Тахометричний витратомір
Тахометричний витратомір
Тахометричний витратомір – витратомір, який має рухомий (зазвичай обертовий елемент), швидкість руху якого пропорційна об'ємній витраті.
Принцип дії тахометричного витратоміра заснований на вимірюванні швидкості обертання або підрахунку обертів крильчатки або турбіни, які поміщені в потік. Різниця між крильчаткою і турбіною полягає в тому, що вісь обертання крильчатки розташована перпендикулярно, а турбіни – паралельно напрямку руху потоку. Всі тахометричні витратоміри є енергонезалежними.
Класифікація
Тахометричні витратоміри поділяються на:
- швидкісні:
- турбінні;
- кулькові;
- роторно-кулькові;
- камерні.
Принцип роботи
При вимірюванні швидкості руху рухомого елемента отримуємо витратомір, а вимірюючи загальне число його оборотів - лічильник кількості пройшов речовини. Найбільшого поширення набули лічильники води та газу, так як для цього треба лише з'єднати вал турбіни або іншого перетворювача витрати через зубчастий редуктор з рахунковим механізмом.
Для створення тахометричного витратоміра швидкість руху елемента попередньо перетворять в сигнал, пропорційний витраті і зручний для вимірювання, для цього необхідний двоступінчастий перетворювач витрати:
- Перший ступінь - турбинка (кулька або інший елемент), швидкість руху якої пропорційна об'ємній витраті;
- Другий ступінь - тахометричні перетворювач, який виробляє вимірювальний сигнал (частоту електричних імпульсів), пропорційний швидкості руху тіла.
Тут вимірювальним приладом є цифровий або аналоговий електричний частотомір. Доповнивши частотомір лічильником електричних імпульсів, отримаємо лічильник кількості пройшов речовини. Тахометричні витратоміри ще не отримали такого широкого розповсюдження, як лічильники кількості рідини і газу. Їх суттєвими перевагами є: швидкодія, висока точність і великий діапазон вимірювання. Так, якщо похибка турбінних лічильників води (вісь яких через редуктор пов'язана з рахунковим механізмом) дорівнює ± 2%, то у вимірників кількості, мають тахометричні перетворювач, ця похибка знижується до ± 0,5%. Це пояснюється тим, що цей перетворювач майже не навантажує вісь турбіни. Похибка турбінного витратоміра лежить в межах (0,5 - 1,5)% в залежності від точності застосованого частотоміра. Турбінні тахометричні витратоміри і лічильники кількості можуть виготовлятися для труб діаметром від 4 до 750 мм, для тисків до 250 МПа і температур від -240 до +700 ° С. Турбінні прилади найчастіше застосовуються для вимірювання витрати та кількості води, різних нафтопродуктів та інших рідин. Основним недоліком турбінних витратомірів є зношування опор, внаслідок чого вони непридатні для речовин, що містять механічні домішки. Крім того, вони не застосовні для дуже в'язких речовин, оскільки із збільшенням в'язкості речовини діапазон їх лінійної характеристики зменшується. Турбіни більш придатні для рідин, ніж для газів, завдяки своїй здатності, що змазує.
Малюнок 2. Принципова схема турбінного тахометричні витратоміра (1 - турбинка; 2-тахометр) Кулькові витратоміри з'явилися пізніше турбінних. Їх застосовують для вимірювання витрати рідин, головним чином води, в трубах діаметром до 150-200 мм. У кулькових первинних перетворювачах витрати чутливим елементом є кулька, що переміщається по окружності. Його рух забезпечується гвинтовим напрямним апаратом, закручує потік, або тангенціальним підведенням вимірюваної рідини. У даних перетворювачах витрати кульку, захоплює закрученим потоком рідини, рухається зі швидкістю, пропорційною окружної швидкості потоку, а значить і його об'ємній витраті.
Малюнок 3. Первинний перетворювач кулькового витратоміра (1-напрямний апарат; 2,3 - корпус перетворювача витрати 3 - феромагнітний кулька) У корпусі кулькового перетворювача витрати розташовується нерухомий вузол, що містить маточину і два направляючих апарата з обмежувальними кільцями. Між останніми в канавці знаходиться феромагнітний кульку (малюнок 3). Із зовнішнього боку корпусу є місце кріплення на гвинтах тахометричні індукційного перетворювача, що складається з котушки і магнітного осердя. Потік рідини, проходячи закручує апарат зі змінним по довжині гвинтовим кроком, набуває обертальний рух і забезпечує обертання кулі. Вихідний гвинтовий шнек виконаний аналогічно вхідного, ніж може бути забезпечена реверсивність роботи витратоміра. Кульковий витратомір призначений для вимірювання витрати в межах 2 ÷ 8 м3 / ч при тиску 5 МПа і температурі 20 ÷ 200 oC. Похибка даних приладів лежить в межах ± (1,5-2)%. В процесі експлуатації кулькових витратомірів відбувається поступовий знос доріжок кочення і кулі. При зносі кулі так само, як і при раскатке доріжки кочення, у приладу з'являється негативна похибка, тобто його свідчення стають заниженими. Зі збільшенням в'язкості рідини зменшується область виміру, в межах якої зберігається сталість градуювання кулькового перетворювача витрати. Найважливішим достоїнством даних перетворювачів є можливість їх роботи в забруднених середовищах, а також простота конструкції. До їх недоліків можна віднести: • підвищені гідравлічні втрати; • вузький діапазон лінійності статичної характеристики; • залежність показань від в'язкості вимірюваної рідини. Роторно-кульові витратоміри з'явилися порівняно недавно і поки не отримали широкого застосування. У приладах даного типу, на відміну від кулькових, чутливий елемент рухається не по колу, а обертається навколо своєї осі під дією потоку вимірюваної рідини. Роторно-кульові витратоміри мають наступні переваги: • простоту конструкції; • можливість вимірювання витрати рідин, що містять механічні домішки. Але їм властиві такі недоліки: • зависання чутливого елемента в отворі по осі потоку і можливе припинення його обертання; • збільшення амплітуди коливань рухомого елемента і як наслідок удари об стінки вимірювальної камери; • складнощі із забезпеченням надійності перетворювача частоти обертання рухомого елемента в частотний вихідний сигнал. Камерні прилади як лічильники рідини і газу поряд з турбінними застосовуються вже давно. Вони відрізняються великою різноманітністю рухомих елементів. Камерні витратоміри для вимірювання витрати рідин можна розділити на дві групи: • без рухомих розділових елементів; • з рухомими розділовими елементами. Витратоміри першої групи складаються з однієї або декількох послідовно спорожняється і заповнюється вимірювальних камер. До цієї групи належать перекидні ППР, що вимірюють масу або об'єм рідини; обертові барабанні, що вимірюють обсяг рідини, прилади з вагається дзвоном. Тахометричні витратоміри без рухомого розділового елемента - найбільш точні. Їх застосовують тільки для вимірювання невеликих витрат при обмеженому тиску вимірюваної рідини. Витратоміри даної групи мають наступні різновиди: роторні, поршневі, дискові, з овальними шестернями, лопатеві, гвинтові і т.д. Вони застосовуються частіше за інших. Складаються ці прилади з жорсткою камери, в якій при безперервному переміщенні одного або декількох розділових елементів (поршня, диска, роторів і т.п.) здійснюється відмірювання об'ємів рідини. Дані прилади можуть забезпечити більшу точність і більший діапазон вимірювання в порівнянні з турбінними і кульковими лічильниками кількості речовини. Так похибка у деяких з них складає всього ± (0,2-0,5)%. Важливим достоїнством камерних лічильників є їх придатність для вимірювання кількості рідини практично будь-якої в'язкості, в тому числі і дуже великий. Але вони мають істотний недолік - чутливість до забруднень і механічних домішок. У переважній більшості камерні прилади застосовуються тільки для вимірювання кількості, а не витрати, так як вони виготовляються без тахометричних перетворювачів.
