Введення книги - витратоміри і лічильники кількості

1. ВИХІДНА ТЕРМІНОЛОГІЯ І ОДИНИЦІ ВИМІРУ

Основна термінологія в області приладів для вимірювання витрат і кількості рідини, газу та пара міститься і визначається в ГОСТ 15528-70 і в ГОСТ 18083-72.

Вихідними поняттями, якими ми будемо користуватися, є витрата і кількість речовини. Зв'язок між ними наступна. Витрата є кількість речовини, що протікає через дане перетин в одиницю часу.

Кількість можна вимірювати в одиницях маси (кг, т, г) або в одиницях об'єму (м 3. см 3. дм 3). Витрата можна вимірювати в одиницях маси, поділені на одиницю часу (кг / с, кг / хв, кг / ч, г / с і т. Д.) Або в одиницях об'єму, також поділені на одиницю часу (м 3 / с, м 3 / хв, м 3 / год, см 3 / с і т. д.). У першому випадку маємо масовий витрата, в другому - об'ємна витрата. Для позначення останнього загальноприйнятий символ Q. Для позначення масової витрати зручно прийняти символ QM.

Одиниці маси дають більш повні відомості про кількість або витраті речовини, ніж одиниці об'єму. Останні можуть правильно визначати кількість речовини тільки разом з його тиском і температурою. Особливо це відноситься до вимірювання витрати газу, щільність якого сильно залежить і від температури і від тиску. У зв'язку з цим вже давно прийнято результати вимірювання витрати газу, що виконується в одиницях об'єму, приводити до одних і тих же стандартним, або так званим нормальним умовам. Раніше такими умовами були температура 0 ° С і тиск 760 мм рт. ст. тепер же відповідно до ГОСТ 2939-63 температура 20 ° С і тиск 101325 Па (760 мм рт. ст.). Це безсумнівно доцільно. Недобре лише, що при цьому нерідко стали застосовувати умовну одиницю виміру - «нормальний кубічний метр» і відповідне позначення «нм 3». Ні цей термін, ні це позначення застосовувати не слід. Треба, згідно ГОСТ 2939-63, у букви, що позначає обсяг V або об'ємний витрата Q ставити індекс «п» (наведений) або індекс «н» (нормальний).

Відповідно до ГОСТ 15528-70 прилад, службовець для вимірювання витрати речовини, називається витратоміром, а прилад для вимірювання кількості речовини лічильником кількості або просто лічильником (коротка форма). Прилад, що вимірює одночасно витрата і кількість, називається витратоміром з лічильником. До цих трьох термінів треба в кожному конкретному випадку додавати найменування вимірюваного речовини, наприклад витратомір води, лічильник газу, витратомір пара з лічильником.

Далі дуже важливим є термін перетворювач витрати. Він позначає пристрій, безпосередньо сприймає витрата (наприклад, діафрагма, напірна трубка і т. Д.) І перетворює його в іншу величину (наприклад, перепад тиску), зручну для вимірювання. Цей термін прийнятий в ГОСТ 15528-70 відповідно до роботою [6], а також з головним термінологічним ГОСТ 16263 - 70 в галузі метрології, який все різноманіття елементів складної вимірювальної апаратури розділяє на дві групи, одну з яких утворюють вимірювальні перетворювачі, а іншу - вимірювальні прилади. Витратоміри і є окремим випадком перших.

2. РОЛЬ І ЗНАЧЕННЯ ВИТРАТОМІРІВ І ВИМІРЮВАЧІВ КІЛЬКОСТІ

Спочатку в XIX в. найбільший розвиток отримали лічильники води та газу, переважно в комунальному господарстві міст. Потім в XX в. поряд з лічильниками все більш широке застосування стали отримувати прилади для вимірювання витрати самих різних рідких і газоподібних речовин.

В даний час роль і значення витратомірів і вимірників кількості дуже велика. Вони необхідні для проведення наукових досліджень, для управління технологічними процесами майже у всіх галузях промисловості, для контролю роботи стаціонарних і транспортних енергетичних установок, для керування літаками і космічними кораблями. Крім цього розглядаються прилади необхідні для комунального та сільського господарства.

Без витратомірів неможливо забезпечити оптимальний технологічний режим найважливіших технологічних процесів в таких галузях промисловості, як енергетична, металургійна, нафтова, хімічна, целюлозно-паперова, харчова і мн. ін. Без цих приладів не можна також і автоматизувати відповідні процеси, і отримати у них максимальний к. п. д. Таким чином, витратоміри сприяють підвищенню якості продукції, що виготовляється, усунення браку, економії вихідних метериалов і автоматизації виробництва. Річний економічний ефект від застосування витратомірів в масштабах всієї країни досягає багатьох десятків, а може бути і сотень мільйонів рублів.

Дуже велике економічне значення для народного господарства має також вимір кількості нафти, води, газу та інших речовин, що транспортуються по трубопроводах і переданих для споживання різним підприємствам, міст, районів і навіть окремих країнах. Значення цих вимірювань в найближчі роки зростає ще більше, якщо врахувати стрімкі темпи розвитку видобутку нафти і газу і будівництво великих магістральних нафто- і газопроводів.

3. СУЧАСНІ ВИМОГИ ДО ПРИЛАДІВ ДЛЯ ВИМІРУ ВИТРАТИ І КІЛЬКОСТІ

В даний час до приладів для вимірювання витрати та кількості рідин і газів пред'являється багато різноманітних і, в деяких випадках, важко здійсненних вимог [5]. Розглянемо основні з них.

1. Підвищення точності вимірювання. Значна частина приладів, що служать для вимірювання витрат і кількості, імееткласс точності в межах 1 - 2. Якщо прийняти, що вимірювання переважно виробляються на середині шкали приладу, то відносна похибка цих вимірів складе ± 2 - 4%. З урахуванням же нестабільності різних впливають обстоятельствдействітельная похибка буде ще вище. Тим часом багато сучасні технологічні процеси, а також операції, пов'язані з продажем нафтопродуктів і газу, вимагають значно більш точного вимірювання. Звідси виникає необхідність розробки і створення приладів, що мають клас 0,2-0,5.

2. Досягнення незалежності результатів вимірювання від зміни параметрів середовища. У більшості витратомірів і вимірників кількості зміну густини середовища, зокрема, її тиску і температури, істотно позначається на результатах вимірювання. Виникає при цьому додаткова похибка може досягати великих величин, особливо пріізмереніі витрати або кількості газу. Можливі два шляхи боротьби з цим. Перший шлях - широке впровадження приладів (силових і теплових), які за принципом своєї дії вимірюють масова витрата і кількість, а також розробка исоздание нових приладів, що вимірюють витрату і кількість ведініцах маси. Інший шлях - оснащення звичайних расходомерові вимірників кількості автоматичними пристроями, що коректують їх показання на зміну тиску і температури або ж щільності. У рідин, як правило, достаточновведенія корекції тільки на зміну температури.

3. Збільшення надійності дії приладів. Безперервне підвищення ролі вимірювальних приладів в управлінні виробництвом змушує підвищувати вимоги до надійності і довговічності витратомірів і вимірників кількості. У міру впровадження автоматизації виробництва вимоги до надійності приладів будуть ще більш підвищуватися.

4. Поліпшення динамічних властивостей приладів. Якщо ранеек вимірювальних приладів головним чином пред'являлися вимоги лише точності і надійності, то тепер в зв'язку зі зростаючою необхідністю вимірювання швидкозмінних витрат, збільшенням швидкості протікання технологічних процесів і широким застосуванням витратомірів в системах автоматичного управління виникають вимоги до збільшення їх швидкодії, т. Е. До підвищення їх динамічних характеристик (зменшення постійної часу, збільшення частоти вільних коливань і т. п.). Частина сучасних витратомірів, наприклад тахометрические, електромагнітні, ультразвукові та інші, має гарні динамічними властивостями, у інших же, наприклад теплових, динамічні характеристики значно гірше. У цих випадках вдаються до особливих коригуючих пристроїв типу диференціюють схем, які можуть істотно поліпшити справу.

5. Дуже великий діапазон вимірюваних витрат. Останні роки характеризуються значним розширенням меж вимірювання як в сторону дуже малих, так і в бік дуже великих витрат, відношення найбільших вимірюваних витрат до найменших вже досягло, а частково і перевершило мільярдну величину як для рідин, так і для газів. Дійсно, тепер потрібно вимірювати витрати рідин принаймні від 10 -2 до 10 7 кг / год, а газів від 10 -4 до 10 5 кг / год. В окремих випадках, наприклад на зрошувальних станціях, вже треба вимірювати витрати води в 5 · 10 7 - 1 х 10 8 кг / год. Недалеко час, коли в великих магістральних газопроводах треба буде вимірювати витрати газу, рівні 10 Вага 6 кг / ч. Тим часом, наявні витратоміри і лічильники призначені переважно для вимірювання середніх витрат. При вимірі ж дуже великих і дуже малих витрат виникають специфічні проблеми, які потребують свого подолання.

6. Розширення меж параметрів вимірюваних речовин. Раніше було необхідно вимірювати головним чином витрати середовищ, що мали середні температури і тиску. Тепер же не рідкісні випадки, особливо в хімічних виробництвах, коли необходімоізмерять витрати при високому тиску близько 150-250 Па (1500-2500 кгс / см 2) і, з іншого боку, при тисках нижче атмосферного.

Так само сильно розширився температурний діапазон. Широкий розвиток кріогенної техніки і процесів, в яких в якості робочих тіл беруть участь зріджені гази, зокрема, водень і кисень, зажадало створення витратомірів, що можуть працювати при низьких температурах аж до - 270 ° С. З іншого боку, необхідність вимірювання витрати розплавлених металів і газів при високих температурах підвищило верхню температурну межу застосування витратомірів до 800-1000 ° С.

7. Широка номенклатура вимірюваних речовин. Сравнітельнонедавно потрібно вимірювати витрати лише води, водяної пари і газу. Тепер же треба вимірювати витрати близько тисячі одних тільки різних рідин, що мають різні щільності й в'язкості, а часто ще відрізняються агресивними, абразивними, токсичними або вибухонебезпечними властивостями.

Далі досить актуальна задача вимірювання витрати дво- і трифазних середовищ. Причому це завдання має різні рішення в залежності від роду середовища.

Нарешті, в зв'язку з розвитком атомних електростанцій виникла необхідність у вимірі витрати розплавлених металів (натрію, калію та ін.), Що застосовуються в якості теплоносіїв.

Такі основні сучасні вимоги, що пред'являються до приладів для вимірювання витрати та кількості. Їх різноманіття і складність призвели до розробки великого числа різних методів і приладів для вимірювання витрати та кількості.

4. КЛАСИФІКАЦІЯ ПРИЛАДІВ ДЛЯ ВИМІРУ ВИТРАТИ І КІЛЬКОСТІ

До недавнього часу, а частково і зараз витратоміри по конструкції істотно відрізнялися від лічильників або вимірювачів кількості. Тому ті й інші класифікувалися і розглядалися окремо і незалежно один від одного [1, 2, 3, 014, 026, 034]. Тепер це положення змінюється. Так, якщо раніше турбінні й камерні перетворювачі витрати застосовувалися лише в лічильниках кількості, то тепер ці перетворювачі, особливо турбінні, стали широко застосовуватися також і в витратомірах. З іншого боку, відомо, що будь-які витратоміри, забезпечені інтегруючими пристроями, стають одночасно лічильниками або вимірювачами кількості. Все це дає підстави єдиної класифікації, що охоплює одночасно прилади для вимірювання витрати та кількості. Саме з цього ми виходили в процесі розробки термінологічного ГОСТ 15528-70.

Відповідно до останнього наводимо класифікацію основних витратомірів і лічильників рідини, газу та пара.

1. Змінного перепаду тиску: з пристроями звуження потоку; з гідравлічними опорами; відцентрові; з напірними пристроями; з напірними підсилювачами; струменеві.
2. Змінного рівня: з затопленим отвором закінчення; з отвором закінчення типу водозливу - щілинні; (З прямокутним отвором; з профільованим отвором).
3. обтікання: постійного перепаду тиску (ротаметри; поплавкові; поршневі); Поплавковий-пружинні; з поворотною лопатою.
4. Тахометрические: турбінні (з аксіальної турбинкой; з тангенціальною турбинкой); кулькові; камерні (поршневі; дискові; з кільцевих поршнем; з овальними колесами; роторні; лопатеві; ковшові).
5. Силові: із зовнішнім впливом (коріолісову; гіроскопічні; турбосіловие); з внутрішнім впливом (коріолісову; турбосіловие).
6. Силові перепадні.
7. Теплові: з електричним нагріванням (калориметричні; із зовнішнім нагрівом; термоанемометричні); з індукційним нагріванням; з нагріванням рідинним теплоносієм.
8. Вихрові.
9. Електромагнітні.
10. Ультразвукові: з переміщенням коливань діжущейсясредой; допплерівські.
11. Оптичні: засновані на ефекті Физо - Френеля; засновані на ефекті Доплера.
12. Ядерно-магнітні.
13. Іонізаційні.
14. Концентраційні.
15. меточного.
16. Парціальні.

Крім перерахованих, запропоновані ще й інші методи вимірювання витрати, наприклад кореляційні, поляризаційні, по відхиленню струменя і т. Д. Не отримали ще широкого застосування.

Назад. на сторінку опису