetrisk hydraulisk drivning på grund av låga flödeshastigheter.

Spak pendelflödesmätare

Flödesmätare med variabelt tryckdifferens

Flödesmätare med variabelt tryck är baserade på beroendet av tryckskillnaden som skapas av flödesmätarens konstruktion på flödet.

Flödesmätare med öppningar

De är baserade på beroendet av tryckfallet över avsmalningsanordningen av flödeshastigheten, som ett resultat av vilket en del av flödets kinetiska energi omvandlas till potentiell energi.

Funktionsprincipen för denna typ av flödesmätare är baserad på Venturi-effekten . En venturiflödesmätare begränsar vätskeflödet i en viss enhet, till exempel med ett membran och trycksensorer eller en differenstrycksmätare mäter den tryckskillnaden framför den specificerade enheten och direkt vid förträngningen. Denna metod för flödesmätning används i stor utsträckning vid transport av gaser genom rörledningar och har använts sedan romartiden .

Membranet är en skiva med ett genomgående hål infört i flödet. En tallriksmynning minskar flödet och tryckskillnaden uppmätt före och efter öppningen gör det möjligt att bestämma flödet i strömmen. Denna typ av flödesmätare kan grovt sett betraktas som en form av venturimätare, men med högre energiförluster. Det finns tre typer av skivmembran: koncentriska, excentriska och segmentella [2] [3] .

Pitotrör

Pitotrörsflödesmätare mäter dynamiska trycket i flödes dödzon

Genom att känna till det dynamiska trycket, med hjälp av Bernoullis ekvation, kan du bestämma flödeshastigheten och därmed det volymetriska flödet (Q \u003d S * V, där S är tvärsnittsarean för flödet, V är medelflödeshastighet).

Flödesmätare med hydrauliskt motstånd

Funktionsprincipen för hydrodynamiska flödesmätare är baserad på att mäta trycket på drivmediet, d.v.s. tryck som verkar på kroppen placerad i flödet. Fördelarna med hydrodynamiska flödesmätare är: strukturell enkelhet, tillförlitlighet och lätt underhåll. En vanlig tillämpning är deras användning som flödesindikatorer för kontaminering av vätskor och gaser.

Centrifugalflödesmätare

Centrifugalflödesmätare är en armbåge på rörledningen, som täcker den runt hela rörledningens omkrets. Tryckkranar är placerade i den övre delen på ytter- och innerväggarna.

Funktionsprincipen för centrifugalflödesmätare är baserad på det faktum att när ett medium rör sig längs en krökt sektion av en rörledning uppstår centrifugalkrafter som skapar en tryckskillnad mellan punkter med olika krökningsradier. Enligt detta följer att där krökningen är större är centrifugalkraften större och trycket på väggen större [1] .

Flödesmätare med tryckanordning

Flödesmätare med tryckförstärkare

Shock jet flödesmätare

Flödesmätare för konstant differentialtryck

Rotametrar

Rotametrar är designade för att mäta flödet av rena vätskor och gaser. De består av ett vertikalt koniskt rör av metall, glas eller plast, i vilket en speciell flottör rör sig fritt upp och ner. Flödet rör sig genom röret från botten och upp, vilket gör att flottören stiger till en nivå där alla verkande krafter är i jämvikt. Det finns tre krafter som verkar på flottören:

• flytkraft, som beror på mediets densitet och flottörens volym;
• gravitation, som beror på massan av flottören;
• flödeskraft, som beror på flottörens form och hastigheten på flödet som passerar genom sektionen av rotametern mellan flottören och rörväggarna.

Varje flödeshastighet motsvarar ett visst variabelt tvärsnitt, beroende på formen på mätrörskonen och flottörens specifika position. När det gäller glaskoner kan flödet avläsas direkt från skalan i nivå med flottören. När det gäller koner gjorda av metall överförs flottörens position till displayen med hjälp av ett system av magneter - ingen extra strömförsörjning krävs. Olika mätområden uppnås genom en mängd olika storlekar och former på konen, samt möjligheten att välja olika former och material på flottören.

Optiska flödesmätare

Optiska flödesmätare använder ljus för att bestämma flödet.

Laserflödesmätare

Små partiklar, som oundvikligen finns i natur- och industrigaser, passerar genom två laserstrålar riktade mot strömmen från källan. Laserljuset sprids när partikeln passerar genom den första laserstrålen. Den spridda laserstrålen kommer in i fotodetektorn, som som ett resultat genererar en elektrisk pulssignal. Om samma partikel korsar den andra laserstrålen, kommer det spridda laserljuset in i den andra fotodetektorn, som genererar en andra pulsad elektrisk signal. Genom att mäta tidsintervallet mellan dessa två pulser kan gashastigheten beräknas med formeln V = D / T, där D är avståndet mellan de två laserstrålarna och T är tiden mellan de två pulserna. Genom att känna till flödeshastigheten kan man bestämma flödeshastigheten (Q = S * V, där S är flödets tvärsnittsarea, V är den genomsnittliga flödeshastigheten).

Laserbaserade flödesmätare mäter partikelhastighet, en parameter som är oberoende av värmeledningsförmåga , gastyp eller gassammansättning. Laserteknik gör det möjligt att få fram mycket exakta data, även i de fall där andra metoder inte kan användas eller de ger ett stort fel: vid höga temperaturer, låga flöden, höga tryck, hög luftfuktighet, rörledningsvibrationer och akustiskt buller.

Optiska flödesmätare kan mäta flödeshastigheter från 0,1 m/s till över 100 m/s.

Ultraljudsflödesmätare

Ultraljudstidspuls

Tidspulsflödesmätare mäter skillnaden i tiden för passage av en ultraljudsvåg i riktningen och mot vätskeflödets riktning. Denna mätprincip säkerställer hög noggrannhet (± 1%). Det fungerar dock bra för en ren ström eller en ström med låg halt av suspenderade partiklar. Tidspulsflödesmätare används för att mäta flödet av renat, hav, avloppsvatten, olja, inklusive råolja, processvätskor, oljor, kemikalier och eventuell homogen vätska.

Funktionsprincipen för ultraljudsflödesmätare är baserad på att mäta skillnaden i signalens transittid. I detta fall fungerar två ultraljudssensorer, placerade diagonalt mittemot varandra, växelvis som sändare och mottagare. Således accelererar den akustiska signalen som genereras växelvis av båda sensorerna när den riktas nedströms och saktar ner när den riktas uppströms. Tidsskillnaden till följd av signalens passage genom mätkanalen i båda riktningarna är direkt proportionell mot medelflödeshastigheten, från vilken volymflödet sedan kan beräknas. Och användningen av flera akustiska kanaler gör det möjligt att kompensera för störningar i flödesprofilen.

Ultraljudsfasförskjutning

Ultraljudsdoppler

Dopplerflödesmätaren är baserad på Dopplereffekten. Det fungerar bra med slurry där partikelkoncentrationen är över 100 ppm och partikelstorleken är större än 100 µm, men koncentrationen är mindre än 10%. Dessa vätskemätare är lättare och mindre exakta (± 5%) och billigare än tidspulsmätare.

Ultraljudkorrelationer

En annan inte så populär flödesmätare är ultraljudsflödesmätaren efter korrelation (korskorrelation). Det eliminerar nackdelarna med Dopplerflödesmätare. De fungerar bäst för vätskeflöde med fasta partiklar eller turbulent gasflöde.

Elektromagnetiska flödesmätare

Redan 1832 försökte Michael Faraday bestämma hastigheten på Themsen genom att mäta spänningen som induceras i vattenflödet av jordens magnetfält. Principen för elektromagnetisk flödesmätning är baserad på Faradays induktionslag. Enligt denna lag skapas en spänning när en ledande vätska passerar genom magnetfältet hos en elektromagnetisk flödesmätare. Denna spänning är proportionell mot mediets flöde.

Den inducerade spänningen mäts antingen av två elektroder i kontakt med mediet eller av kapacitiva elektroder som inte är i kontakt med mediet och överförs till signalomvandlaren. Signalomvandlaren förstärker signalen och omvandlar den till en standardströmsignal (4-20 mA) samt till en pulsfrekvenssignal (t.ex. en puls per kubikmeter mätmedium som passerar genom mätröret). Funktionsprincipen för elektromagnetiska flödesmätare är baserad på interaktionen mellan en rörlig elektriskt ledande vätska med ett magnetfält. När en vätska rör sig i ett magnetfält uppstår en emk , som i en ledare som rör sig i ett magnetfält. Denna EMF är proportionell mot flödeshastigheten, och flödeshastigheten kan bestämmas från flödeshastigheten.

Coriolis flödesmätare

Funktionsprincipen för massflödesmätare är baserad på Corioliseffekten . Massflödet av vätskor och gaser kan beräknas från deformationen av mätröret under inverkan av flödet. Mediets densitet kan också beräknas från det vibrerande rörets resonansfrekvens. Beräkningen av Corioliskraften utförs med hjälp av två sensorspolar. I frånvaro av flöde registrerar båda sensorerna samma sinusformade signal. När flöde uppstår verkar Corioliskraften på flödet av mediumpartiklar och deformerar mätröret, vilket leder till en fasförskjutning mellan sensorsignalerna. Sensorerna mäter fasförskjutningen av sinusformade svängningar. Denna fasförskjutning är direkt proportionell mot massflödet.

Vortexmätare

Mätprincipen är baserad på Karman vortex gatueffekt. Bakom bluffkroppen bildas virvlar i motsatt rotationsriktning. Det finns en virvel i mätröret, bakom vilken virvelbildning sker. Virvelavfallsfrekvensen är proportionell mot flödet. De resulterande virvlarna fångas upp och räknas av det piezoelektriska elementet i den primära givaren som stötvågor. Vortexmätare är lämpliga för att mäta en mängd olika media.

Termiska flödesmätare

Termiska gränsskiktsflödesmätare

De används för att mäta flöde i rör med liten diameter från 0,5-2,0 till 100 mm. För att mäta flödet i rör med stor diameter används speciella typer av termokonvektiva flödesmätare:

• partiell med en värmare på bypassröret;
• med termisk sond;
• med extern uppvärmning av en begränsad sektion av röret.

Fördelen med termokonvektiva flödesmätare är oföränderligheten av värmekapaciteten hos det uppmätta ämnet vid mätning av massflöde. En annan fördel är att termokonvektiva flödesmätare inte har kontakt med det uppmätta ämnet. Nackdelen med båda flödesmätarna är deras stora tröghet [4] .

Kalorimetriska flödesmätare

I kalorimetriska flödesmätare värms eller kyls flödet av en extern värmekälla, vilket skapar en temperaturskillnad i flödet, från vilken flödet bestäms. Om vi ​​försummar värmeförlusterna från flödet genom rörledningsväggarna till miljön, tar värmebalansekvationen mellan värmen som genereras av värmaren och värmen som överförs till flödet formen:

var

•  - Korrektionsfaktor för den ojämna fördelningen av temperaturer över rörledningssektionen;
•  — massflöde i flödet.
•  - specifik värmekapacitet (för gas - vid konstant tryck);
•  — temperaturskillnad mellan givarna ( och  — framledningstemperaturer före och efter värmaren).

Värme tillförs vanligtvis flödet i kalorimetriska flödesmätare av elektriska värmare, för vilka:

var

•  - ström genom värmeelementet;
•  är värmarens elektriska motstånd.

Baserat på dessa ekvationer kommer den statiska omvandlingskarakteristiken, som relaterar temperaturskillnaden över sensorerna till massflödet, att ta formen:

Markera flödesmätare

Flödeshastigheten bestäms genom att bestämma flödeshastigheten genom kanalsektionen, och hastigheten bestäms av tiden för överföring till ett känt avstånd av eventuella märken som artificiellt införts i flödet eller initialt finns i flödet.

Anteckningar

1. ↑ 1 2 Khansuvarov K.I., Zeitlin V.G. Teknik för att mäta tryck, flöde, mängd och nivå av vätska, gas och ånga: En lärobok för tekniska skolor. - M.: Standards Publishing House, -1990.- sid. 170-173 287 s, ill.
2. ↑ Lipták, Flow Measurement Arkiverad 7 september 2018 på Wayback Machine , sid. 85
3. ↑ American Gas Association rapport nummer 3
4. ↑ Kremlevsky P.P. Flödesmätare och räknare för mängden ämnen: Uppslagsbok: Bok. 2 / Under det allmänna ed. E. A. Shonnikova. - 5:e uppl., reviderad. och ytterligare - St. Petersburg: Polytechnic, 2004. - 412 s.