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 чи 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.
Зміст
Класифікація
Тахометричні витратоміри поділяються на:
- швидкісні:
- турбінні;
- кулькові;
- роторно-кулькові;
- камерні.
Принцип роботи
При вимірюванні швидкості руху рухомого елемента отримуємо витратомір, а вимірюючи загальну кількість оборотів - лічильник кількості 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 рахуючим механізмом.
Для створення тахометричного витратоміра швидкість руху елемента попередньо переводять в сигнал, пропорційний витраті, який є зручним для вимірювання. Для цього необхідний двоступінчастий перетворювач витрати:
- Перший ступінь - турбинка (кулька або інший елемент), швидкість руху якої пропорційна об'ємній витраті;
- Другий ступінь - тахометричний 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 пройденої 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 рахуючим механізмом) дорівнює ± 2%, то у вимірювачів кількості, які мають тахометричний 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 частотоміра, який використовується.
Турбінний тахометричний витратомір
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 можуть бути використані для дуже в'язких речовин, оскільки із збільшенням в'язкості речовини діапазон їх лінійної характеристики зменшується. Турбіни більш придатні для рідин, ніж для газів.
На рисунку показана принципова схема турбінного тахометричні витратоміра:
- Турбинка;
- Тахометр.
Кульковий витратомір
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 переміщується по окружності. ЇЇ рух забезпечується гвинтовим напрямним апаратом, який закручує потік, або тангенціальним підведенням вимірюваної рідини. У даних перетворювачах витрати кулька, яка захоплюється закрученим потоком рідини, рухається зі швидкістю, пропорційною коловій швидкості потоку, а значить і його об'ємній витраті.
На рисунку показано первинний перетворювач кулькового витратоміра:
- Напрямний апарат;
- Корпус перетворювача витрати;
- Феромагнітна кулька.
У корпусі кулькового перетворювача витрати розташовується нерухомий вузол, що містить ступицю і два направляючих апарата з обмежувальними кільцями. Між останніми в канавці знаходиться феромагнітна кулька. Із зовнішнього боку корпуса є місце для кріплення на гвинтах тахометричного індукційного перетворювача, що складається з котушки і магнітного осердя. Потік рідини, проходячи закручує апарат зі змінним по довжині гвинтовим кроком, набуває обертального руху і забезпечує обертання кулі. Вихідний гвинтовий шнек виконаний аналогічно до вхідного, що забезпечує реверсивність роботи витратоміру.
Кульковий витратомір призначений для вимірювання витрати в межах 2 ÷ 8 м³ / год при тиску 5 МПа і температурі 20 ÷ 200 °С. 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 зносі доріжки кочення, у приладу з'являється негативна похибка, тобто його свідчення стають заниженими. Із збільшенням в'язкості рідини зменшується область виміру, в межах якої зберігається сталість градуювання кулькового перетворювача витрати.
Головною перевагою 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-кульковий витратомір
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.
Камерний витратомір
Камерні прилади як лічильники рідини і газу поряд з турбінними використовуються вже давно. Вони відрізняються великою різноманітністю рухомих елементів. Камерні витратоміри для вимірювання витрати рідин можна розділити на дві групи:
- без рухомих роздільним елементів;
- з рухомими роздільним 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 коливним дзвоном. Тахометричні витратоміри без рухомого розділового елемента - найбільш точні. Їх застосовують тільки для вимірювання невеликих витрат при обмеженому тиску вимірюваної рідини.
Витратоміри другої групи мають наступні різновиди: роторні, поршневі, дискові, з овальними шестернями, лопастеві, гвинтові і т.д. Вони застосовуються частіше за інших. Складаються ці прилади з жорсткої камери, в якій при безперервному переміщенні одного або декількох роздільних 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)%. Важливою перевагою 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.
