Навигация
Расходомер – измерительный прибор для количественного определения объема либо массы жидкости, газа или парообразного вещества, проходящего через поперечное сечение трубы за единицу времени. Основная функция устройства состоит в обеспечении точного и надежного измерения расхода, что является критически важным для управления производственными процессами, учета потребления ресурсов и обеспечения безопасности в разных промышленных отраслях.
В статье разбираем основные виды расходомеров, даем подробную характеристику каждого и приводим критерии выбора датчиков расхода.
Основные виды расходомеров
На сегодняшний день не существует универсального расходомера, который бы подходил для работы с любыми жидкостями, диапазонами измерений, состояниями потока и условиями использования. Поэтому категория этих приборов насчитывает примерно 60 типов устройств. Каждый из них имеет свои особенности в принципе действия, конструкции, монтаже, технических характеристиках. Рассмотрим расходомеры наиболее распространенных типов.
Вихревые расходомеры
Работа этих приборов основана на измерении вихревой дорожки Кармана. При прохождении потока через тело обтекания (обычно это специальный выступ или треугольная призма) позади него образуются вихри. Их частота пропорциональна скорости потока, а значит, и его расходу. Датчики непрерывно фиксируют частоту колебаний и передают данные на обработку в вычислительный блок. Вычислитель преобразует сигналы в показатели расхода.
Конструкция такого прибора состоит из следующих элементов:
- корпус с проточной частью
- генератор вихрей (тело обтекания)
- датчик для регистрации вихрей (обычно пьезоэлектрический или ультразвуковой)
- электронный модуль обработки данных
К основным преимуществам вихревых расходомеров, таких как Huba Control 2000 с рабочими параметрами 0,5–150 л/мин, относятся широкий диапазон измерений, отсутствие движущихся частей, простота измерительного компонента. Достоинствами также являются минимальные потери давления, высокая точность измерения, низкие затраты на эксплуатацию. Кроме того, вихревые расходомеры универсальны в применении, поскольку способны работать с жидкими, газовыми и паровыми средами. Среди недостатков приборов – чувствительность к внешней вибрации, требования к стабильности потока и чистоте среды.
Ультразвуковые расходомеры
Датчики расхода этого типа измеряют расход с помощью звуковых волн. Существуют разные методы обнаружения сигнала. Например:
- транзитное время – фиксируется разница во времени прохождения ультразвуковых сигналов по и против направления потока; чем выше скорость потока, тем больше разница во времени
- доплеровский эффект – изменение частоты ультразвука, отраженного от частиц или пузырьков в потоке; этот метод особенно полезен для потоков с примесями
Существуют разные конструкции ультразвуковых расходомеров: модели с отражателями и схемы с угловым вводом направленных акустических колебаний, что позволяет адаптировать приборы под различные условия измерений.
Основные компоненты конструкции:
- корпус
- передатчики и приемники ультразвуковых сигналов
- встроенный преобразователь данных
- электронный модуль для анализа сигналов
Достоинствами ультразвуковых датчиков расхода являются высокая точность при правильной калибровке, возможность установки на большие трубопроводы, бесконтактное измерение. Вместе с тем такие расходомеры ограничено используют при неоднородных потоках, а их точность зависит от состава и чистоты среды. Кроме того, относительно других приборов они дорого стоят.
Механические расходомеры
Механические датчики расхода используют движущиеся элементы, такие как турбинки или крыльчатки, которые вращаются под действием потока. Скорость вращения пропорциональна расходу. Поворотное устройство приводит в действие счетный механизм, который фиксирует объем протекающей среды.
- корпус с проточной частью
- движущаяся деталь (турбинка, крыльчатка)
- счетный механизм
- фильтр для предотвращения засоров (присутствует не всегда)
Достоинства механических расходомеров: простая конструкция, очень высокая надежность при работе с чистыми средами, низкая стоимость. В то же время они имеют ограниченную точность, чувствительны к загрязнениям и отложениям, содержат подвижные части, подверженные износу.
Электромагнитные расходомеры
Работа приборов этого типа базируется на законе электромагнитной индукции Фарадея. То есть во время прохождения жидкой среды через магнитное поле, в ней индуцируется напряжение. Его величина пропорциональна скорости потока. Подобные датчики определяют как объемный, так и массовый расход различных жидкостей.
Конструктивные элементы:
- корпус
- магнитная система, создающая постоянное/переменное магнитное поле
- электроды, контактирующие с жидкостью
Электромагнитные расходомеры отличаются высокой точностью и надежностью измерений для проводящих жидкостей. В их конструкции, как и у вихревых моделей, нет подвижных частей, что исключает механический износ и минимизирует необходимость обслуживания. Но такие приборы не подходят для непроводящих или слабопроводящих жидкостей. Они также могут быть чувствительны к электромагнитным помехам.
Критерии выбора расходомера
Любой расходомер выбирают на основе комплекса факторов:
- тип измеряемой среды – жидкость, пар либо газ; так, для работы с химически агрессивными средами подходят электромагнитные расходомеры, а для воздуха – тепловые
- диапазон измерений – пороговые значения расхода; при этом, кроме стандартных параметров потока, необходимо учитывать возможные пульсации
- точность и чувствительность – для задач коммерческого учета или лабораторных исследований требуются расходомеры с высокой точностью
- особенности монтажа – нужно рассмотреть возможность бесконтактного измерения, учесть размеры трубопровода, наличие прямых участков перед и после прибора
- долговечность и обслуживание – здесь важны наличие подвижных частей, чувствительность к загрязнениям
- совместимость с системами автоматизации – подразумевает возможность подключения к SCADA-системам или другим контроллерам.