Flowmåler

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 19. februar 2016; kontroller kræver 87 redigeringer .

En flowmåler er en enhed, der måler volumenflow eller masseflow af et stof, det vil sige mængden af stof (volumen, masse), der passerer gennem en given flowsektion, for eksempel en rørledningssektion per tidsenhed. Hvis enheden har en integrerende enhed ( meter ) og tjener til samtidig at måle mængden af et stof, så kaldes det en flowmåler.

Mekaniske flowmålere

Hastighedstællere

Højhastighedstællere er designet på en sådan måde, at væsken, der strømmer gennem apparatets kammer, roterer en spinner eller et løbehjul, hvis vinkelhastighed er proportional med strømningshastigheden og derfor med strømningshastigheden.

Volumentællere

Væsken eller gassen, der kommer ind i apparatet, måles i separate doser, lige store i volumen, som derefter summeres. Gasmålere efter dette princip findes ofte i hverdagen.

Klassificering af volumenmålere

Afhængigt af arbejdslegemets designfunktioner: stempel, gear.
Afhængigt af arbejdslegemets bevægelsestype: translationel bevægelse, roterende-roterende bevægelse, præcessionel, planetarisk bevægelse.

Afhængigt af designet og bevægelsestypen af arbejdslegemet, er de klassificeret i:

stempel (ringformet) med planetbevægelse af det ringformede stempel;
gear (rundt) med roterende rotation af runde gear;
gear (oval) med rotationsrotation af ovale gear;
blade (kammer) med rotationsrotation af bladene, lavet i form af kamre;
bladede (lamellære) med rotationsrotation af lamelblade [1] .

Kapacitet og stopur

Måske den nemmeste måde at måle flow på er at bruge en beholder og et stopur. Væskestrømmen ledes ind i en bestemt beholder, og tidspunktet for påfyldning af denne beholder registreres ved hjælp af et stopur. Ved at kende beholderens volumen og dividere den med påfyldningstiden, kan du finde ud af væskens strømningshastighed. Denne metode involverer at afbryde det normale flow af flowet, men kan give uovertruffen målenøjagtighed. Udbredt i test- og kalibreringslaboratorier.

Rullefane meter

Anvendelsesområdet for flowmålere med rulleblade er meget bredt: flowmåling på prøvebænke, i hydrauliske drev af værktøjsmaskiner og procesudstyr, på stationære og mobile benzin- og olietankstationer, i brændstofsystemer i karburatorer og dieselmotorer i biler, traktorer, entreprenør- og vej-, landbrugs-, skovningsmaskiner, diesellokomotiver og skibe, som dispensere ved påfyldning af tankvogne, jernbanetanke, tanke.

Flowmåleren er udstyret med en indbygget elektronisk sensor og en programmerbar mikroprocessorenhed med et flydende krystaldisplay. Flowmålerens elektronik har en autonom strømforsyning i 3 - 5 år og en forseglet udgang til en sekundær elektronisk enhed eller en computer, der styrer doseringsmekanismerne. Til metrologiske applikationer eller når der kræves højpræcisionsmålinger i teknologiske processer, er flowmåleren udstyret med en sensor med høj opløsning (op til brøkdele af en cm 3 ).

Gear meter

Den ovale gearflowmåler blev først opfundet af Bopp & Reuther (Tyskland) i 1932.

Måleelementet består af to ovale tandhjul. Den strømmende væske roterer disse gear. Med hver omdrejning af et par ovale hjul passerer en strengt defineret mængde væske gennem enheden. Ved at aflæse antallet af omdrejninger kan du nøjagtigt bestemme, hvor meget væske der strømmer gennem enheden.

Disse flowmålere er kendetegnet ved høj nøjagtighed, pålidelighed og enkelhed, hvilket gør dem velegnede til højtemperatur- og højtryksvæsker. Et karakteristisk træk ved flowmålere med ovale gear er evnen til at bruge dem til væsker med høj viskositet (brændstofolie, bitumen).

Flowmålere baseret på volumetriske hydrauliske maskiner

I volumetriske hydrauliske drivsystemer bruges volumetriske hydrauliske maskiner til at måle den volumetriske strømningshastighed af arbejdsvæsken (som regel gear- eller hydrauliske maskiner med aksialstempel ).

En volumetrisk hydraulisk maskine i dette tilfælde fungerer som en hydraulisk motor , men uden en belastning på akslen. Derefter kan volumenstrømmen gennem den hydrauliske maskine bestemmes med formlen:

$Q=q_{0}\cdot n,$

hvor

$Q$ - volumenstrøm
$q_{0}$ - den hydrauliske maskines arbejdsvolumen (bestemt i henhold til den hydrauliske maskines pas)
$n$ - omdrejningsfrekvensen af udgangsakslen på den hydrauliske maskine, som kan måles med en omdrejningstæller .

Bemærk, at en volumetrisk hydraulisk maskine passerer hele væskestrømmen gennem sig selv, hvilket ikke er svært for et volumetrisk hydraulisk drev på grund af lave strømningshastigheder.

Håndtag pendul flowmålere

Variable differenstryk flowmålere

Variable trykflowmålere er baseret på afhængigheden af trykforskellen skabt af flowmålerens design af flowhastigheden.

Flowmålere med åbninger

De er baseret på afhængigheden af trykfaldet over indsnævringsanordningen af strømningshastigheden, hvorved en del af strømmens kinetiske energi omdannes til potentiel energi.

Funktionsprincippet for denne type flowmålere er baseret på Venturi-effekten . En venturi flowmåler begrænser væskestrømmen i en bestemt enhed, for eksempel med en membran og tryksensorer eller en differenstrykmåler, den måler trykforskellen foran den specificerede enhed og direkte ved indsnævringen. Denne metode til flowmåling er meget udbredt til transport af gasser gennem rørledninger og har været brugt siden romertiden .

Membranen er en skive med et gennemgående hul indsat i flowet. En skivemunding indsnævrer flowet, og trykforskellen målt før og efter dysen gør det muligt at bestemme flowet i vandløbet. Denne type flowmåler kan groft sagt betragtes som en form for venturimåler, men med højere energitab. Der er tre typer skivemembraner: koncentriske, excentriske og segmentelle [2] [3] .

Pitot rør

Pitotrørs flowmålere måler det dynamiske tryk i dødzone $p_{{\partial }}\ca. \xi {\frac {\rho V_{o}^{2}}{2}}$

Ved at kende det dynamiske tryk ved hjælp af Bernoulli-ligningen kan du bestemme strømningshastigheden og dermed den volumetriske strøm (Q \u003d S * V, hvor S er tværsnitsarealet af strømmen, V er gennemsnitlig strømningshastighed).

Flowmålere med hydraulisk modstand

Princippet for drift af hydrodynamiske flowmålere er baseret på måling af trykket af drivmediet, dvs. tryk, der virker på kroppen placeret i flowet. Fordelene ved hydrodynamiske flowmålere er: strukturel enkelhed, pålidelighed og nem vedligeholdelse. En almindelig anvendelse er deres anvendelse som flowindikatorer for forurening af væsker og gasser.

Centrifugale flowmålere

Centrifugale flowmålere er en albue på rørledningen, som dækker den rundt om hele rørledningens omkreds. Trykhaner er placeret i den øverste del på yder- og indervæggen.

Princippet for drift af centrifugalflowmålere er baseret på det faktum, at når et medium bevæger sig langs en buet sektion af en rørledning, opstår der centrifugalkræfter, der skaber en trykforskel mellem punkter med forskellige krumningsradier. Ifølge denne følger det, at hvor krumningen er større, er centrifugalkraften større og trykket på væggen større [1] .

Flowmålere med trykanordning

Flowmålere med trykforøger

Shock jet flowmålere

Konstant differenstryk flowmålere

Rotametre

Rotametre er designet til at måle strømmen af rene væsker og gasser. De består af et lodret konisk rør af metal, glas eller plast, hvori en speciel flyder bevæger sig frit op og ned. Strømmen bevæger sig gennem røret fra bunden og op, hvilket får flyderen til at stige til et niveau, hvor alle virkende kræfter er i ligevægt. Der er tre kræfter, der virker på flyderen:

opdriftskraft, som afhænger af mediets tæthed og flyderens volumen;
tyngdekraften, som afhænger af flyderens masse;
flowkraft, som afhænger af flyderens form og hastigheden af flowet, der passerer gennem sektionen af rotameteret mellem flyderen og rørvæggene.

Hver strømningshastighed svarer til et bestemt variabelt tværsnit, afhængigt af formen på målerørets kegle og den specifikke placering af flyderen. Ved glaskegler kan flowhastigheden aflæses direkte fra skalaen i niveau med flyderen. I tilfælde af kegler lavet af metal overføres flyderens position til displayet ved hjælp af et system af magneter - der kræves ingen yderligere strømforsyning. Forskellige måleområder opnås ved en række forskellige størrelser og former på keglen, samt muligheden for at vælge forskellige former og materialer af flyderen.

Optiske flowmålere

Optiske flowmålere bruger lys til at bestemme flow.

Laser flowmålere

Små partikler, som uundgåeligt er indeholdt i naturlige og industrielle gasser, passerer gennem to laserstråler rettet mod strømmen fra kilden. Laserlyset spredes, når partiklen passerer gennem den første laserstråle. Den spredte laserstråle kommer ind i fotodetektoren, som som et resultat genererer et elektrisk impulssignal. Hvis den samme partikel krydser den anden laserstråle, så kommer det spredte laserlys ind i den anden fotodetektor, som genererer et andet pulserende elektrisk signal. Ved at måle tidsintervallet mellem disse to pulser kan gashastigheden beregnes ved hjælp af formlen V = D / T, hvor D er afstanden mellem de to laserstråler og T er tiden mellem de to pulser. Ved at kende strømningshastigheden kan man bestemme strømningshastigheden (Q = S * V, hvor S er strømmens tværsnitsareal, V er den gennemsnitlige strømningshastighed).

Laserbaserede flowmålere måler partikelhastighed, en parameter, der er uafhængig af termisk ledningsevne , gastype eller gassammensætning. Laserteknologi gør det muligt at opnå meget nøjagtige data, selv i tilfælde hvor andre metoder ikke kan bruges eller de giver en stor fejl: ved høje temperaturer, lave flows, høje tryk, høj luftfugtighed, rørledningsvibrationer og akustisk støj.

Optiske flowmålere er i stand til at måle strømningshastigheder fra 0,1 m/s til over 100 m/s.

Ultralydsflowmålere

Ultralyds tidspuls

Tids-puls flowmålere måler forskellen i tidspunktet for passage af en ultralydsbølge i retningen og mod retningen af væskestrømmen. Dette måleprincip sikrer høj nøjagtighed (± 1%). Det fungerer dog godt til en ren strøm eller en strøm med et lavt indhold af suspenderede partikler. Time-puls flowmålere bruges til at måle strømmen af renset, hav, spildevand, olie, herunder råolie, procesvæsker, olier, kemikalier og enhver homogen væske.

Princippet for drift af ultralydsflowmålere er baseret på måling af forskellen i signalets transittid. I dette tilfælde fungerer to ultralydssensorer, der er placeret diagonalt over for hinanden, skiftevis som sender og modtager. Således accelererer det akustiske signal, der genereres skiftevis af begge sensorer, når det rettes nedstrøms og sænkes, når det rettes opstrøms. Tidsforskellen som følge af signalets passage gennem målekanalen i begge retninger er direkte proportional med den gennemsnitlige strømningshastighed, hvorfra volumenstrømmen så kan beregnes. Og brugen af flere akustiske kanaler gør det muligt at kompensere for forvrængninger i flowprofilen.

Ultralyds faseskift

Ultralyds-doppler

Doppler-flowmåleren er baseret på Doppler-effekten. Det fungerer godt med gyller, hvor partikelkoncentrationen er over 100 ppm og partikelstørrelsen er større end 100 µm, men koncentrationen er mindre end 10%. Disse væskemålere er lettere og mindre nøjagtige (± 5%) og billigere end tidspulsmålere.

Ultralydskorrelationer

En anden ikke så populær flowmåler er efterkorrelations ultralydsflowmåleren (krydskorrelation). Det eliminerer de ulemper, der er forbundet med Doppler-flowmålere. De fungerer bedst til væskestrøm med faste partikler eller turbulent gasstrøm.

Elektromagnetiske flowmålere

Allerede i 1832 forsøgte Michael Faraday at bestemme hastigheden af Themsen ved at måle den spænding, der induceres i vandstrømmen af jordens magnetfelt. Princippet om elektromagnetisk flowmåling er baseret på Faradays induktionslov. Ifølge denne lov skabes en spænding, når en ledende væske passerer gennem magnetfeltet i en elektromagnetisk flowmåler. Denne spænding er proportional med mediets strømningshastighed.

Den inducerede spænding måles enten af to elektroder i kontakt med mediet eller af kapacitive elektroder, der ikke er i kontakt med mediet og sendes til signalomformeren. Signalomformeren forstærker signalet og konverterer det til et standardstrømsignal (4-20 mA) samt til et pulsfrekvenssignal (f.eks. én puls pr. kubikmeter målt medie, der føres gennem målerøret). Princippet for drift af elektromagnetiske flowmålere er baseret på samspillet mellem en bevægende elektrisk ledende væske med et magnetisk felt. Når en væske bevæger sig i et magnetfelt, opstår der en emk , som i en leder, der bevæger sig i et magnetfelt. Denne EMF er proportional med flowhastigheden, og flowhastigheden kan bestemmes ud fra flowhastigheden.

Coriolis flowmålere

Driftsprincippet for masseflowmålere er baseret på Coriolis-effekten . Massestrømmen af væsker og gasser kan beregnes ud fra deformationen af målerøret under påvirkning af strømmen. Mediets massefylde kan også beregnes ud fra det vibrerende rørs resonansfrekvens. Beregningen af Coriolis-kraften udføres ved hjælp af to sensorspoler. I mangel af flow registrerer begge sensorer det samme sinusformede signal. Når der opstår flow, virker Coriolis-kraften på flowet af mediepartikler og deformerer målerøret, hvilket fører til et faseskift mellem sensorsignalerne. Sensorerne måler faseforskydningen af sinusformede svingninger. Denne faseforskydning er direkte proportional med massestrømmen.

Vortex meter

Måleprincippet er baseret på Karman vortex-gadeeffekten. Bag blufflegemet dannes hvirvler i den modsatte rotationsretning. Der er en hvirvel i målerøret, bag hvilken hvirveldannelse finder sted. Hvirvelafgivelsesfrekvensen er proportional med flowet. De resulterende hvirvler fanges og tælles af det piezoelektriske element i den primære transducer som stødbølger. Vortex-målere er velegnede til måling af en lang række medier.

Termiske flowmålere

Termiske grænselag flowmålere

De bruges til at måle flow i rør med lille diameter fra 0,5-2,0 til 100 mm. For at måle flowet i rør med stor diameter anvendes specielle typer termokonvektive flowmålere:

delvis med en varmelegeme på bypassrøret;
med termisk sonde;
med ekstern opvarmning af et begrænset afsnit af røret.

Fordelen ved termokonvektive flowmålere er uvariabiliteten af varmekapaciteten af det målte stof ved måling af masseflow. En anden fordel er, at termokonvektive flowmålere ikke har kontakt med det målte stof. Ulempen ved begge flowmålere er deres store inerti [4] .

Kalorimetriske flowmålere

I kalorimetriske flowmålere opvarmes eller afkøles flowet af en ekstern varmekilde, hvilket skaber en temperaturforskel i flowet, hvorfra flowet bestemmes. Hvis vi negligerer varmetabet fra strømmen gennem rørledningens vægge til miljøet, så har varmebalanceligningen mellem den varme, der genereres af varmeren og den varme, der overføres til strømmen, formen:

q_{t}=k_{0}Q_{M}c_{p}\Delta T

hvor

$k_{0}$ - korrektionsfaktor for ujævn fordeling af temperaturer over rørledningssektionen;
$Q_{M}$ — massestrøm i strømmen;
$c_p$ - specifik varmekapacitet (for gas - ved konstant tryk);
$\Delta T=T_{2}-T_{1}$ — temperaturforskel mellem følerne ( og — fremløbstemperaturer før og efter varmelegemet). $T_{1}$ $T_{2}$

Varme leveres normalt til flowet i kalorimetriske flowmålere af elektriske varmelegemer, for hvilke:

q_{t}=0,24I^{2}R

hvor

$jeg$ - strøm gennem varmeelementet;
$R$ er varmelegemets elektriske modstand.

Baseret på disse ligninger vil den statiske konverteringskarakteristik, som relaterer temperaturforskellen på tværs af sensorerne til massestrømmen, antage formen:

Q_{M}={\frac {0.24I^{2}R}{k_{0}c_{p}\Delta T))

Marker flowmålere

Strømningshastigheden bestemmes ved at bestemme strømningshastigheden gennem kanalsektionen, og hastigheden bestemmes af tidspunktet for overførsel til en kendt afstand af eventuelle mærker, der er kunstigt indført i strømmen eller oprindeligt til stede i strømmen.

Noter

↑ 1 2 Khansuvarov K.I., Zeitlin V.G. Teknik til måling af tryk, flow, mængde og niveau af væske, gas og damp: En lærebog for tekniske skoler. - M.: Standards Publishing House, -1990.- s. 170-173 287 s, ill.
↑ Lipták, Flow Measurement Arkiveret 7. september 2018 på Wayback Machine , s. 85
↑ American Gas Association- rapport nummer 3
↑ Kremlevsky P.P. Flowmålere og tællere for mængden af stoffer: Opslagsbog: Bog. 2 / Under den alm udg. E. A. Shonnikova. - 5. udg., revideret. og yderligere - St. Petersborg: Polyteknisk Læreanstalt, 2004. - 412 s.