Классификация и конструктивные исполнения расходомеров

закрыть

Технические устройства, предназначенные для измерения расхода жидкостей и газов, называют расходомерами. Расходомеры подразделяются на объемные и массовые в зависимости от того, какой расход (объемный или массовый) они измеряют.
Массовые расходомеры отличаются от объемных тем, что напрямую измеряют массовый расход жидкости, в то время как определение массового расхода при помощи объемных расходомеров происходит косвенным методом.
Расходомеры классифицируются в первую очередь по принципам измерения, т. е. по тем физическим явлениям, с помощью которых измеряемая величина преобразуется в выходной сигнал первичного преобразователя расходомера. Наиболее перспективными для применения в промышленности в настоящее время являются:

  • расходомеры переменного перепада давления, основанные на зависимости перепада давления, создаваемого преобразователем расхода, установленным в трубопроводе, от расхода измеряемой среды;
  • электромагнитные расходомеры, преобразующие скорость движущейся в магнитном поле электропроводящей жидкости в ЭДС;
  • вихревые расходомеры, принцип действия которых основан на зависимости частоты отрыва вихрей, возникающих при обтекании потоком вихреобразователя-призмы с острыми кромками, установленной в трубопроводе, от расхода измеряемой среды;
  • ультразвуковые расходомеры, использующие зависимость разности времени прохождения ультразвуковой волны по и против направления потока, или сдвига частоты отраженной ультразвуковой волны (эффект Доплера) от скорости измеряемой среды;
  • расходомеры постоянного перепада давления — ротаметры, преобразующие скоростной напор, а соответственно, и расход измеряемой среды, в перемещение тела обтекания;
  • массовые кориолисовые расходомеры, основанные на инерционном воздействии на сенсор массы жидкости, движущейся одновременно с угловым ускорением.
  • Конструктивно в общем случае расходомеры состоят из первичного преобразователя — измерительной части и вторичного преобразователя — электронного блока. По конструкции первичных преобразователей их можно разделить на следующие виды:
  • полнопроточные, первичный преобразователь которых встраивается непосредственно в поперечное сечение трубопровода;
  • погружные, первичный преобразователь которых вставляется в трубопровод через отверстие. Данные приборы, в зависимости от конструкции, возможно монтировать/демонтировать без снятия давления в трубопроводе;
  • с накладными первичными преобразователями, монтируемые непосредственно на внешней поверхности трубопровода. Из приведенных выше видов расходомеров с накладными первичными преобразователями изготавливаются только ультразвуковые расходомеры.

Основным видом соединения полнопроточных расходомеров с трубопроводом является фланцевое. При этом существует две его разновидности:

  • традиционное фланцевое соединение, когда проточная часть расходомера имеет фланцы на входе и выходе, которые болтами или шпильками прикручиваются к ответным фланцам трубопровода;

  • сэндвичевое соединение, когда проточная часть расходомера своих фланцев не имеет, а зажимается между ответными фланцами трубопровода с помощью длинных шпилек.

Обе разновидности фланцевого соединения одинаково надежны, однако, сэндвичевое соединение требует большей аккуратности при выполнении сварочных работ и монтаже расходомера. С другой стороны, стоимость расходомеров с сэндвичевым соединением обычно значительно ниже, чем с фланцевым по причине меньшей металлоемкости.
Полнопроточные расходомеры точнее всех определяют среднюю скорость потока, так как производят измерения по всему сечению потока. Соответственно они имеют более низкую погрешность измерений, вплоть до ±0,2…0,5% измеряемой величины. Точность измерения расхода массовыми кориолисовыми расходомерами практически не зависит от профиля потока, что позволяет добиться погрешности измерения массового расхода порядка ±0,1…0,2% измеряемой величины.
Погружные расходомеры производят измерения скорости потока в одной точке. Средняя скорость потока определяется в них на основании существующих теоретических и экспериментальных зависимостей распределения скоростей потока по сечению трубопровода. Различные возмущающие воздействия приводят к искажению профиля потока, что не может не сказываться на результатах измерения этими приборами. На данный момент погрешность измерений погружных расходомеров составляет порядка ±1…2% шкалы и существенно зависит от правильности их установки.
Ультразвуковые расходомеры измеряют скорость потока в одной или нескольких плоскостях сечения потока в зависимости от количества первичных преобразователей, что определяет их погрешность измерений расхода, составляющую ±1…3% измеряемой величины. Погрешность данных приборов также зависит от правильности и места установки первичных преобразователей.
По компоновке расходомеры могут быть:
интегрального исполнения — вторичный преобразователь монтируется непосредственно на первичном преобразователе;
разнесенного исполнения — вторичный преобразователь монтируется на некотором удалении от первичного и соединяется с ним кабелем.

В большинстве случаев целесообразнее применять расходомеры в интегральном исполнении. Однако, существует ряд факторов, при наличии которых используют расходомеры в разнесенном исполнении:

  • высокая температура измеряемой среды;
  • высокая температура окружающей среды в месте установки расходомера;
  • высокая вибрация трубопровода;
  • возможность затопления места установки расходомера (для таких случаев первичные преобразователи, как правило, имеют водонепроницаемое исполнение IP68);
  • затрудненный доступ к месту установки расходомера.

На многих производствах существуют взрывоопасные зоны, в которых из-за утечек и испарения горючих веществ находятся или могут возникать взрывоопасные газовые среды. В таких зонах необходимо применять расходомеры во взрывозащищенном исполнении.
Наибольшее распространение получили два вида взрывозащиты расходомеров:

  • искробезопасная цепь — данный метод подразумевает, что при возникновении искры в электрических цепях прибора ее мощности будет недостаточно для воспламенения взрывоопасной смеси;
  • взрывонепроницаемая оболочка — данный метод подразумевает, что электрические цепи прибора помещены в специальную особо прочную оболочку. При этом не исключается контакт электрических цепей со взрывоопасной смесью и возможность ее воспламенения, но гарантируется, что оболочка выдержит возникшее в результате взрыва избыточное давление, т. е. вспышка не выйдет за пределы взрывонепроницаемой оболочки.

Более подробно взрывозащищенные исполнения описаны в главе «Основы взровозащиты» раздела «Справочные данные».