Тахометрические витратоміри

1. Загальна характеристика тахометрических витратомірів і лічильників.
2. Вимірювання масової витрати і кількості тахометричними вимірювання витрат речовини лічильниками

Наши партнеры ArtmMisto

Тахометричними називаються витратоміри і лічильники, що мають рухливий, зазвичай обертається елемент, швидкість руху якого пропорційна об'ємній витраті. Принцип дії тахометричного водолічильника (витратоміра) заснований на вимірюванні швидкості обертання або підрахунку оборотів вміщеній в потік крильчатки або турбіни.

Загальна характеристика тахометрических витратомірів і лічильників.

Тахометричними називаються витратоміри і лічильники, що мають рухливий, зазвичай обертається елемент, швидкість руху якого пропорційна об'ємній витраті. Принцип дії тахометричного водолічильника (витратоміра) заснований на вимірюванні швидкості обертання або підрахунку оборотів вміщеній в потік крильчатки або турбіни. Різниця між тим і іншим рухливими елементами полягає в тому, що вісь обертання крильчатки розташована перпендикулярно, а турбіни - паралельно напрямку руху потоку. Все тахометрические витратоміри (лічильники) є незалежними.

Тахометрические витратоміри ділять на:

• швидкісні:
  • турбінні;
  • кулькові;
• роторно-кульові;
• камерні.

Малюнок 1. Класифікація тахометрических витратомірів.

При вимірюванні швидкості руху рухомого елемента отримуємо витратомір, а вимірюючи загальне число його оборотів - лічильник кількості минулого речовини. Найбільшого поширення набули лічильники води та газу, так як для цього треба лише з'єднати вал турбіни або іншого перетворювача витрати через зубчастий редуктор з рахунковим механізмом.

Для створення тахометричного витратоміра швидкість руху елемента заздалегідь перетворять в сигнал, пропорційний витраті і зручний для вимірювання, для чого необхідний двоступеневий перетворювач витрати:

1. перший ступінь - турбинка (кулька або інший елемент), швидкість руху якої пропорційна об'ємній витраті;
2. другий ступінь - тахометричних перетворювач, який виробляє вимірювальний сигнал (частоту електричних імпульсів), пропорційний швидкості руху тіла.

Тут вимірювальним приладом є цифровий або аналоговий електричний частотомер. Доповнивши частотомер лічильником електричних імпульсів, отримаємо лічильник кількості минулого речовини. Тахометрические витратоміри ще не отримали такого широкого розповсюдження, як лічильники кількості рідини і газу. Їх суттєвими перевагами є: швидкодія, висока точність і великий діапазон виміру. Так, якщо похибка турбінних лічильників води (вісь яких через редуктор пов'язана з рахунковим механізмом) дорівнює ± 2%, то у вимірників кількості, мають тахометричних перетворювач, ця похибка знижується до ± 0,5%. Це пояснюється тим, що цей перетворювач майже не навантажує вісь турбіни. Похибка турбінного витратоміра лежить в межах (0,5 - 1,5)% в залежності від точності застосованого частотоміра.

Турбінні тахометрические витратоміри і лічильники кількості можуть виготовлятися для труб діаметром від 4 до 750 мм, для тисків до 250 МПа і температур від -240 до +700 ° С. Турбінні прилади найчастіше застосовуються для вимірювання витрати та кількості води, різних нафтопродуктів і інших рідин. Основним недоліком турбінних витратомірів є зношування опор, внаслідок чого вони непридатні для речовин, що містять механічні домішки. Крім того, вони не застосовні для дуже вузьких речовин, так як зі збільшенням в'язкості речовини діапазон їх лінійної характеристики зменшується. Турбіни більш придатні для рідин, ніж для газів, завдяки своїй здатності, що змазує.

Малюнок 2. Принципова схема турбінного тахометричного витратоміра (1 турбинка; 2-тахометр)

Кулькові витратоміри з'явилися пізніше турбінних. Їх застосовують для вимірювання витрати рідини, головним чином води, в трубах діаметром до 150-200 мм. У кулькових первинних перетворювачах витрати чутливим елементом є кулька, що переміщається по окружності. Його рух забезпечується гвинтовим напрямних апаратом, закручують потік, або тангенціальним підведенням вимірюваної рідини. В даних перетворювачах витрати кульку, захоплюваний закрученим потоком рідини, рухається зі швидкістю, пропорційної окружної швидкості потоку, а значить і його об'ємній витраті.

Малюнок 3. Первинний перетворювач кулькового витратоміра (1 Направляйте апарат; 2,3 - корпус перетворювача витрати 3 - феромагнітний кулька)

У корпусі кулькового перетворювача витрати розташовується нерухомий вузол, що містить маточину і два напрямних апарату з обмежувальними кільцями. Між останніми в канавці знаходиться феромагнітний кульку (рисунок 3). Із зовнішнього боку корпусу є місце кріплення на гвинтах тахометричного індукційного перетворювача, що складається з котушки і магнітного сердечника. Потік рідини, проходячи закручує апарат зі змінним по довжині гвинтовим кроком, набуває обертальний рух і забезпечує обертання кулі. Вихідний гвинтовий шнек виконаний аналогічно вхідному, ніж може бути забезпечена реверсивність роботи витратоміра.

Кульковий витратомір призначений для вимірювання витрати в межах 2 ÷ 8 м3 / год при тиску 5 МПа і температурі 20 ÷ 200 oC. Похибка даних приладів лежить в межах ± (1,5-2)%. В процесі експлуатації кулькових витратомірів спричиняє зношування доріжок кочення і кулі. При зносі кулі так само, як і при розкочування доріжки кочення, у приладу з'являється негативна похибка, тобто його свідчення стають заниженими. Зі збільшенням в'язкості рідини зменшується область вимірювання, в межах якої зберігається сталість градуювання кулькового перетворювача витрати. Найважливішим достоїнством даних перетворювачів є можливість їх роботи в забруднених середовищах, а також простота конструкції.

До їх недоліків можна віднести:

• підвищені гідравлічні втрати;
• вузький діапазон лінійності статичної характеристики;
• залежність показань від в'язкості вимірюваної рідини.

Роторно-кульові витратоміри з'явилися порівняно недавно і поки не отримали широкого застосування. У приладах даного типу, на відміну від кулькових, чутливий елемент рухається не по колу, а обертається навколо своєї осі під дією потоку вимірюваної рідини. Роторно-кульові витратоміри мають наступні переваги:

• простоту конструкції;
• можливість вимірювання витрати рідини, що містять механічні домішки.

Але їм властиві такі недоліки:

• зависання чутливого елемента в отворі по осі потоку і можливе припинення його обертання;
• збільшення амплітуди коливань рухомого елемента і як наслідок удари об стінки вимірювальної камери;
• складності з забезпеченням надійності перетворювача частоти обертання рухомого елемента в частотний вихідний сигнал.

Камерні прилади як лічильники рідини і газу поряд з турбінними застосовуються вже давно. Вони відрізняються великою різноманітністю рухомих елементів. Камерні витратоміри для вимірювання витрати рідини можна розділити на дві групи:

• без рухомих розділових елементів;
• з рухомими розділовими елементами.

Витратоміри першої групи складаються з однієї або декількох послідовно спорожняється і заповнюються вимірювальних камер. До цієї групи належать перекидні ППР, що вимірюють масу або об'єм рідини; обертові барабанні, що вимірюють обсяг рідини, прилади з вагається дзвоном.

Тахометрические витратоміри без рухомого розділового елемента - найбільш точні. Їх застосовують тільки для вимірювання невеликих витрат при обмеженому тиску вимірюваної рідини.

Витратоміри даної групи мають такі різновиди: роторні, поршневі, дискові, з овальними шестернями, лопатеві, гвинтові і т.д. Вони застосовуються частіше за інших. Складаються ці прилади з жорсткою камери, в якій при безперервному переміщенні одного або декількох розділових елементів (поршня, диска, роторів і т.п.) здійснюється відмірювання об'ємів рідини.

Дані прилади можуть забезпечити більшу точність і більший діапазон вимірювання в порівнянні з турбінними і кульковими лічильниками кількості речовини. Так похибка у деяких з них становить всього ± (0,2-0,5)%. Важливою перевагою камерних лічильників є їх придатність для вимірювання кількості рідини практично будь-якої в'язкості, в тому числі і дуже великий. Але вони мають істотний недолік - чутливість до забруднень і механічних домішок. У переважній більшості камерні прилади застосовуються тільки для вимірювання кількості, а не витрати, так як вони виготовляються без тахометрических перетворювачів.

При необхідності мати результати вимірювання турбінними, кульковими і камерними приладами в одиницях маси їх доповнюють пристроями, що коректують свідчення в залежності від щільності вимірюваного речовини або тільки від температури.

Вимірювання масової витрати і кількості тахометричними вимірювання витрат речовини лічильниками

Схеми для вимірювання масової витрати і кількості за допомогою тахометрических витратомірів можна розділити на дві групи:

• У першій поряд з тахометричні перетворювачем витрати є незалежний від нього перетворювач щільності речовини (або температури і тиску). Обчислювальний пристрій обробляє сигнали від цих перетворювачів, і на виході схеми виходять значення масової витрати рідини або газу.
• У другій групі тахометричних перетворювач витрати конструктивно пов'язаний з пристроєм, що реагує на зміну щільності (або температури і тиску).

І в тій і іншій групі основне застосування отримали прилади для вимірювання масової витрати або кількості рідини, в яких необхідна корекція досягається тільки за допомогою відповідного перетворювача температури. Схеми з корекцією по щільності застосовуються рідше через труднощі, пов'язаних з розробкою і виготовленням досить точних і надійних перетворювачів щільності.

В одній зі схем вібраційний перетворювач щільності складається з порожнього циліндра. Він коливається в вимірюваної рідини з частотою, що залежить від щільності цієї рідини. Помноживши сигнал від перетворювача на сигнал, що надходить від турбинки, на виході отримуємо сигнал, пропорційний масовій витраті.
Схема витратоміра фірми «Фор-Герман» ( «Far-German»):

турбинка 2 поміщена всередині конічної втулки 1. Її переміщення здійснюється вручну або автоматично, так щоб швидкість в місці установки турбіни зростала зі збільшенням щільності і навпаки. При автоматичному переміщенні втулки через поплавковий перетворювач щільності 4 безперервно протікає вимірюється рідина. Перетворювач впливає на двофазний реверсивний двигун 3, який переміщує втулку 1.

Малюнок 4. Схема турбінного масового витратоміра фірми «Фор-Герман»

Регулятор потоку, розроблений в НІІтеплопрібор:

вісь аксиальной турбинки, що сприймає зусилля, закріплена на гнучких пружних підвісках, що дозволяє їй переміщатися в поздовжньому напрямку і через важіль, ущільнений розділовою мембраною, впливати на стандартний компенсаційний перетворювач зусилля [1]. Сигнал від важеля ділиться в обчислювальному пристрої на сигнал від турбінного перетворювача і на виході отримуємо сигнал, пропорційний масовій витраті.

Розглянуті схеми не набули широкого застосування через свою складність.

Для спрощення вимірювання витрати або кількості рідини вводять корекцію на температуру вимірюваного речовини. Для турбінних та кулькових витратомірів, що мають вихідний електричний сигнал, корекція на температуру вводиться за допомогою електричного сигналу від перетворювача температури [1].

Облік витрати рідини здійснюється за допомогою різних лічильників і витратомірів. Визначиться з вибором вам допоможе наш сайт.

Використовувана література:

1. Кремлівський П. П. Витратоміри і лічильники кількості речовин: Довідник: Кн. 2 / За заг. ред. Е. А. Шорникова. - 5-е изд., Перераб. і доп. - СПб .: Політехніка, 2004. - 412 с