Классификация методов измерения расхода и количества

Измерение расхода и количества жидкостей, газа и пара, связанное с оперативным контролем, регулированием и управлением технологическими процессами в промышленности, является определяющим звеном при оценке эффективности работы агрегата и предприятия в целом. В практике металлургической теплотехники наиболее часто требуется определение объемных или массовых количеств G_V (кг), G_M (кг) и расходов вещества Q_v (м³/с); Q_M (кг/с).

Количество вещества, прошедшее за определенный промежуток времени, определяют изменением значения, измеренного в единицах определяемой физической величины. Расход вещества устанавливают величиной количества вещества в единицу времени. Приборы, измеряющие количество вещества, протекающее через поперечное сечение трубопровода за определенный промежуток времени, называют счетчиками количества. Количество вещества определяется в них разностью показаний счетчика в начале и конце этого промежутка времени.

Расходомерами называют приборы, определяющие количество вещества, протекающее через поперечное сечение трубопровода в единицу времени. Расход иногда определяют по показаниям счетчиков как средний между двумя отсчетами. Имеются расходомеры со счетчиком, которые позволяют одновременно измерять расход и количество вещества.

Наиболее информативным является измерение массового расхода, так как объемный расход зависит от условий измерений и параметров измеряемой среды. Между объемными и массовыми величинами существует зависимость, определяемая соотношениями:

Q_M = pQ_V, Q_M ⁼ G_M/ ;

QV=GV/ ,

где - интервал времени измерения; р - плотность измеряемой среды.

Сопоставимость результатов измерения расхода в условиях изменяющихся параметров среды обеспечивают приведением рабочих условий измерения к нормальным. В этом случае расход называют объемным расходом, приведенным к нормальным условиям.

В практике нормальными условиями считаются температура t_H = 20 ⁰С, давление Р_Н = 101325 Па и относительная влажность = 0.

Помимо деления всех устройств для измерения вещества на два больших класса объемных и массовых измерителей, представленных счетчиками и расходомерами, существует классификация их методов измерения по тем физическим законам, которые лежат в основе принципа действия этих устройств. Существуют устройства, реализующие следующие методы измерения: метод переменного и постоянного перепада давления (дросселирующие устройства и расходомеры обтекания); метод скоростного напора (напорные трубки); переменного уровня (щелевые расходомеры); электромагнитные; тепловые; тахометрические; инерциальные; ультразвуковые; оптические; маркерные и другие методы.

Общая классификация методов и средств измерения расхода и количества газов, жидкостей и пара, выполненная на основе учета их принципа действия представляется следующим образом:

- расходомеры переменного перепада давления, первичным преобразователем информации у которых является сужающее устройство, гидравлическое сопротивление, напорное устройство, центробежный и струйный преобразователь. Принцип действия преобразователей с сужающим, напорным устройством и гидравлическим сопротивлением основан на зависимости величины перепада статического давления, возникающего в преобразователе, от расхода. Центробежные преобразователи реализуют принцип изменения давления, возникающего на закруглении трубопровода, от расхода. Струйные реализуют принцип изменения перепада давления, образующегося при ударе струи, от расхода;

- расходомеры переменного уровня, принцип работы которых основан на зависимости уровня в расходомере при свободном истечении среды через отверстие от расхода;

- расходомеры обтекания, основанные на зависимости положения чувствительного элемента, воспринимающего динамическое давление потока, от расхода;

- тахометрические расходомеры, реализующие зависимость скорости движения чувствительного элемента расходомера, установленного в потоке, от расхода. Эта группа включает: объемные (камерные) расходомеры, отмеряющие при движении определенные объемы среды (шестеренные, поршневые, роторные, винтовые, турбинные и шариковые);

- электромагнитные расходомеры, реализующие зависимость взаимодействия электропроводной среды с магнитным полем от расхода;

- ультразвуковые расходомеры, основанные на зависимости частоты колебаний от расхода;

- вихревые расходомеры, принцип работы которых связан с зависимостью частоты колебаний при вихреобразовании в потоке от расхода;

- тепловые расходомеры, преобразующие с помощью теплового преобразователя скорость потока в температуру и использующие зависимость этой температуры от расхода;

- оптические расходомеры с лазерным преобразователем, принцип действия которых реализует зависимость скорости прохождения светового пучка от расхода среды;

- ионизационные расходомеры используют искусственную ионизацию потока среды и измеряют ионизационный ток, величина которого зависит от расхода среды;

- меточные расходомеры реализуют зависимость времени прохода искусственно созданной внутри потока метки участка трубопровода от расхода. В зависимости от способа введения метки в поток различают радиоактивные, ионизационные, химические, тепловые, магнитные, оптические, ядерно-магнитные и другие меточные расходомеры.

Основные термины, понятия и определения в области измерения расхода и количества устанавливаются ГОСТ 15528-70.