Методы и приборы для измерения расхода
Тема: Контрольно-измерительные приборы
Классификация приборов для измерения температуры
Приборы для измерения давления
Методы и приборы для измерения расхода
Методы и приборы для измерения уровня
Методы и приборы для измерения уровня влагосодержания
Аналоговые каналы связи. Схемы подключения датчиков с аналоговым выходным сигналом к контроллерам
Классификация приборов для измерения температуры
Приборы для измерения температуры основаны на изменении следующих свойств вещества при изменении температуры: На изменении объёма тела - термометры расширения:
• изменение линейного размера - дилатометры;
• изменение давления рабочего вещества в замкнутой камере - манометрические термометры.
На изменении сопротивления - термометры сопротивления:
• термометры из благородных металлов - платины;
• термометры из неблагородных металлов;
• полупроводниковые термометры (термисторы). Основанные на явлении термоэффекта - термопары.
Использующие оптические свойства вещества - оптические термометры или пирометры:
• радиационные пирометры;
• яркостные пирометры;
• цветовые пирометры.
Использующие прочие свойства вещества:
• шумовые термометры, использующие зависимость уровня шума от температуры (для измерения низких температур);
• резонансные термометры, использующие зависимость резо нансной частоты от температуры;
|
|
|
• термометры, использующие свойства р-п переходов.
В табл. 3.1 приведены наиболее распространенные устройства для измерения температуры и их диапазоны измерения.
•
Таблица 1. Устройства для измерения температуры и их диапазоны измерения
| Используемый физический эффект
| Наименование устройства
| Пределы длительного измерения температуры, "С | |
| Нижний | Верхний | ||
| Тепловое расширение Изменение давления Изменение электрического сопротивления Термоэлектрические эффекты Тепловое излучение | Жидкостные стеклянные термометры Манометрические термометры Электрические термометры сопротивления Полупроводниковые термометры сопротивления Термоэлектрические термометры (термопары) стандартизованные Термоэлектрические термометры (термопары) специальные Оптические пирометры Радиационные пирометры Фотоэлектрические пирометры Цветовые пирометры | -190 -160 -200 -90 -50 1300 700 20 600 1400 | 600 60 500 180 1600 2500 6000 3000 4000 2800 |
Приборы для измерения давления
Различают приборы:
• абсолютного давления (барометры),
• избыточного давления (манометры), показывают на сколько давление в системе превышает атмосферное.
|
|
|
В нефтегазовой промышленности в основном находят применение манометры. Используются манометры двух типов:
• Избыточного давления, давление измеряется в одной точке.
• Дифференциального давления, измеряется разность давлений в двух точках системы.
По типу чувствительного элемента манометры подразделяют на следующие:
• мембранные, движение мембраны преобразуется в электрический сигнал.
• сильфонные, Сильфонный манометр (рис. 4.7) представляет собой отрезок гофрированной трубки (трубка из латуни, бериллиевой бронзы или нержавеющей стали) При изменении давления внутри сильфона его высота или увеличивается, или уменьшается. Перемещение верхнего края сильфона преобразуется в электрический сигнал.
• манометры с трубчатой пружиной (манометры с трубкой Бурдона).
Промышленные датчики давления чаще всего имеет чувствительный мембранный элемент и преобразователь, который преобразует деформацию мембраны в электрический сигнал. Могут применяться:
• емкостные преобразователи;
• индуктивные;
• тензопреобразователи и др.
У датчика с тензочувствительным преобразователем деформация мембраны манометра преобразуется в электрический сигнал мостовой схемой. В плечах моста находятся тензодатчики, наклеиваемые на мембрану. Выходной сигнал напряжения снимается с диагонали моста (рис. 4.8).
|
|
|
Погрешность манометра может иметь значение: 1,0 %; 0,5 %; 0,25 %.
Датчики выпускаются промышленностью для измерения давления в определённом диапазоне, выбираемом из следующего ряда (в МПа):
0.1 0...1.6 0.2,5 0...4.0 0...6.3 0...10 0...16
Методы и приборы для измерения расхода
Под величиной расхода понимается количество продукта, прошедшего через заданное сечение трубопровода в единицу времени. Количество продукта может измеряться в объёмных и массовых единицах.
Устройства, измеряющие массовые величины, называют массовыми расходомерами. Расходомеры, определяющие объёмный расход. называются объёмными расходометрами.
Обозначим через Qv количество продукта в объёмных единицах. Тогда объёмный расход
Обозначим через Q™ количество продукта, выраженного в массовых единицах.
Тогда массовый расход
Выпускаются следующие типы расходомеров и счетчиков количества:
• Расходомеры переменного перепада давления.
При проходе потока через сужающее устройство часть потенциальной энергии потока переходит в кинетическую, поэтому статическое давление после сужающего устройства становится меньше давления перед сужающим устройством. Разность давлений до и после сужающего устройства тем больше, чем больше расход протекающего вещества. Следовательно, перепад давления может служить мерой расхода.
|
|
|
Расходомеры переменного перепада давления являются наиболее распространенными по следующим причинам:
1. Для поверки не требуются образцовых средств измерения расхода (используется поэлементный способ поверки). В процес се поверки поверяются геометрические размеры сужающего уст ройства (диаметр проходного сечения и острота кромки), затем отдельно поверяется датчик перепада давления.
2. Простота механической конструкции.
3. Измерения стандартизованы, имеются программы расчета на ЭВМ.
Основные недостатки метода:
- потери давления на сужающем устройстве;
- малый динамический диапазон измерения расхода
• Турбинные расходомеры жидкости:
- турбинные расходомеры с механическим счётным механизмом;
- турбинные расходомеры с индукционным узлом съёма сигнала.
Турбинка вращается под действием набегающего потока. Частота вращения пропорциональна скорости потока. Динамический диапазон трубопровода расходомера D = 10. Погрешность измерения 0,01 %..Л %. Расходомер работает только на чистом газе или жидкости. Поток должен быть ламинарный (для этого перед замерным узлом ставят спрямляющий участок, длина которого L > iOd , d - диаметр трубопровода).
Рекомендуется также использовать струевыпрямитель, который ставят перед расходомером
• Ультразвуковые расходомеры жидкости.
Ультразвуковые расходомеры (рис. 5.7) используют для измерения как в жидких, так и в газовых средах.
Скорость ультразвука в среде является геометрической суммой векторов скорости распространения ультразвука в неподвижной среде и скорости среды. Фактически ультразвуковой метод измерения позволяет измерять скорость среды.
Ультразвуковые расходомеры не имеют подвижных механических частей, не вызывают потерь давления в трубопроводе, позволяют измерять расход в прямом и обратном направлениях.
Выделяют два типа излучателей и приёмников:
- врезные (излучатель непосредственно контактирует с изме рительной средой);
- накладные (пьезоэлектрические преобразователи устанав ливают на поверхности трубопровода).
Доплеровские расходомеры (рис. 5.11) использует широко известный эффект Доплера, который заключается в изменении частоты волны при её отражении от движущегося объекта. В случае потока жидкости или газа отражающими объектами служат примеси в потоке.
Технология «широколучевого» измерения реализуется, как правило, с помощью ультразвуковых волн Лэмба. Волной Лэмба называется волна, распространяющаяся между поверхностями стенки трубы вдоль поверхности трубопровода. При каждом отражении от границы труба-среда в среде возбуждается волна, направленная внутрь измеряемого потока. В результате создаётся пучок когерентных измерительных лучей, который и называют широким лучом.
«Широкий луч» обеспечивает нечувствительность расходомера к примесям в среде. Если один из параллельных лучей широкого пучка перекрывается инородной частицей примеси, то измерение обеспечивают другие лучи.
• Электромагнитные расходомеры жидкости.
Основой измерений с помощью электромагнитного расходомера является закон индукции Фарадея, в соответствии с которым при перемещении проводника через магнитное поле в нём наводится напряжение. Этот принцип измерений применяется к текущей по трубе проводящей жидкости, поперек направления движения которой создается магнитное поле
Электромагнитный расходомер позволяет измерять расход в трубопроводах диаметром от 1 мм до 2 м. При этом выходной сигнал не зависит от эпюры скоростей по сечению трубопровода.
• Вихревые расходомеры жидкости:
Принцип действия вихревых расходомеров с телом обтекания (рис.) заключается в фиксации вихрей, возникающих за телом обтекания, помещенного в поток. Частота образования вихрей (так называемая «дорожка Кармана») пропорциональна объёмному расходу
Рис. Устройство вихревого расходомера:
1 - корпус расходомера; 2 - тело обтекания; 4 ~ фланцы расходомера; 5 - трубопровод
- с индуктивным преобразователем сигнала;
- с электромагнитным преобразователем сигнала;
- с ультразвуковым преобразователем сигнала.
Расходомеры постоянного перепада давления (ротаметры).
• Кориолисовы расходомеры.
Кориолисовы расходомеры позволяют измерять массовый расход жидкостей или газов с большой точностью. Измерение расхода производится за счёт эффекта возникновения силы Ко-риолиса, возникающей при криволинейном движении жидкости или газа.
Рассмотрим течение жидкости в горизонтальной трубе (рис.). Если горизонтально расположенную трубу, через которую протекает жидкость, жёстко закрепить с одного конца, а другой конец заставить вибрировать с постоянной круговой скоростью со, относительно неподвижной точки 0, то на стенку трубы будет действовать сила Кориолиса, которая будет зависеть от массового расхода жидкости.
Частица жидкости массой т, находящаяся на расстоянии г от точки 0, движется с линейной скоростью v и с угловой скоростью со. Ускорение а частицы жидкости складывается из двух
Рис. Принцип работы кориолисова расходомера
Дата добавления: 2022-01-22; просмотров: 28; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!