Витратоміри

Зміст

Об'єкт вимірювання

Витрати і газів і рідин можуть бути виміряні в об'ємних або масових одиницях, таких як л/с або кг/с. Ці виміри можуть бути вхаємно перетворені, якщо густина плину відома. Густина рідини практично не залежить від умов, у яких вона знаходиться, однак, це не стосується газу, густина якого в значній мірі залежить від тиску, температури і у певній мірі, складу газу.

Коли гази чи рідини є енергоносіями (природний газ, перегріта пара і т.д.), швидкість потоку може бути виражена в термінах потоку енергії, таких, як ГДж/год або в об'ємних одиницях м3/доба. Швидкість енергетичного потоку може бути визначена як об'ємна витрата помножена на енергомісткість одиниці об'єму чи масова витрата помножена енергомісткість одиниці маси плину. Де ставиться питання про точний облік енергії перевагу віддають об'ємним і масовим витратомірам, покази яких переводять в енерговитрати обчислювальним (комп'ютерним)способом.

В інженерних контекстах, об'ємна швидкість потоку, як правило позначається даним символом Q, і масова витрата, символом ṁ.

Гази

Гази стискаються і змінюється об'єм при приміщенні під тиском чи в процесі нагріву або охолодження. Об'єму газу на основі єдиного зводу тиску та температури не еквівалентна ж газу в різних умовах. Список літер позначень, "фактична" витрата через метр і "стандарт" або "база" витрата через лічильник за одиницю часу, такі як ФКМ/год (фактичні кубічних метрів на годину), КСКМ/год (Кіло стандартних кубічних метрів у годину), ЛМ/хв(лінійних футів в хвилину), або MSCFD(в тис. стандартних кубічних футів на день).

Гази за масою можуть бути виміряні, не залежно від тиску і температури, з теплової масові витратоміри , Коріоліса витратоміри маси , або Регулятори витрати маси .

Рідини

Для рідин, різних підрозділів використовуються в залежності від програми та промисловості, але можуть включати галонів (США рідини або імперської) в хвилину, літрів в секунду, бушелів на хвилину або, при описі річок, м3/с (кубічних метрів в секунду) або акр футів на день. У океанографії умовна одиниця для вимірювання об'єму перевезень (об'єм води перевозяться поточного наприклад) Свердруп (Зв), еквівалентній 106м3/с.

Механічні витратоміри

Магнітний витратомір на пивоварному заводі в Лідсі, Західний Йоркшир .

Посудина-і-секундомір

Можливо, найпростіший спосіб вимірювання об'ємної витрати є мірою, скільки часу потрібно для заповнення відомого обсягом контейнера. Простий приклад використання ківш відомого об'єму, заповнений рідиною. Секундомір включається, коли починають подавати потік рідини, і зупинився, коли переповнений контейнер. Обсяг поділений на час дає потік. Відро-і-секундомір метод із застосуванням лінійного методу, це означає, що вимірювання не може бути прийнято без переривання нормального потоку.

Поршневі

Тому що вони використовуються для внутрішніх вимірювань витрати, поршневі вимірювачі, також відомий як роторні поршневі або напів-позитивні лічильники, є найбільш поширеними вимірювальних приладів течії у Великобританії і використовуються для майже всіх вимірювань розмірів аж до 40 мм (1 ½ ). Поршневий вимірювач працює за принципом поршнів, які обертаються в камері відомого об'єму. Для кожного обертання, кількість води проходить через поршневу камеру. Через механізм передачі , а іноді і магнітний диск, голка циферблата і відображає покази на циферблаті.


Ротаметри

Змінної області (VA) метра, також звичайно називають ротаметр , складається з конічної трубки, як правило, зроблені зі скла, з поплавцем всередині, який переміщується вгору потоком рідини і вниз під дією сили тяжіння. Як швидкість потоку збільшується, більше в'язка рідина і сила тиску на поплавок призводить до підвищення поки він стає стаціонарним на місці в трубку, що є досить широкою для сил, щоб збалансувати. Поплавки зроблені в самих різних формах, зі сферами і сферичних еліпси є найбільш поширеним. Ротаметри доступні для широкого спектру рідин, але найчастіше використовуються з водою або повітрям. Вони можуть бути зроблені для точного вимірювання потоку до 1% точності.

Турбінний витратомір

Турбінний витратомір (краще описати як осьова турбіна) переводить механічну дію турбіни, що обертається в рідині навколо осі на системі зчитування швидкості потоку (л/хв, л/год, і т.д.). Турбінне колесо знаходиться на шляху потоку рідини. Протікаюча рідина падає на лопасті турбіни, надаючи сили, щоб лезо поверхні і установка ротора обертались. При постійній швидкості обертання була досягнута швидкість пропорційна швидкості рідини.

Турбінні витратоміри використовуються для вимірювання природного газу і рідини ..Турбіни метрів менш точні, ніж переміщення і лічильники при малих швидкостях потоку, але вимірювальний елемент не займає або суворо обмежити весь шлях потоку. Напрямок потоку, як правило,прямує прямо через вимірювач, що дозволяє виміряти більшу витрату та меншу, ніж втрати тиску типу зсуву метрів. Такі вимірювачі використовуються для великих комерційних користувачів, захисту від вогню, і як майстер метрів для системи розподілу води. Фільтри, як правило, повинні бути встановлені в передній частині прилада для захисту вимірювального елемента із гравію щоб не потрапив бруд, які можуть увійти в систему розподілу води. Турбіна витатоміра, як правило, підбирається для 1-1/2 "до 12" або вище розмірів труби. Деталі турбіни звичайно зроблені з бронзи або чавуну. Внутрішні елементи турбіни можуть бути пластикові або нержавіючого металевих сплавів. Вони точні в нормальних робочих умов для 0,2 л / с, однак, значно впливає середовище суміші.

На пожежних витратомірах встановлюють спеціальні турбіни, необхідних для протипожежного захисту. Вони часто затверджених Underwriters Laboratories (UL) або Factory Mutual (FM) для використання в протипожежного захисту.

Пожежний гідрант витратомірів спеціалізованих типів портативних турбін, які прикріплені до пожежного гідранта для вимірювання витрати води з гідранта. Вимірювачі, як правило, зроблені з алюмінію, щоб бути легким у вазі, і, як правило, потужністю. Утиліти часто вимагають від них для вимірювання води, використовуваної в будівництві, басейн заповнення, або там, де постійні витратоміри ще не встановлено.

Woltmann метр

Метр Woltmann включає ротор з гвинтовими лопатями вставлені аксіально в потоці, так само, як у вентилятора в кільцевому обтічнику, його можна розглядати тип турбіни потік. Вони зазвичай називають спіральними вимірювачами, і користуються популярністю у великих розмірах .


Одного потоку вимірювання

Одного метра струменя складається з простого робочого колеса з радіальними лопатками, на який попадає потік. Вони ростуть в популярності у Великобританії у великих розмірах і стали звичайною справою в ЄС .

Paddle колеса метр

Це схоже на один метр потоку, крім того, що робоче колесо мале по відношенню до ширини труби, а також проекти тільки частково в потік, як веслове колесо на річці Міссісіпі.

Кілька потоків вимірювання

Кілька потоків або Multijet метр вимірювання швидкості, який має крильчатку, яка обертається горизонтально на вертикальному валі. Прямий потік рідини попадає на елементи крильчатки в робочому колесі примушуючи його обертатися в певному напрямку пропорційно швидкості потоку. Цей метр роботи механічно аналогічний, методу вимірювання одного потоку, тільки відмінністю є те, що порти прямого потоку потрапляє на робоче колесо в рівній мірі з декількох точок по колу елемента, а не тільки в одній точці, це мінімізує нерівномірний знос робочого колеса і його валу.

Інших мереж колеса

Інших мереж колеса турбіни (краще описати як радіальної турбіни ) переводить механічна дія колеса інших мереж обертового в рідині навколо осі на користувачів систем зчитування швидкості потоку (л/хв, л/хв, і т.д.). Оригінальні колеса інших мереж були використані для вироблення електроенергії і складався з радіальної турбіни, потік з "реакції чашки", який не тільки рухається від сили води, але повертаєя потік в протилежному напрямку, використовуючи це зміна напрямку рідини в подальшому підвищує ефективность турбіни.

Овальна передача вимірювання

Овальний метод вимірювання використовує дві або більше довгасті передачі налаштовані на поворот під прямим кутом один до одного, утворюючи форму Т. Такий засіб вимірювання має дві сторони, які можна назвати і Б. Тут рідина проходить через центр вимірювача, де зуби з двох передач завжди пересікаються. З одного боку вимірювач (), зуби передач перекривають потік рідини, оскільки подовжені передачі на стороні виступають у вимірювальну камеру, а на іншій стороні вимірювача (B), порожнини виконано фіксованого обсягу рідини в вимірювальну камеру. Як рідина штовхає передачу, він обертає їх, дозволяючи рідині у вимірювальній камері на стороні B буде випущений у вихідний порт. Між тим, рідини введення вхідний порт буде загнаний у вимірювальну камеру в сторону, яка в даний час відкрита. Зуби на стороні B будуть закриті від попадання рідини в сорону Б. Цей цикл продовжується до тих пір поки шестерні обертаються і рідини вимірюються через змінні камери вимірювання. Постійні магніти на обертових механізмах можуть передавати сигнал в електричний геркон або перетворювач струму для вимірювання витрат.

Дискові витратоміри Nutating.

Це найбільш часто використовувані системи вимірювань для вимірювання водопостачання. Рідина, частіше вода, входить в одну сторону вимірювача і обертає nutating диск, який встановлений ексцентрично. На диску виникають потім "коливання" або коливається навколо вертикальної осі, так як нижня і верхня частина диска залишатися в контакті з монтажною камерою. Розділ відокремлює вхід і виход камери. Як диск nutates, вона дає пряму вказівку на об'єм рідини, що пройшла через лічильник, як об'ємна витрата передається і реєструється композиція, яка пов'язана з диском. Вона надійна для вимірювання витрати в 1 відсоток.

Витратоміри, принцип яких базується на вимірюванні перепаду тиску

Є кілька типів витратомірів, які покладаються на Принцип Бернуллі , або шляхом вимірювання перепаду тиску у звуженні, або шляхом вимірювання статичних і стагнації тиску для отримання динамічного тиску.


Труба Вентурі

Труба Вентурі звужує потік в деякому роді, і датчики тиску вимірює перепад тиску до і після звужуючого пристрою. Цей метод широко використовується для вимірювання швидкості потоку в передачі газу на трубопроводах. Коефіцієнт витрати вимірювача труби Вентурі в діапазоні від 0,93 до 0,97.

Діафрагми

Діафрагма представляє собою пластину з отвором, поміщена в потік, стискаючись потоком вимірює перепад тиску через звужуючий пристрій, в якому змінється і швидкість потоку. Є три типи отворів: ексцентричні, сегментарні, концентричні.

ISO 5167 Orifice Plate

Труби Далла

Трубки Далла є скороченою версією труб Вентурі, при більш низькому тиску, ніж тиск в діафрагмі. Швидкість потоку в трубі Далла визначається шляхом вимірювання перепаду тиску викликаного обмеженням в трубопроводі. Перепад тиску, як правило, вимірюється за допомогою перетворювачів діафрагми тиску з цифровим відліком. Оскільки ці вимірювачі мають значно нижчі втрати постійного тиску, ніж отвір вимірювача, то труби Далла широко використовуються для вимірювання швидкості потоку великих трубопроводів.

Труба Піто

Трубки Піто - це вимірювальний прилад тиску, використовується для вимірювання швидкості потоку рідини шляхом визначення тиску гальмування. Рівняння Бернуллі використовується для розрахунку динамічного тиску і, отже, швидкості рідини.

З декількома отворами і датчиком тиску

З декількома отворами і датчики тиску (також називається вплив зондів) розширити теорію трубки Піто в більш ніж одному вимірі. Типовий датчик впливу складається з трьох або більше отворів (залежно від типу датчика) вимірювальний наконечник розташовують за певною схемою. Детальніше отвори дозволяють прилад для вимірювання напрямку швидкості потоку на додаток до своєї величиною (після відповідної калібрування). Три отвори розташовані в лінію дозволяють датчики тиску для вимірювання вектора швидкості в двох вимірах. Введення більш отворів, наприклад, п'ять отворів розташованих в "плюс" освіта, що дозволяють вимірювати тривимірного вектора швидкості.

Оптичні витратоміри

Щоб визначити швидкість потоку, оптичні витратоміри використовують світло. Дрібні частинки, які супроводжуються в природних і промислових газах через два лазерних промені зосереджені в трубі при висвітленні оптики. Лазерне світло розсіюється, коли частка перетинає перший пучок. Виявлення оптики збирає розсіяного світла на фотоприймач, який генерує імпульсний сигнал. Якщо ж частка перетинає другий промінь, виявлення оптики збирає розсіяне світло на другий фотоприймач, який перетворить падаюче світло в електричний другий імпульс. Вимірюючи інтервал часу між цими імпульсами, швидкість газу розраховується як V=D/T, де D-відстань між лазерними променями і Т проміжок часу.

Лазери, оптичні витратоміри вимірюють швидкість частинок, яке не залежить від теплопровідності газів, зміни в газовому потоці або складу газів. Принцип дії дозволяє оптичної лазерної технології для доставки високоточних потоку даних, навіть у складних умовах, які можуть включати високі температури, низькі швидкості потоку, високого тиску, високої вологості, вібрації та труби акустичного шуму.

Оптичні вимірювачі є дуже стабільними, оскільки в них немає рухомих частин і тим самим вони забезпечують високу оцінку вимірювання протягом терміну роботи прилада. Оскільки відстань між двома листами лазерного вимірювача не змінюється, оптичні витратоміри не вимагають періодичної калібрування після їх початкового введення в експлуатацію. Оптичні вимірювачі вимагають тільки однієї точної установки на потік, замість двох точок установки зазвичай потрібно для інших типів лічильників. Однією точкою установки простіше, вимагає менше обслуговування і менш схильні до помилок.

Оптичні вимірювачі здатні виміряти потік від 0,1 м/с швидше, ніж 100 м/с (1000:1) і продемонстрували свою ефективність для вимірювання факельних газів, які є основним глобальним внеском у викиди, пов'язані зі зміною клімату.

Вимірювання витрати у відкритому каналі

Протікаючий рівень

Рівень води вимірюється в означений пункт за гідротехнічної споруди ( греблі або лотка ) з використанням різних засобів (барботер, ультразвукові, з плаваючою крапкою, і перепад тиску є загальними методами). Ця глибина перетвориться в витрата відповідно до теоретичної формулою виду Q = K H X, де Q є швидкість потоку, До постійна, Н рівня води, і X є показником якого варіюється в залежності від використовуваного пристрою , або воно перетвориться відповідно до емпіричним шляхом рівня / потоку даних ("кривої течії"). Швидкість потоку може інтегрованої з плином часу в об'ємний витрата.

Район/швидкість

Площа поперечного перерізу потоку розраховується від вимірювання глибини і середньої швидкісті потоку (Доплера і пропелер методи є загальними). Швидкість в поперечному перерізі діє на область швидкості потоку, яка може бути інтегрована в об'ємніий витраті.

Фарба тестування

Відома кількість барвника (або солі ) в одиницю часу додається до потоку. Після повного змішування, концентрація виміряється. Розбавлення ставка дорівнює швидкості потоку.

Акустичний метод вимірювання швидкості, що базуються на ефекті Доплера

Акустичний метод вимірювання призначений для запису миттєвої компоненти швидкості в одній точці з відносно високою частотою. Виміри проводяться шляхом вимірювання швидкості частинок у віддалених обсягу вибірки заснованих на ефекті доплерівського зсуву.

Теплові витрати маси

Теплові витратоміри маси зазвичай використовують комбінації з підігрівом елемента і датчики температури для вимірювання різниці між статичною і протікаючою тепловіддачею до рідини і виводити її потік з знанням рідини в теплоємності і густини. Температура рідини також вимірюється і компенсуватися. Якщо щільність і теплоємність характеристики рідини постійні, вимірювач може забезпечити пряме зчитування потоку маси, і не потребує додаткової компенсації температури чи тиску на їх зазначений діапазон.

Температура у датчиків варіюється в залежності від масової витрати

Технічний прогрес дозволив виробництву теплових витратомірів вимірювати масу на мікроскопічному рівні, як MEMS датчики; ці пристрої потоку можуть бути використані для вимірювання витрати в діапазоні nanolitres або мкл/хв.

Вимірювання теплового потоку маси використовується для стисненого повітря, азоту, гелію, аргону, кисню і природного газу. Справді, більшість газів може бути виміряно, якщо вони досить чисті і неагресивні. Для більш агресивних газів, вимірювачі можуть бути зроблені із спеціальних сплавів (наприклад, хастеллой ), і сушіння газу також допомагає звести до мінімуму корозії.

Вихреві витратоміри

Інший метод вимірювання витрати води включає в себе розміщення блеф тіла (так званий проливний бар'єр) на шляху рідини. Як рідина проходить цей бар'єр, порушується потік і утворюються вихри. Вихорів сліду за циліндром, в якості альтернативи з кожного боку тіла блеф. Цей вихор слід називається Кармана вихору фон вулиці після Кармана 1912 фон математичний опис цього явища. Частота, на якій ці вихори по черзі по обом сторонам суттєво пропорційна швидкості потоку рідини. Всередині, на вершині, або після проливає бар датчик для вимірювання частоти вихорів. Цей датчик часто п'єзоелектричний кристал, який виробляє невеликий, але вимірних, імпульс напруги кожного разу, коли вихор створюється. Оскільки частота такого імпульсу напруги також пропорційна швидкості потоку, об'ємної витрати розраховується площа поперечного перерізу потоку метр. Частота вимірюється і витрати розраховується за витратоміра електроніки за допомогою рівняння F = S V / L, де F-частота вихорів, L характерна довжина блеф тіла, V-швидкість потоку на протязі блеф тіла, і S є Струхаля , який по суті є постійною для даного тіла форми в її межах операційної.

Електромагнітні, ультразвукові та Коріолісові витратоміри

Сучасні інновації в галузі вимірювання витрати включають електронні пристрої, які можуть правильно визначити для зміни тиску і температури (наприклад, щільність) умови, нелінійності, і для характеристики рідини.

Магнітні витратоміри

Найбільш поширеними витратомір крім механічних витратомірів є магнітний витратомір, як правило, називають "МАГ метр" або "електромагнітне". магнітне поле застосовується для обліку трубки, в результаті чого різниця потенціалів пропорційна швидкості потоку перпендикулярно потоку ліній. Фізичний принцип у роботі за законом Фарадея про електромагнітної індукції. Магнітний витратомір вимагає провідної рідини, наприклад води, і електроізоляційні поверхні труби, наприклад, гумової.
Магнітний витатомір

Ультразвуковий (ефект Доплера, транзитний час) витратомір

Ультразвукові витратоміри мірою різниці час проходження ультразвукових імпульсів , що розповсюджуються в і проти напрямку потоку. Це різниця в часі є мірою середньої швидкості рідини уздовж шляху ультразвукового променя. За допомогою абсолютного часу перевезення як усереднена швидкість рідини і швидкості звуку може бути обчислена. Використання двох транзитних раз [math] t_u_p , t_d_o_w_n [/math] і відстань між приймальною і передавальною перетворювачів L і кут нахилу α можна записати рівняння: E1aafb15c2a909333852a8af35cc9671.png де V є середній швидкості рідини уздовж звукового тракту і С швидкість звуку.

Ультразвукові витратоміри використовуються також для вимірювання витрати природного газу. Можна також обчислити очікувані швидкості звуку для даного зразка газу, що може бути в порівнянні зі швидкістю звуку емпірично вимірюється ультразвуковий витратомір і для цілей моніторингу якості вимірювань потоку лічильника. Зниження якості ознака того, що метр потреб обслуговування. Нещодавно, витратоміри Ультразвукові також використовуються для вимірювання потоку СПГ.

Schematic view of a flow sensor.

Вимірювання доплерівського зсуву в результаті відображення ультразвукових пучків від поточної рідини була також використана в минулому. У зв'язку з обмеженою точністю цей метод підходить тільки для додатків, які потребують високої точності. Переходячи ультразвуковий промінь через тканини, відскакуючи від її відбивної пластини, потім змінює напрям пучка і повторюваних вимірювань об'єму крові потік може бути оцінений. Частота минулого пучка залежить від руху крові в судині і шляхом порівняння частоти вгору промінь проти вниз за течією потоку крові через судини можуть бути виміряні. Різниця між двома частотами є мірою істинної об'ємної витрати. Широкий промінь датчика може також використовуватися для вимірювання потоку залежить від площі поперечного перерізу з кровоносних судин.

Для принципу Допплера для роботи в витратомір це є обов'язковим, що потік потік містить акустично світловідбивних матеріалів, таких, як тверді частинки або захоплюються бульбашки повітря . Пов'язаних з ним технологій є акустичний доплеровский Вимірювання швидкості.

Каріолісові витратоміри

Використання ефекту Коріоліса , який виникає з боків вібруючі трубки, щоб спотворити, прямі вимірювання масової витрати можуть бути отримані в Коріолісовому витратомірі. Коріолісові вимірювання можуть бути дуже точними, незалежно від типу газу або рідини, які вимірюються; трубки вимірювань можуть бути використані для водню, газу і бітуму без повторного калібрування, а тако витратоміри Коріоліса можуть бути використані для вимірювання витрати природного газу.

Лазерний метод вимірювання оснований на ефекті Доплера

Лазерний метод вимірювання оснований на ефекті Доплера, можна оцінити потік через використання монохроматичного лазерного діода. Лазерний зонд вводиться в тканини і включається, де світло розсіюється, і невелика частина відображення повертається назад до датчика.
Laser-doppler flow meter.
Потім сигнал обробляється для розрахунку потоку в тканинах. Існують обмеження на використання лазерного датчика; потік в тканині залежить від обсягу освітлення, яке часто вважається, а не вимірюється і змінюється в залежності від оптичних властивостей тканини. Крім того, зміна в типі і розміщення зонда в ідентичних тканинах і окремих осіб в результаті змін в читанні. Лазерний метод вимірювання оснований на ефекті Доплера має перевагу вибірки невеликого об'єму тканини, що дозволяє виміряти дуже точно, але не обов'язково відображає потік в межах всього органу. Витратомір є набагато більш корисним для відносної, а не абсолютної вимірювань.

Калібрування

Місцеве калібрування

Хоча ідеально витратоміри повинні будуть порушені її навколишнього середовища, на практиці це навряд чи буде так. Часто помилки виміру походять від неправильної установки або інших факторів залежить від оточення. Місцевий метод використовуються, коли витратомір калібрується в правильних умовах потоку.

Метод транзитного часу

Для труби потоків так званого методу часу прольоту застосовується, де РФП вводять як імпульсу в вимірюваного. Транзитний час визначається за допомогою детекторів випромінювання які розміщені на зовнішній стороні труби. Витрата виходить шляхом множення виміряних середньої швидкості руху флюїду по внутрішній трубі перетином. Це еталонне значення потоку в порівнянні з одночасним значення потоку задається вимірювання витрати для калібрування.

Процедура стандартизована (ISO 2975/VII для рідин і BS 5857-2.4 для газів). Кращі акредитовані невизначеності вимірювання для рідин і газів на 0,5%.

Трасуючий метод розведення

Метод РФП розбавлення використовується для калібрування відкритих вимірювань потоку каналу. Розчин з відомою концентрацією домішки вводять в постійну відомій швидкості в каналі. Переробка де трасуючими рішення ретельно перемішують протягом потоку перетин, безперервного зразка береться і його концентрація домішки в зв'язку з цим з вводили розчин визначається. Значення потоку використовується визначається за допомогою умови трасуючими балансом між вводом потоку трасуючих і розведенням потоку.

Процедура стандартизована (ISO 9555-1 і ISO 9555-2 для потоку рідини у відкритих каналах). Кращі акредитовані невизначеності вимірювань становить 1%.