Как вы определяете измеряемый поток?

Измерение расхода определяет количество, проходящее через трубопроводную систему за единицу времени. Средством измерения может быть жидкость, газ или пар. При измерении расхода различают измерение объемного расхода и измерение массового расхода.

Объемный расход

Объемный расход — это объем, проходящий через трубу за единицу времени (в л/ч, куб. футах в минуту и т. д.). Большинство представленных здесь систем измеряют объемный расход.

Массовый расход

Массовый расход определяется как масса, проходящая через систему за единицу времени (в кг/ч, т/ч и т. д.). Если плотность среды постоянна, массовый расход можно определить, умножив объемный расход на плотность. Если плотность не постоянна, как это часто бывает в случае с паром и газами, ее также необходимо измерить с помощью измерительной техники.

В каких приложениях необходимо измерять расход?

Во многих случаях необходимо только определить, достигнут ли минимальный расход среды. В таких случаях требуется использование датчиков расхода для обеспечения защиты насосов от работы всухую.

Однако представленная здесь сенсорная технология используется для непрерывного измерения расхода и применяется в таких областях, как:

• Разлив конечных продуктов в бутылки, контейнеры или резервуары
• Мониторинг или отображение суммарного расхода в различных процессах
• В системах, сертифицированных для коммерческого использования, таких как топливные насосы или счетчики горячей и холодной воды и т. д.

Каковы требования к измерению расхода?

Требования к расходомеру значительно варьируются в зависимости от задачи измерения. Для наполнения требуется хорошая повторяемость. В системах, используемых в торговле, необходим сертификат типа (по крайней мере, в ЕС). Аналогичным образом, для контроля и отображения суммарного расхода в процессе существует ряд требований, связанных с конкретным применением или отраслью. Они обусловлены, среди прочего, типом измеряемой среды и требованиями к точности, а также юридическими обязательствами, такими как Директива по оборудованию, работающему под давлением, в ЕС или взрывозащита в соответствии с директивой ATEX.

Какие средства измеряет датчик расхода?

Среда подразделяется на 4 различные категории, для которых могут использоваться только определенные датчики:

• Проводящие жидкости (>20 ?S/cm): кислоты, основания, пиво, молоко, питьевая вода и т. д.
• Непроводящие жидкости: спирты, гликоли, жидкости на основе минеральных масел, деионизированная вода и т. д.
• Газы: кислород, азот, сжатый воздух, природный газ и т. д.
• Пар: насыщенный пар, перегретый пар

Какие существуют методы измерения расхода?

Расходомеры работают по разным принципам измерения, но ни один из них не может измерить все среды из указанных выше категорий. В следующей таблице перечислены распространенные методы измерения и указано, какие категории жидкостей можно измерить с их помощью.

Измерение расхода по принципу Кориолиса

Довольно сложные и очень дорогие расходомеры, основанные на принципе Кориолиса, имеют уникальное преимущество по сравнению со всеми другими представленными здесь принципами. Вы можете определить массовый расход (кг/ч, т/ч и т. д.), даже если плотность не является постоянной.

Например, кориолисовые расходомеры содержат трубу, которая постоянно колеблется под действием возбудителя. Если поток отсутствует, измерительная труба колеблется равномерно по всей длине. Если поток присутствует, инерция измеряемой среды приводит к колебательному движению по трубе в виде волны. Затем участки в начале и конце трубы колеблются в разных направлениях одновременно (т. е. с фазовым сдвигом). Измеряется фазовый сдвиг ?, который является прямым измерением расхода

v ~ ?.

Если труба заполнена более тяжелой средой, она вибрирует с меньшей частотой. Следовательно, частота является мерой плотности измеряемой среды. По расходу и плотности расходомеры определяют массовый расход.

Расходомеры Кориолиса считаются самыми точными встроенными расходомерами на рынке, с характеристиками, начинающимися от 0,05 % от измеренного значения.

Электромагнитное измерение расхода

Электромагнитный расходомер (EMF) измеряет расход в соответствии с законом электромагнитной индукции Фарадея. Он состоит из металлической измерительной трубы, через которую протекает проводящая измеряемая среда. Катушки генерируют магнитное поле, которое направляется через среду перпендикулярно направлению потока.

Как только проводящая жидкость движется через ортогональное магнитное поле, индуцируется напряжение. Индуцированное напряжение измеряется с помощью электродов, расположенных под углом 90° к жидкости и магнитному полю (правило правой руки).

Индуцированное напряжение пропорционально скорости потока.

v ~_Uind

Ультразвуковое измерение расхода

Для ультразвукового измерения расхода в основном используются два различных физических принципа: принцип времени прохождения и принцип Доплера. На рынке преобладает описанный здесь принцип времени прохождения.

Ультразвук представляет собой механическую или акустическую волну, которая замедляется против течения и ускоряется с течением. При измерении расхода с помощью ультразвука измеряются разные времена прохождения (с течением и против течения) для одного и того же участка. Разница между этими двумя временами является мерой скорости потока.

V ~ ? t

Для измерения разницы во времени требуются два преобразователя, которые служат в качестве «динамика» и «микрофона».

Измерение вихревого потока

Принцип измерения вихревого потока основан на явлении вихревой улицы Крэна, при котором тело, вокруг которого протекает поток, вызывает появление противовращающихся вихрей. На практике вихри создаются в протекающей среде путем введения препятствия в трубу. Вихри противовращаются и поочередно отрываются от препятствия с левой и правой стороны. Вихри образуют локальные перепады давления за препятствием, которые регистрируются специально разработанным датчиком. Датчик измеряет количество вихрей в единицу времени (т. е. частоту возникающих вихрей). Частота пропорциональна скорости потока.

v ~ ?

Калориметрическое измерение расхода

В данном методе используются 2 резистивных датчика, один из которых служит нагревательным элементом, а другой — чувствительным элементом для измерения температуры среды. Разница температур между нагревательным элементом Pt100 и средой поддерживается на постоянном уровне, и измеряется тепловая мощность, необходимая для этого. Чем выше расход среды, тем больше тепловой мощности требуется для поддержания постоянной разницы температур. Таким образом, по тепловой мощности можно сделать выводы о соответствующем суммарном расходе.

Подаваемая мощность является мерой скорости потока:

v ~ P

Измерение расхода с помощью дифференциального давления/первичного элемента

К первичным элементам относятся диафрагмы, трубки Пито или трубки Вентури. Установленные в трубе, они создают перепад давления, который измеряется, например, в диафрагме по статическому давлению перед и за диафрагмой. Скорость расхода можно определить по перепаду давления в соответствии с уравнением Бернулли; она пропорциональна квадратному корню из перепада давления:

v ~ ??p

Для измерения перепада давления требуются соответствующие датчики перепада давления. Точность измерения зависит от погрешности первичного элемента и датчика перепада давления.

Измерение расхода с помощью лопастного колеса

Лопастное колесо вращается под действием потока среды, а индуктивный генератор импульсов, прикрепленный к корпусу, излучает один импульс на каждое проходящее мимо лопастное колесо. Частота импульсов является прямым показателем скорости потока:

v ~ ?

Многие датчики с лопастным колесом излучают импульсный сигнал напрямую, и блок оценки определяет расход на его основе. В качестве альтернативы датчики могут быть оснащены электронными компонентами, которые преобразуют импульсный сигнал в аналоговый и подают его на блок оценки.

Как выбрать подходящий датчик для измерения расхода?

Принцип измерения должен быть подходящим для измеряемой среды, как описано выше. Другие требования, которым должно соответствовать устройство для измерения расхода, включают:

• Условия эксплуатации (диапазон расхода, давление, температура, совместимость материалов)
• Условия установки (входные/выходные секции, прокладка труб, монтаж)
• Влияние окружающей среды (температура, влажность, вибрации)
• Законодательные требования (взрывозащита, обязательная калибровка)

Выбор еще более усложняется более широкими практическими ограничениями:

• Содержание твердых частиц или газа
• Неоптимальные условия установки
• Соотношение стоимости и точности

В связи с этими различными проблемами, для выбора расходомера необходима консультация эксперта.