Средства контроля расхода и количества
Содержание занятия: рассмотреть методы и средства контроля расхода жидких сред и пара
Основной материал:
Одним из информативных технологических параметров является расход и количество сырья или продукта. В процессе производства и потребления измерение этих параметров необходимо как для контроля экономических показателей, так и для управления самими процессами.
Современные средства измерения расхода и количества жидкостей и газов разнообразны по принципу действия, метрологическим характеристикам, условиям эксплуатации и методам поверки. Знание особенностей каждого типа расходомеров, его достоинств и недостатков позволят обеспечить единство измерений и избежать потерь из-за неточных измерений и низкой метрологической надёжности средств измерений.
Следует также различать при выборе того или иного расходомера его стоимость приобретения (покупки) и стоимость владения, куда входят затраты на обслуживание и ремонты, демонтаж и монтаж и поверку. Так, являясь самым дешевым дроссельный расходомер (с диафрагмой) требует ежегодной поверки, демонтажа, монтажа и расчета СУ.
Расход– это объем или масса вещества, проходящие в единицу времени через поперечное сечение трубопровода
Различают расход объемный (go) и массовый (gm):
, 
(11-1)
, кг/с (11-2)
где s – площадь сечения трубопровода, u – скорость потока, ρ-плотность вещества.
Количество веществавыражают в единицах объема или массы за длительный промежуток времени.
|
|
|
Количество жидкости с равной степенью точности можно измерять объемным и массовым методами, так как плотность жидкости при определенной температуре является величиной постоянной для данной жидкости. При переходе от объемных единиц к массовым необходимо учитывать температуру измеряемой жидкости, так как плотность веществ зависит от температуры.
Зависимость плотности жидкости от температуры приближенно выражается формулой
, (11-3)
где 
— плотность жидкости при температуре 20°С; 
— температурный коэффициент объемного расширения жидкости, 1/°С; t — температура жидкости, °С.
Значения плотности воды и других жидкостей в зависимости от температуры приведены в справочной литературе [ 1 ].
Средства измерения (СИ) расхода называются расходомерами
По принципу действия и методу измерения расхода расходомеры можно разделить на несколько групп (рис.16):
1. Расходомеры переменного перепада давления – измеряющие расход по перепаду давления в местах сужения потока измеряемой среды.
2. Расходомеры переменного перепада давления с осредняющей напорной трубкой (AnnuBar).
|
|
|
3. Расходомеры постоянного перепада давления (ротаметры), мерой расхода в которых является высота положения поплавка-ротора;
4. Электромагнитные (индукционные) расходомеры, измеряющие расход по ЭДС, индуктируемой в потоке электропроводной жидкости, пересекающей магнитные поля.
5. Ультразвуковые расходомеры - измеряющие расход по смещению ультразвуковых колебаний движущейся средой.
6. Вихревые и вихреакустические расходомеры, основанные на явлении образования вихрей позади тела обтекания, помещенного в трубопровод.
7. Кориолисовые расходомеры (массомеры), измерение в которых основано на зависимости сил Кориолиса от величины массового расхода. Силы Кориолиса вызывают сдвиг фаз между сигналами детекторов, расположенных на входе и выходе расходомерной трубки.
8. Расходомеры переменного уровня, измеряющие расход в безнапорных трубопроводах по изменению уровня в мерных камерах.
9. Тепловые – измеряющие расход на основе зависимости процесса теплообмена от скорости потока среды.
10. Корреляционные расходомеры основаны на зависимости времени транспортного запаздывания прохождения турбулентных флуктуаций потока расстояния между двумя парами ультразвуковых преобразователей от объемного расхода.
|
|
|
11. Скоростные (тахометрические) расходомеры основаны на зависимости скорости вращения чувствительного элемента ( турбинки, шарика) от расхода среды.
12. Струйные ( автогенераторные) расходомеры основаны на зависимости частоты автоколебаний струйного генератора от величины объемного расхода.
Расходомеры переменного перепада давления
Принцип действияоснован на зависимости разности давлений до и после сужающего устройства (СУ) от объёмного расхода gо
измерение расхода по этому методу основано на изменении потенциальной энергии (статического давления) вещества, протекающего через местное сужение в трубопроводе. Сужающее устройство (диафрагма) (рис.15) представляет собой тонкий стальной диск, установленный в трубопроводе так, чтобы отверстие в диске было концентрично сечению трубопровода. Сужение потока начинается до диафрагмы; затем на некотором расстоянии за ней благодаря действию сил инерции поток сужается до минимального сечения (диаметр 
), а далее постепенно расширяется до полного сечения трубопровода. Перед диафрагмой и за ней образуются зоны с вихревым движением, причем зона вихрей за диафрагмой больше, чем перед ней.
|
|
|
Давление потока около стенки трубопровода несколько возрастает из-за подпора перед диафрагмой и снижается до минимума за диафрагмой в наиболее узком сечении поток. Далее, по мере расширения струи, давление потока около стенки снова повышается, но не достигает прежнего значения. Потеря части давления 
определяется главным образом потерей энергии на трение и завихрения.
Рис. 23. Эпюра потока и график распределения статического давления при установке сужающего устройства в трубопроводе
I -сечение потока на расстоянии L1 от СУ;
II – сечение потока в месте наибольшего сужения потока; III , IY – сечения потока до и после СУ
L – длина трубопровода; Р1 – давление в трубопроводе до СУ
(сечение III); Р2 - давление после СУ (сечение IY); Р2 /' – давление в наибольшем сужении потока, минимальное давление (сечение II); Рп - потери напора на трение и завихрения потока.
Уравнение расхода принимает вид:
Метран-300ПР- это вихреакустический преобразователь объемного расхода с ультразвуковым детектированием вихрей. Принцип действия преобразователя расхода основан на зависимости частоты образования вихрей за телом обтекания, установленным в проточной части преобразователя расхода (рис.9-1), от объемного расхода потока. Частота вихреобразования («дорожки Кармана») определяется при помощи ультразвукового луча, имеющего частоту 1МГц (ультразвуковое детектирование вихрей). Суть эффекта заключается в том, что образование вихрей происходит поочередно на противоположных ребрах тела обтекания (1, рис.16). При этом частота образования вихрей прямо пропорциональна скорости потока:
f = St (v/d), (12-1)
где f - частота образования вихрей Кармана, St - число Струхаля,
v - скорость потока среды, d - ширина тела обтекания.
Число Струхаля - эмпирическая величина, определенная геометрией расходомера и свойствами среды.
Принцип действия электромагнитного расходомера основан на зависимости ЭДС индукции, возникающей в потоке электропроводной жидкости, протекающей в магнитном поле, от скорости потока, а значит, и от объемного расхода:
Уравнение НСХ расходомера:
(12-2)
где Еи –эдс индукции; B - характеристика магнитного поля, магнитная индукция; w =2πf – круговая частота; π =3,14;D – расстояние между электродами; G о – объёмный расход жидкости. Если D ≠ const, то появляется дополнительная погрешность.
В связи с этим отложение солей железа и заиливание электродов и внутренней поверхности фторопластового покрытия вызывает изменение межэлектродного расстояния (D ≠ const) возникновение дополнительной погрешности. Область применения таких расходомеров – это производство кислот, щелочей, очистка промстоков. При эксплуатации в системе ЖКХ, где теплофикационная вода содержит много железа (ржавчина стальных трубопроводов) проточную часть электромагнитных трубопроводов необходимо периодически очищать, что является недостатком данных расходомеров.
Ультразвуковой (частота более 20 кГц) метод измерения расхода основан на явлении смещения звукового колебания движущейся жидкой средой.
Впервые акустическая технология измерения расхода была предложена в 1935
Первый работающий прототип расходомера был представлен в 1948 году.
Благодаря прорыву в электронике первые надежные расходомеры появились в середине 60-х годов.
Для измерения расхода в основном используют два метода. Один метод основан на измерении разности фазовых сдвигов двух ультразвуковых колебаний, направленных по потоку и против него. Приборы измерения этим методом называются фазовыми расходомерами.
Другой метод основан на измерении разности частот повторения коротких импульсов или пакетов ультразвуковых колебаний, направленных одновременно по потоку и против него. Эти приборы называются частотными расходомерами.
. (13-6)
Контрольные вопросы
Литература
1. Кулаков М.В. Технологические измерения и приборы для химических производств. М.: Машиностроение, 2008.-423 с.
ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ № 6
Средства контроля плотности
Содержание занятия:
Основной материал:
Плотность – это масса единицы объема, измеряется в кг/м3:
D (ρ) = М/V (15-1)
Технологический контроль данного параметра необходим во многих процессах обогащения полезных ископаемых (флотация, сгущение), гидрометаллургии, при добыче и транспортировке нефти и газа в химической промышленности ( получение этилового спирта) и др.
Средства измерения плотности – плотномеры, денсиметры по принципу действия можно разбить на пять групп:
· Поплавковые плотномеры;
· Весовые;
· Гидростатические;
· Радиоизотопные;
· Вибрационные
В нефтегазовой промышленности наибольшее распространение получили поплавковые и вибрационные плотномеры.
Принцип действия поплавковых плотномеров основан на законе Архимеда: на тело, погруженное в жидкость, действует выталкивающая сила. Поплавковые плотномеры изготавливаются двух типов – с плавающим и с погружным поплавком (буйком). Выталкивающая сила, действующая на поплавок в первом случае равна:
FA = ρ0 g Sh +( ρ – ρ0 )gSx, (15-2)
где ρ, ρ0 –измеряемая плотность и плотность среды над жидкостью; S – площадь сечения поплавка; h – высота поплавка; x – глубина погружения поплавка; g – ускорение свободного падения. Если над жидкостью воздух, то ρ0 =0 и уравнение измерения примет вид:
FA = ρgSx, (15-3), т.е.
ρ = FA /gSx = А(1/х), (15-4)
где х - глубина погружения поплавка обратно пропорциональна плотности жидкости. Показания плотномера будут зависеть от изменения температуры жидкости и поверхностного натяжения.
В поплавковых плотномерах второго типа (рис. 20) за счет полного погружения буйка исключается влияние поверхностного натяжения.
| Gб |
| Fa Fп |
Fa – сила Архимеда, Fп - сила сжатия пружины, Gп- вес буйка.
Для поплавковых плотномеров условие точного измерения – термостатирование жидкости (tж = const).
Весовые плотномеры (денсиметры) содержат сенсор в форме горизонтальной петлеобразной трубки постоянного известного объёма, закрепленную с одной стороны, через которую непрерывно проходит жидкость. Изменение плотности жидкости вызовет изменение силы тяжести трубки по уравнению:
ΔG = 0,25πd2 (πR + 2L)( ρ – ρ0 )g (15- 5)
d, R ,L, ρ – геометрические параметры трубки и плотность материала; ρ0 – измеряемая плотность жидкости.
Принцип действия гидростатических плотномеров основан на зависимости давления столба жидкости от её плотности при постоянной величине высоты столба:
Р = ρ g Н (15-6)
Для температурной компенсации используют встроенный сосуд постоянного уровня, заполненный жидкостью с известной плотностью ρ0 , и тогда уравнение измерения имеет вид:
ΔР = (h ρ – h0ρ0 )g (15-7)
Принцип действия радиоизотопных плотномеров основаны на зависимости интенсивности проходящего через раствор проникающей радиации (γ- лучи) изотопа кобальта 60Со и плотности среды:
J = J0 exp(-μ Жl Ж + 2μ tdt) (15-8)
μ = μ Ж [1 + С(μ t - μ Ж)/ μ Ж]/[ 1 –C(ρt – ρж )/ ρж ] (15-9)
У вибрационных плотномеров сенсорвыполняется в виде трубки, цилиндра или пластины, закрепленный с обоих концов и приводимый в автоколебательный режим системой возбуждения. Частота автоколебаний сенсора будет зависеть от плотности жидкости:
F = f0 ∙√q/(q+ ρж) (15-10)
Контрольные вопросы
Литература
1. Кулаков М.В. Технологические измерения и приборы для химических производств. М.: Машиностроение, 2008.-423 с.
ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ № 7
Дата добавления: 2019-03-09; просмотров: 109; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!