Debitmetru

• În funcție de caracteristicile de proiectare ale corpului de lucru: piston, angrenaj.
• În funcție de tipul de mișcare a corpului de lucru: mișcare de translație, mișcare rotativ-rotativă, precesională, mișcare planetară.

În funcție de proiectare și de tipul de mișcare a corpului de lucru, acestea sunt clasificate în:

• piston (inelar) cu mișcare planetară a pistonului inelar;
• angrenaj (rotund) cu rotație rotativă a angrenajelor rotunde;
• roată dinţată (ovală) cu rotaţie de rotaţie a roţilor dinţate ovale;
• lame (cameră) cu rotație de rotație a palelor, realizată sub formă de camere;
• lame (lamelare) cu rotație de rotație a lamelor lamelare [1] .

Capacitate și cronometru

Poate cel mai simplu mod de a măsura debitul este să folosiți un recipient și un cronometru. Fluxul de lichid este direcționat într-un anumit recipient, iar timpul de umplere a acestui recipient este înregistrat cu ajutorul unui cronometru. Cunoscând volumul recipientului și împărțind-l la timpul de umplere, puteți afla debitul lichidului. Această metodă implică întreruperea fluxului normal al fluxului, dar poate oferi o precizie de măsurare de neegalat. Utilizat pe scară largă în laboratoarele de testare și calibrare.

Contoare cu palete cu role

Domeniul de aplicare al debitmetrelor cu palete cu role este foarte larg: măsurarea debitului pe bancuri de încercare, în antrenările hidraulice ale mașinilor-unelte și echipamentelor de proces, la stațiile staționare și mobile de alimentare cu benzină și ulei, în sistemele de alimentare cu carburator și motoare diesel ale autoturismelor, tractoare, constructii si drumuri, agricole, masini de exploatare forestiera, locomotive diesel si nave, ca dozatoare la umplerea cisternelor, cisterne feroviare, cisterne.

Debitmetrul este echipat cu un senzor electronic încorporat și un dispozitiv cu microprocesor programabil cu afișaj cu cristale lichide. Electronica debitmetrului are o sursă de alimentare autonomă pentru 3 - 5 ani și o ieșire etanșă către un dispozitiv electronic secundar sau un computer care controlează mecanismele de dozare. Pentru aplicații metrologice sau când sunt necesare măsurători de înaltă precizie în procesele tehnologice, debitmetrul este echipat cu un senzor cu rezoluție înaltă (până la fracțiuni de cm 3 ).

Contoare de viteze

Debitmetrul cu roți ovale a fost inventat pentru prima dată de Bopp & Reuther (Germania) în 1932.

Elementul de măsurare este format din două roți dințate de formă ovală. Fluidul care curge rotește aceste roți dințate. La fiecare rotație a unei perechi de roți ovale, o cantitate strict definită de lichid trece prin dispozitiv. Citind numărul de rotații, puteți determina cu precizie cât de mult lichid curge prin dispozitiv.

Aceste debitmetre se caracterizează prin precizie ridicată, fiabilitate și simplitate, ceea ce le face potrivite pentru lichide cu temperatură ridicată și presiune înaltă. O trăsătură distinctivă a debitmetrelor cu roți dințate ovale este capacitatea de a le utiliza pentru lichide cu vâscozitate ridicată (pacură, bitum).

Debitmetre bazate pe mașini hidraulice volumetrice

În sistemele de antrenare hidraulice volumetrice, mașinile hidraulice volumetrice sunt utilizate pentru a măsura debitul volumetric al fluidului de lucru (de regulă, mașini hidraulice cu angrenaje sau cu piston axial ).

O mașină hidraulică volumetrică în acest caz funcționează ca un motor hidraulic , dar fără sarcină pe arbore. Apoi, debitul volumic prin mașina hidraulică poate fi determinat prin formula:

Unde

•  - debitul volumic
•  - volumul de lucru al mașinii hidraulice (determinat în funcție de pașaportul mașinii hidraulice),
•  - frecvența de rotație a arborelui de ieșire al mașinii hidraulice, care poate fi măsurată cu un turometru .

Rețineți că o mașină hidraulică volumetrică trece prin ea însăși întregul flux de fluid, ceea ce nu este dificil pentru o acționare hidraulică volumetrică din cauza debitelor scăzute.

Debitmetre cu pendul cu pârghie

Debitmetre cu presiune diferențială variabilă

Debitmetrele cu presiune variabilă se bazează pe dependența diferenței de presiune creată de proiectarea debitmetrului de debitul.

Debitmetre cu orificii

Ele se bazează pe dependența căderii de presiune pe dispozitivul de îngustare de viteza curgerii, în urma căreia o parte din energia cinetică a fluxului este convertită în energie potențială.

Principiul de funcționare al acestui tip de debitmetre se bazează pe efectul Venturi . Un debitmetru venturi restrânge fluxul de fluid într-un anumit dispozitiv, de exemplu, cu o diafragmă și senzori de presiune sau un manometru diferențial de presiune, măsoară diferența de presiune în fața dispozitivului specificat și direct la constricție. Această metodă de măsurare a debitului este utilizată pe scară largă în transportul gazelor prin conducte și a fost folosită încă din epoca romană .

Diafragma este un disc cu un orificiu traversant introdus în flux. Un orificiu de disc îngustează debitul, iar diferența de presiune măsurată înainte și după orificiu face posibilă determinarea debitului în flux. Acest tip de debitmetru poate fi considerat aproximativ o formă de contor venturi, dar cu pierderi de energie mai mari. Există trei tipuri de diafragme cu disc: concentrice, excentrice și segmentare [2] [3] .

Tub Pitot

Debitmetrele cu tub Pitot măsoară presiunea dinamică în zona moartă unui

Cunoscând presiunea dinamică, folosind ecuația Bernoulli, puteți determina debitul și, prin urmare, debitul volumetric (Q \u003d S * V, unde S este aria secțiunii transversale a debitului, V este viteza medie a curgerii).

Debitmetre cu rezistență hidraulică

Principiul de funcționare al debitmetrelor hidrodinamice se bazează pe măsurarea presiunii mediului de antrenare, adică. presiune care acţionează asupra corpului plasat în flux. Avantajele debitmetrelor hidrodinamice sunt: ​​simplitatea structurală, fiabilitatea și ușurința întreținerii. O aplicație comună este utilizarea lor ca indicatori de debit pentru contaminarea lichidelor și gazelor.

Debitmetre centrifuge

Debitmetrele centrifugale sunt un cot pe conductă, care o acoperă pe întreaga circumferință a conductei. Robinetele de presiune sunt amplasate în partea superioară pe pereții exteriori și interiori.

Principiul de funcționare al debitmetrelor centrifuge se bazează pe faptul că, atunci când un mediu se deplasează de-a lungul unei secțiuni curbe a unei conducte, apar forțe centrifuge care creează o diferență de presiune între punctele cu raze de curbură diferite. Conform acesteia rezultă că acolo unde curbura este mai mare, forța centrifugă este mai mare și presiunea asupra peretelui este mai mare [1] .

Debitmetre cu dispozitiv de presiune

Debitmetre cu un amplificator de presiune

Debitmetre cu jet de șoc

Debitmetre cu presiune diferențială constantă

Rotametre

Rotametrele sunt concepute pentru a măsura fluxul de lichide și gaze pure. Ele constau dintr-un tub conic vertical din metal, sticlă sau plastic, în care un flotor special se mișcă liber în sus și în jos. Fluxul se deplasează prin țeavă de jos în sus, determinând flotatorul să se ridice la un nivel în care toate forțele care acționează sunt în echilibru. Există trei forțe care acționează asupra plutitorului:

• forța de flotabilitate, care depinde de densitatea mediului și de volumul plutitorului;
• gravitația, care depinde de masa plutitorului;
• forța de curgere, care depinde de forma flotorului și de viteza fluxului care trece prin secțiunea rotametrului dintre flotor și pereții țevii.

Fiecare debit corespunde unei anumite secțiuni transversale variabile, în funcție de forma conului tubului de măsurare și de poziția specifică a flotorului. In cazul conurilor de sticla, debitul poate fi citit direct de pe scara de la nivelul flotorului. În cazul conurilor din metal, poziția flotorului este transmisă pe afișaj folosind un sistem de magneți - nu este necesară alimentarea suplimentară. Diferite domenii de măsurare sunt realizate printr-o varietate de dimensiuni și forme ale conului, precum și prin posibilitatea de a alege diferite forme și materiale ale flotorului.

Debitmetre optice

Debitmetrele optice folosesc lumina pentru a determina debitul.

Debitmetre cu laser

Particulele mici, care sunt conținute inevitabil în gazele naturale și industriale, trec prin două fascicule laser îndreptate spre fluxul de la sursă. Lumina laser este împrăștiată pe măsură ce particula trece prin primul fascicul laser. Raza laser împrăștiată intră în fotodetector, care, ca urmare, generează un semnal de impuls electric. Dacă aceeași particulă traversează al doilea fascicul laser, atunci lumina laser împrăștiată intră în al doilea fotodetector, care generează un al doilea semnal electric pulsat. Măsurând intervalul de timp dintre aceste două impulsuri, viteza gazului poate fi calculată folosind formula V = D / T, unde D este distanța dintre cele două fascicule laser și T este timpul dintre cele două impulsuri. Cunoscând debitul, se poate determina debitul (Q = S * V, unde S este aria secțiunii transversale a fluxului, V este viteza medie a curgerii).

Debitmetrele cu laser măsoară viteza particulelor, un parametru care este independent de conductibilitatea termică , tipul de gaz sau compoziția gazului. Tehnologia laser face posibilă obținerea unor date foarte precise, chiar și în cazurile în care alte metode nu pot fi utilizate sau dau o eroare mare: la temperaturi ridicate, debite scăzute, presiuni mari, umiditate ridicată, vibrații în conductă și zgomot acustic.

Debitmetrele optice sunt capabile să măsoare viteze de curgere de la 0,1 m/s la peste 100 m/s.

Debitmetre cu ultrasunete

Timp-puls ultrasonic

Debitmetrele timp-puls măsoară diferența de timp de trecere a unei unde ultrasonice în direcția și împotriva direcției fluxului de fluid. Acest principiu de măsurare asigură o precizie ridicată (± 1%). Cu toate acestea, funcționează bine pentru un flux curat sau un flux cu un conținut scăzut de particule în suspensie. Debitmetrele cu impuls de timp sunt utilizate pentru a măsura debitul de apă purificată, de mare, uzată, petrol, inclusiv țiței, lichide de proces, uleiuri, substanțe chimice și orice lichid omogen.

Principiul de funcționare al debitmetrelor cu ultrasunete se bazează pe măsurarea diferenței de timp de tranzit al semnalului. În acest caz, doi senzori ultrasonici, amplasați în diagonală unul față de celălalt, funcționează alternativ ca emițător și receptor. Astfel, semnalul acustic generat alternativ de ambii senzori accelerează când este direcționat în aval și încetinește când este direcționat în amonte. Diferența de timp rezultată din trecerea semnalului prin canalul de măsurare în ambele sensuri este direct proporțională cu viteza medie a curgerii, din care apoi poate fi calculat debitul volumetric. Și utilizarea mai multor canale acustice face posibilă compensarea distorsiunilor din profilul de curgere.

Schimbarea de fază cu ultrasunete

Doppler cu ultrasunete

Debitmetrul Doppler se bazează pe efectul Doppler. Funcționează bine cu suspensii în care concentrația de particule este peste 100 ppm și dimensiunea particulelor este mai mare de 100 µm, dar concentrația este mai mică de 10%. Aceste contoare de lichid sunt mai ușoare și mai puțin precise (± 5%) și mai ieftine decât contoarele cu puls de timp.

Corelații cu ultrasunete

Un alt debitmetru nu atât de popular este debitmetrul cu ultrasunete post-corelare (corelație încrucișată). Elimină dezavantajele inerente debitmetrelor Doppler. Ele funcționează cel mai bine pentru fluxul de fluid cu particule solide sau flux turbulent de gaz.

Debitmetre electromagnetice

Încă din 1832, Michael Faraday a încercat să determine viteza râului Tamisa prin măsurarea tensiunii induse în fluxul de apă de câmpul magnetic al pământului. Principiul măsurării debitului electromagnetic se bazează pe legea inducției lui Faraday. Conform acestei legi, o tensiune este creată atunci când un lichid conductor trece prin câmpul magnetic al unui debitmetru electromagnetic. Această tensiune este proporțională cu debitul mediului.

Tensiunea indusă este măsurată fie prin doi electrozi în contact cu mediul, fie prin electrozi capacitivi care nu sunt în contact cu mediul și transmisi către convertorul de semnal. Convertorul de semnal amplifică semnalul și îl transformă într-un semnal de curent standard (4-20 mA), precum și într-un semnal cu frecvență de impuls (de exemplu, un impuls pe metru cub de mediu măsurat trecut prin tubul de măsurare). Principiul de funcționare al debitmetrelor electromagnetice se bazează pe interacțiunea unui lichid conductor electric în mișcare cu un câmp magnetic. Când un fluid se mișcă într-un câmp magnetic, apare o fem , ca în cazul unui conductor care se mișcă într-un câmp magnetic. Acest EMF este proporțional cu debitul, iar debitul poate fi determinat din debit.

Debitmetre Coriolis

Principiul de funcționare al debitmetrelor masice se bazează pe efectul Coriolis . Debitul masic al lichidelor și gazelor poate fi calculat din deformarea tubului de măsurare sub acțiunea debitului. Densitatea mediului poate fi calculată și din frecvența de rezonanță a tubului vibrant. Calculul forței Coriolis se realizează folosind două bobine de senzor. În absența debitului, ambii senzori înregistrează același semnal sinusoidal. Când are loc curgerea, forța Coriolis acționează asupra fluxului de particule medii și deformează tubul de măsurare, ceea ce duce la o schimbare de fază între semnalele senzorului. Senzorii măsoară defazajul oscilațiilor sinusoidale. Această schimbare de fază este direct proporțională cu debitul de masă.

Contoare vortex

Principiul de măsurare se bazează pe efectul de stradă vortex Karman. În spatele corpului bluff-ului, se formează vârtejuri din sensul opus de rotație. Există un turbion în tubul de măsurare, în spatele căruia are loc formarea vârtejului. Frecvența vărsării vortexului este proporțională cu debitul. Vortexurile rezultate sunt captate și numărate de elementul piezoelectric din traductorul primar ca unde de șoc. Contoarele vortex sunt potrivite pentru măsurarea unei game largi de medii.

Debitmetre termice

Debitmetre cu strat limită termic

Sunt utilizate pentru măsurarea debitului în conducte cu diametru mic de la 0,5-2,0 până la 100 mm. Pentru a măsura debitul în conducte cu diametru mare, se folosesc tipuri speciale de debitmetre termoconvective:

• parțial cu un încălzitor pe conducta de ocolire;
• cu sonda termica;
• cu încălzire exterioară a unei secțiuni limitate a conductei.

Avantajul debitmetrelor termoconvective este invariabilitatea capacității termice a substanței măsurate la măsurarea debitului masic. Un alt avantaj este că debitmetrele termoconvective nu au contact cu substanța măsurată. Dezavantajul ambelor debitmetre este inerția lor mare [4] .

Debitmetre calorimetrice

În debitmetrele calorimetrice, debitul este încălzit sau răcit de o sursă de căldură externă, care creează o diferență de temperatură în debit, din care se determină debitul. Dacă neglijăm pierderile de căldură din fluxul prin pereții conductei către mediul înconjurător, atunci ecuația de echilibru termic dintre căldura generată de încălzitor și căldura transferată în flux ia forma:

Unde

•  - factor de corecție pentru distribuția neuniformă a temperaturilor pe tronsonul conductei;
•  — debitul masic în flux;
•  - capacitate termica specifica (pentru gaz - la presiune constanta);
•  — diferența de temperatură între senzori ( și  — temperaturile de tur înainte și după încălzitor).

Căldura este de obicei furnizată fluxului în debitmetre calorimetrice prin încălzitoare electrice, pentru care:

Unde

•  - curent prin elementul de încălzire;
•  este rezistența electrică a încălzitorului.

Pe baza acestor ecuații, caracteristica de conversie statică, care leagă diferența de temperatură între senzori și debitul de masă, va lua forma:

Marcați debitmetre

Debitul este determinat prin determinarea vitezei de curgere prin secțiunea de canal, iar viteza este determinată de timpul de transfer la o distanță cunoscută a oricăror semne introduse artificial în flux sau prezente inițial în flux.

Note

1. ↑ 1 2 Khansuvarov K.I., Zeitlin V.G. Tehnica de măsurare a presiunii, debitului, cantității și nivelului de lichid, gaz și abur: un manual pentru școlile tehnice. - M.: Editura Standarde, -1990.- p. 170-173 287 s, ill.
2. ↑ Lipták, Flow Measurement Arhivat 7 septembrie 2018 la Wayback Machine , p. 85
3. ↑ Raportul 3 al Asociației Americane de Gaz
4. ↑ Kremlevsky P.P. Debitmetre și contoare ale cantității de substanțe: Reference book: Book. 2/ Sub general ed. E. A. Shornikova. - Ed. a 5-a, revizuită. si suplimentare - Sankt Petersburg: Politehnica, 2004. - 412 p.