Современное метрологическое обеспечение. Средства измерения в системах ГХ

1. Хан В.В. Современное метрологическое обеспечение. Средства измерения в системах ГХ

Измерение давления, расхода, температуры,
уровня

2. Общие положения

Раздел 1
ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

3. Средства измерений

В структуре систем управления мы получаем
информацию о функционировании объекта управления и
внешних воздействиях с помощью средств измерения датчиков.
Средство измерения – техническое средство,
используемое для измерений, сохраняющее требуемые
метрологические характеристики в течение
определенного периода, хранящее и/или
воспроизводящее единицу измерения.

4. Основные характеристики средств измерений

Назначение СИ – измеряемые физические
величины.
Принцип измерений – физическое явление или
совокупность физических явлений, положенных в
основу измерений.
Диапазон измерений
Погрешность измерений – отклонение
результата измерения от истинного значения
измеряемой величины.

5. Основные метрологические характеристики СИ

Точность – степень достоверности
Чувствительность – отношение
изменения показания СИ к изменению
измеряемой величины
Быстродействие
Надежность
Межповерочный интервал

6. Основная классификация средств измерений по назначению

Измерительные приборы, применяемые в
городских инженерных системах, предназначены
для измерения давления и разряжения,
положения уровня жидкости, расхода жидкостей
и газов, температуры, состава газа и жидкости,
концентрации водородных ионов и
электропроводности жидкостей, цветности и
мутности и других параметров.

7. Измерительные преобразователи

Измерительные преобразователи — СИ,
предназначенные для выработки сигнала
измерительной информации в форме, удобной для
передачи, дальнейшего преобразования, обработки и
хранения, но не доступной для непосредственного
восприятия наблюдателем. Это термопары,
измерительные трансформаторы и усилители,
преобразователи давления. По месту, занимаемому в
измерительной цепи, они делятся на первичные,
промежуточные и т. п

8. Классификация по характеру показаний

По своему устройству
измерительные приборы могут
быть показывающие,
самопишущие, суммирующие и
сигнализирующие.

9. Показывающие и регистрирующие приборы

Показывающие приборы дают
возможность визуально судить о том
или другом значении параметра по
положению стрелки на шкале прибора.
Самопишущими приборами ведется
автоматическая непрерывная запись
(регистрация) изменения той или
другой величины.

10. Суммирующие приборы и сигнализаторы

Суммирующие приборы(счетчики)
автоматически суммируют значения
этой величины за какой-либо
промежуток времени.
Приборами с сигнализирующим
устройством при достижении
контролируемой величиной заданного
значения подаются дежурному
персоналу световые или звуковые
сигналы.

11. Комбинированные СИ

Имеются приборы, которые
выполняют одновременно несколько
перечисленных функций.

12. Дополнительная классификация

Измерительные приборы могут
быть с дистанционной передачей
показаний и без нее.
По формату выводимой и
передаваемой информации СИ
делятся на аналоговые и
цифровые

13. Устройство средств измерений

Большинство СИ с дистанционной
передачей информации содержит в себе:
Первичный преобразователь (датчик),
который является воспринимающей и
передающей частью СИ, располагается
непосредственно в месте измерения и
подвергается непосредственному
воздействию измеряемой величины

14. Вторичные преобразователи

Вторичные преобразователи, или
измеряющая часть выдает показания
измеряемой величины,
преобразовывая выходной сигнал от
первичного преобразователя в
требуемый формат вывода отсчетного
устройства и , при необходимости,
усиливая сигнал.

15. Измерение температуры

Раздел 2
ИЗМЕРЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ

16. Измерение температуры

Температура- степень нагретости
вещества, характеризующая внутреннюю
энергию вещества, а также качественную
и количественную сторону процессов
теплообмена, теплопереноса.
Измерить температуру непосредственно
невозможно. Можно определить ее
значение только по каким-то другим
физическим параметрам тела, которые
изменяются однозначно в зависимости от
температуры.

17. Методы измерения температуры

Переход тепла от одного тела к другому
указывает на зависимость температуры от
количества внутренней энергии, носителями
которой являются молекулы вещества. Поэтому
определение температуры производят
посредством наблюдения за изменением
физических свойств рабочего вещества. Такой
метод измерения дает не абсолютное значение
температуры измеряемой среды, а разность
относительно исходной температуры рабочего
вещества, условно принятой за нуль.

18. Методы измерения температуры

Для
измерения
температуры
используются
такие
физические
явления, как объемное расширение,
изменение давления в замкнутом
объеме, изменение электрического
сопротивления, возникновение э.д.с.,
интенсивность излучения.

19. Классификация СИ по способам измерения температуры

па приборов
ермометры
асширения
Разновидность Физическое явление, положенное в
СИ
основу действия приборов
Жидкостные
Дилатометрическ
ие
Расширение тел при нагревании
Изменение давления в замкнутой
системе при нагревании заполненной
метрические
жидкостью
или
газом
метры
тепловоспринимающей
части
термометра
Металлические
Изменение электрического
ермометры
сопротивления проводника при
Полупроводников
ротивления
изменении его температуры
ые
Возникновение электродвижущей силы
электрические Термоэлектричес
при нагревании спая двух различных
метры
кие термометры
термоэлектродов
Квазимонохромат
ические
Изменение спектра излучения
пирометры
Пределы
измерения
температуры,
от
до
-70
750
-160
1000
-260
1100
-270
600
-50
1800
700
6000
(10000

20. Термометры расширения

Для измерения температуры
используется свойство тел
изменять объем при нагреве.
Различают жидкостные
термометры и
дилатометрические.

21. Жидкостные термометры

Жидкостные термометры являются
местными, показывающими приборами.
Приращение в капилляре столбика
жидкости ∆h(мм) при нагреве резервуара
от t1 до t2 определяется по формуле:
V1 ( ж с )(t 2 t1)
h 1,275
2
d

22. Жидкостные термометры – достоинства и недостатки

Достоинства: точность,
простота и дешевизна
Недостатки: невозможность
дистанционной передачи
сигнала

23. Дилатометрические термометры

Стержневые и пластинчатые
(биметаллические) термометры.
Действие основано на относительном
удлинении твердых тел.
Зависимость длины твердого тела от
температуры t определяется
формулой:
l l0 (1 t )

24. Манометрические термометры

В этих термометрах использовано
свойство жидкости, газа или пара
изменять свое давление в замкнутом
сосуде при нагревании или при
охлаждении.
Они бывают газонаполненные,
паровые и жидкостные.

25. Манометрические термометры

Газовые термометры заполняют азотом,
паровые - низкокипящей жидкостью, над
которой находятся ее насыщенные пары;
жидкостные - ртутью, ксилолом или
метиловым спиртом. Наполнитель
термометра выбирают, исходя из
измерительного интервала температур и
требуемой чувствительности прибора.

26. Манометрические термометры

Состоят из термобаллона, капилляра,
и манометрической пружины
Может возникать гидростатическая
погрешность

27. Термоэлектрические термометры

Применение термоэлектрических
термометров для измерения температуры
основано на зависимости
термоэлектродвижущей силы термопары
от температуры. Термоэлектродвижущая
сила (термо-ЭДС) возникает в цепи,
составленной из двух разнородных
проводников при неравенстве температур
в местах соединения этих проводников

28. Термоэлектрические термометры

Схема контура двух металлов –
термоэлектрическая цепь.

29. Термоэлектрические термометры. Физика явления.

Вследствие различия уровней Ферми у различных
металлов при их соприкосновении возникает контактная
разность потенциалов. С другой стороны, концентрация
свободных электронов в металле зависит от
температуры. При наличии разности температур в
проводнике возникает диффузия электронов, приводящая
к образованию электрического поля. Таким образом,
термоэлектродвижущая сила слагается из суммы скачков
потенциала в контактах (спаях) термопары и суммы
изменений потенциала, вызванных диффузией
электронов, и зависит от рода проводников и их
температуры.

30. Термоэлектрические термометры. Принцип работы.

Если в цепи температуры мест соединения проводников
а и b будут одинаковы и равны, то и разности
потенциалов будут равны по значению, но иметь разные
знаки:
eab(t)=- eba(t)
суммарная термо-ЭДС и ток в цепи, будут равны нулю:
E ab ( t , t ) eab ( t ) eba ( t ) 0
Если t≠t0 то суммарная термо-ЭДС не равна нулю:
-
E ab ( t , t 0 ) eab ( t ) eba ( t ) 0

31. Термоэлектрические термометры. Принцип работы.

Присоединение вторичного прибора к
термоэлектрическому термометру.
о — к свободному концу; б — к термоэлектроду.

32. Термоэлектрический термометр погружного типа:

1 - рабочий спай;
2 - фарфоровый наконечник;
3 - защитная трубка;
4 - фарфоровые бусы;
5 - передвижной фланец для крепления
.термометра;
б - корпус головки;
7 - фарфоровая колодка;
крышка;- 10 – зажимы

33. Типы термоэлектрических термометров

Платинородий- платиновые термоэлектрические термометры.
(тип S) могут длительно работать в интервале температур от 0
до 1300 ° С .
Термо-эдс платинородий-платинородиевых
термоэлектрических термометров в диапазоне 0 - 100 ° С
практически равна нулю, и поэтому они могут применяться без
компенсационных проводов.
Хромель-алюмелевые термоэлектрические термометры.
Диаметр электродов от 0,7 до 3,2 мм.
Положительный электрод - хромель (сплав из 89 % никеля, 9,8
% хрома, 1% железа и 0,2 % марганца), отрицательный алюмель (сплав из 94 % никеля, 2 % алюминия, 2,5 % марганца,
1 % кремния с примесью железа, кобальта и хрома).
Хромель-алюмелевые термоэлектрические термометры
относятся к наиболее распространенным. Пределы измерения
температур этими термометрами от - 50 до + 1000° С, а при
кратковременных измерениях термоэлектрические термометры
выдерживают температуру до 1300° С.

34. Типы термоэлектрических термометров

Хромель-копелевые термоэлектрические
термометры. Диаметр электродов от 0,7 до 3,2
мм.
Хромель-копелевые термоэлектрические
термометры создают термо- ЭДС, значительно
превышающую термо-ЭДС других стандартных
термоэлектрических термометров. Невысокая
жаропрочность электрода из копеля (сплав 56%
меди и 44% никеля) ограничивает верхний
предел применения термоэлектрических
термометров. Диапазон применения хромелькопелевых термоэлектрических термометров от
- 50 до + 600° С.

35. Термометры сопротивления

Действие термометров сопротивления основано на
изменении электрического сопротивления
проводников в зависимости от температуры.
Термометры сопротивления чаще всего
изготовляют из тонкой платиновой проволоки
диаметром 0,015...0,07 мм. Вместо, платиновой
проволоки может быть применена медная
эмалированная проволока диаметром 0,1 мм.
Платиновые термометры позволяют измерять
температуру от - 200 до + 650 ° С, медные - от - 50 до
+ 100... 150 ° С.

36. Термометры сопротивления

Термометрами сопротивления можно
измерять температуру с передачей на
значительное расстояние от места
измерений.

37. Термометры сопротивления

В комплект аппаратуры, применяемой для
измерения термометром сопротивления,
входят термометр сопротивления как
чувствительный элемент, измерительный
прибор, источник тока и соединительные
провода, переключатель (в случае
присоединения нескольких' термометров к
одному измерительному прибору).
Недостатком является необходимость
источника тока

38. Термометры сопротивления

Металлы должны обладать
устойчивостью при нагревании,
стойкостью от коррозии, высоким и по
возможности постоянным
коэффициентом электрического
сопротивления, большим
электрическим сопротивлением.
Наиболее пригодными являются
платина и медь.

39. Зависимость сопротивления металлов от температуры

Зависимость сопротивления платины
от температуры выражается
формулой:
Rt R0 (1 At Bt 2 )
Зависимость сопротивления меди от
температуры выражается формулой:
Rt R0 (1 t )

40. Зависимость относительного сопротивления терморезисторов от температуры.

Терморезисторы типов КМТ
(смесь окислов кобальта и
марганца) и ММТ (смесь
окислов меди и марганца).
Первый из них обладает
более высокой
температурной
чувствительностью,
характеризуемой
температурным
коэффициентом
сопротивления. Изменение
отношения Rt/R0 от температуры для терморезисторов
этих типов представлено на
графике.
Для сравнения приведена
характеристика медного
термометра сопротивления
типа ТСМ.

41. Терморезисторы

а) - цилиндрические типов
КМТ-1 в ММТ-1;
б —цилиндрические
защищенные типов КМТ-4 и
ММТ-4;
в — шайбовый типа ММТ13;
1 — полупроводниковый
элемент;
2 — контактный колпачок;
з — вывод.

42. Устройство термометра сопротивления

Термометры сопротивления имеют
чувствительный элемент из тонкой
спиральной проволоки, помещенной в
защитный чехол; спец. арматуру:
электроизоляция, головка для
присоединения внешних проводов
В качестве вторичных преобразователей
применяются уравновешенные и
неуравновешенные измерительные мосты и
магнитоэлектрические логометры, или
аналого-цифровые преобразователи.

43. Полупроводниковые термометры сопротивления

Полупроводниковые термометры
сопротивление – терморезисторы
изготавливают из порошкообразных
смеси окислов металлов: Cu2O3, :
Mn2O3, CoO, : NiO, спрессованной и
спеченной в печи. Терморезисторы
имеют отрицательный температурный
коэффициент:
Rt Rн e
B(
T 0 T
)
T0T

44. Вид термометра сопротивления

Чувствительный элемент термометра
сопротивления выполняется в виде
спирали из проволоки 1, помещенной в
четырехканальный керамический каркас
2. Для защиты от механических
повреждений и вредного воздействия
измеряемой или окружающей среды
чувствительный элемент помещен в
защитную оболочку 3, которая
уплотнена керамической втулкой 4.
выводы 5 проходят через изоляционную
втулку 6. Все помещается в защитный
чехол 7. 8- штуцер; 9 - соединительная
головка. 10 – изоляционная колодка с
винтами 11 для крепления выводов и
подключения соединительных проводов.

45. Чувствительный элемент платинового термометра сопротивления

Чувствительный элемент
платиновых термометров
состоит из двух или четырех
платиновых спиралей 1,
расположенных в
капиллярных каналах
керамического каркаса 2
Каналы каркаса
заполняются
керамическим порошком 3,
который служит изолятором
и создает подпружинивание
спиралей. К концам
спиралей припаяны выводы
4 из платиновой или
иридиево-родиевой
проволоки. Чувствительный
элемент в керамическом
каркасе герметизируется
специальной глазурью 5.

46. Внешний вид термометра сопротивления и типоряд

6
L
M12 x 1,5
36max
75 max
S14
54max
КТПТР-05
Типоряд L, мм
70, 98, 133, 233
Масса, кг
0,08 - 0,26
L - нормированная длина погружной части ПТ

47. Способы установки преобразователей температуры на трубопроводах систем теплоснабжения и отопления

В зависимости от внутреннего диаметра трубопровода в месте
установки ПТ и способа установки (перпендикулярно или
наклонно) рекомендуется выбирать типоразмер ПТ (табл.1).
Допускается осуществлять выбор типоразмера ПТ в
соответствии с региональными требованиями или
нормативами.
45°

48. Таблица 1 – типоразмеры термометров сопротивления

Нормированная
Внутренний диаметр
длина
трубопровода, мм
«ВЗЛЕТ ТПС»,
наклонный
прямой штуцер
КТПТР- , мм
штуцер
70
60 – 170
40 – 105
98
85 – 260
60 – 160
133
120 – 380
85 – 240
223
210 – 670
150 – 450

49. Внешний вид термометров сопротивления разных типов

50. Магнитоэлектрический логометр

Магнитоэлектрический логометр –
показывающий и регистроирующий
прибор

51. Пирометры

Действие пирометров основано на
зависимости теплового излучения
нагретых тел от их температуры и
физико-химических свойств.
Пирометры применяются для
измерений температуры тел от -50 С0
до +6000 С0
Пирометры используются для
дистанционного измерения
температуры

52. Интенсивность излучения

Интенсивность частичного излучения
черного тела описывается уравнением:
E , t C1 5 (e
C2
T
1) 1
Где С1 и С2 – постоянные ; λ –
эффективная длина волны; Т –
температура тела, К; е – основание
логарифма.

53. Интенсивность суммарного излучения

Зависимость
интенсивности
излучения черного
тела от длины
волны и
термодинамическ
ой температуры.

54. Пример термограммы

55. Измерение давления

Раздел 2
ИЗМЕРЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ

56. Измерение давления

Давление характеризует нормально
распределенную силу, действующую
со стороны одного тела на единицу
площади другого тела. Если
действующая среда газ или жидкость,
то давление отражает внутреннюю
энергию и является одним из основных
параметров состояния.
Различают абсолютное, избыточное и
вакууметрическое давление.

57. Давление

Измерение давления охватывает все три
агрегатные формы, т.е. газ, жидкость и
твердое тело.
Для измерения давления и разрежения
используют одинаковые единицы.
Для технических измерений была принята
«физическая атмосфера», равная давлению,
которое производит сила в 9,8Н (1кгс) на
площадь в 1 см2. Техническая атмосфера
меньше физической в 1,033 раза.

58. Классификация СИ по способам измерения давления

Разновидность в зависимости от
принципа действия приборов
Жидкостные
деформационные
грузопоршневые
электрические

59. Классификация СИ по способам измерения давления

По уровню
давления
Манометры
Разновидность в зависимости от Пределы измерения
принципа действия приборов
давления
0–
барометры
n
(0,6;1;1,6;2,5;4)10 МПа
Манометры избыточного
n=-1; 0, 1, 2, 3
давления
вакуумметры
Манометры абсолютного
давления
-0,06 - -0,1 МПа
0–
n
(0,6;1;1,6;2,5;4)10 МПа
n=-1; -2
Напорометры,
тягометры
0
–
n
(1,6;2,5;4;10;16;25)10
МПа
n=-1; -2
Дифференциальн
ые манометры
0 – (1,6;2,5;4;10;16;25),
МПа

60. Жидкостные манометры

Для измерения давления служит
видимая высота (уровень) столба
уравновешивающей жидкости в
стеклянной измерительной трубке.
Различают однотрубные (чашечные) и
двухтрубные (U-образные) манометры.

61. Жидкостные манометры

h h1 (1
f
)
F
p h1 g

62. Жидкостные манометры

Высота столба жидкости в трубке :
h h1 (1
f
)
F
Давление определяется по формуле:
p h1 g

63. Жидкостные манометры

Достоинство – простота выполнения и
дешевизна.
Недостаток: выходной сигнал
визуальный. Затруднена
дистанционная передача информации.

64. Жидкостные термометры – достоинства и недостатки

Достоинства: точность, простота и
дешевизна
Недостатки: невозможность
дистанционной передачи сигнала

65. Деформационные манометры

Принцип действия деформационных
манометров основан на использовании
деформации упругого элемента под
влиянием измеряемого давления.
Значение деформации передается
отсчетному устройству,
градуированному в единицах
давления.

66. Трубчато- пружинные манометры

Чувствительный элемент (датчик) -согнутая по дуге трубка.
Подвижный конец трубки запаян. Другим (неподвижным)'
концом трубка соединяется с пространством, в котором
измеряется давление. Под влиянием избыточного давления
трубка разгибается, и свободный конец ее в зависимости от
давления с помощью передаточного механизма передвигает
стрелку прибора

67. Трубчато- пружинные манометры

При возрастании давления малая ось b
эллипса трубки увеличивается. Угол
закручивания трубки γ изменится на:
b
b b
Рис 3-5 из 1
Рис 11-8 из 2

68. Трубчато- пружинные манометры

Достоинства – широкий диапазон
измерений; возможность автоматической
записи и дистанционной передачи
информации; простота, надежность.
Недостаток – упругое последействие –
разность между перемещениями при
прямом и обратном ходе (гистерезис),
приводящее к непостоянству показаний

69. Установка и обслуживание манометров

Конечное значение шкалы прибора должно быть не
менее чем в 1,5 раза выше максимального давления
в системе.
Температура воздуха, окружающего прибор, не
должна быть выше 40 0С.
При установке манометра для измерения давления
горячей воды, или пара используются кольцевые
или U- образные сильфонные трубки.
Для установки манометров при рабочем давлении
среды до 2,5 МПа используется трехходовой кран,
при давлении выше 2,5 МПа – трехходовой вентиль.

70. Манометры с дистанционной передачей информации в виде аналогового электрического сигнала

Мембранные
С магнитомодуляционными преобразователями
С ёмкостными преобразователями
С тензометрическими преобразователями

71. Манометры с тензометрическими преобразователями

Деформация чувствительного элемента
(мембраны, пружины) преобразуется в
изменение электрического сопротивления
закрепленного на нем тензорезистора,
измерительный прибор, источник тока и
соединительные провода,

72. Манометры с пьезоэлектрическми преобразователями

Под действием давления на гранях кристалла
создается электрический заряд Q, равный:
Q kF kSP
И разность потенциалов
U Q/C
Здесь F – сила воздействия на пластину; Р –
давление; S – площадь пластины; C –
пьезоэлектрическая постоянная, Кл/Н.

73. Измерение уровня

Раздел 2
ИЗМЕРЕНИЕ УРОВНЯ

74. Измерение уровня

Уровнемеры с визуальным отсчетом
(указательными стелами)
Гидростатические
(дифманометрические и барботажные)
Буйковые и поплавковые
Акустические -Ультразвуковые
Емкостные и индукционные
Кондукционные
Оптические, Радиоизотопные,

75. Гидростатические уровнемеры

Измерение уровня сводится к
измерению давления:
P H g
Гидростатический уровнемер, в
котором давление измеряется
дифманометром, называется
дифманометрическим.

76. Уровнемер с двухкамерным уравнительным сосудом

Перепад давлений, отражающий
контролируемый уровень:
P P1 P2 ( H h`1 ) 1g h2 2 g
Рис 14-2 из 2
Рис 4-6 из 3

77. Поплавковые и буйковые уровнемеры

Принцип действия основан на измерении
положении поплавка или буйка.
Осадка (погружение) поплавка:
Vж (G Pc ) / g
G- вес поплавка; Pc – сила сопротивления
подвижных элементов уровнемера; Vж –
объем погруженной части поплавка.

78. Поплавковые и буйковые уровнемеры

Достоинства: дешевизна и простота
исполнения, высокая точность,
высокий диапазон измерений.
Недостатки: наличие поплавка в
резервуаре; трудности измерения в
сосудах под давлением; сложности
организации дистанционной передачи
информации.

79. Поплавковые и буйковые уровнемеры с электрическими преобразователями

Используются емкостные,
индукционные преобразователи

80. Радиоволновые уровнемеры

Значение уровня определяется
посредством измерения времени τ
прохождения сигнала от генератора
до поверхности и до приемника:
2( Н h) / c
Здесь: μ – магнитная, έдиэлектрическая проницаемость
среды; с- скорость света в вакууме

81. Акустические уровнемеры

Акустические уровнемеры делятся на
локационные, поглощения и
резонансные.
В локационных уровнемерах значение
уровня определяется посредством
измерения времени τ прохождения
сигнала от генератора до поверхности
и до приемника

82. Локационный уровнемер

2( Н h) / c
Здесь с – скорость звука в среде.

83. Термокондукционные уровнемеры

Чувтвительным элементом является
резистор с большим температурным
коэффициентом термосопротивления,
которое зависит от уровня жидкости

84. Измерения расхода

Раздел 5
ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА

85. 5.1. Измерение расхода. Общие положения и классификация

В технологических процессах
водопроводно-канализационных
сооружений наиболее
ответственными являются
измерения количества и расхода
жидкостей и газов.
Приборы, измеряющие количество
и расход жидкостей и газов,
называют расходомерами

86. Классы расходомеров

Расходомеры подразделяется на
группы приборов, отличающихся как
по принципу действия и по
конструктивному исполнению.
Например, расходомеры,
измеряющие расход по методу
перепада давления,
подразделяются на расходомеры с
переменным перепадом давления и
с постоянным перепадом давления.

87. Типы расходомеров

Расходомеры различаются в
зависимости от типа и характера
выходной информации. Они могут
показывать:
1) величину мгновенного расхода в
каждый данный момент (м3/с, м3/ч и т.п.);
2) количество жидкости или газа как
сумму мгновенных расходов за любой
промежуток времени (м3, л и т.п.).
Имеются приборы, одновременно
показывающие и записывающие
(регистрирующие) обе указанные
величины

88. Классификация по принципу действия и методам измерения

объемный метод;
скоростной метод;
индукционный;
постоянного перепада;
переменного перепада.
ультразвуковой
кориолисовый

89. 5.2. Основные характеристики расходомеров

Измеряемые среды.
Диапазон измерения расхода.
Динамический диапазон.
Точность
Габариты и масса.
Межповерочный интервал
Требования к длине прямых
участков
Затраты на монтаж - демонтаж

90. Объемный метод.

Конструктивная особенность приборов,
работающих на этом методе, позволяет
производить измерение объемов
нефтепродуктов, лаков, эмалей, краски,
мазута и т.д. Измерительным органом
этих приборов является калиброванная
камера, снабженная одним или
несколькими подвижными элементами,
перемещающими мерные объемы
жидкости или газа. Наиболее
распространенные из этих приборов:
поршневые, шестеренчатые,
ротационные.

91. 5.3. Методы измерения расхода

Принципы измерения и устройство
расходомеров

92. 5.3.1.Механические счетчики

Достоинства – относительная простота
реализации, относительно низкая
стоимость при удовлетворительной
точности пр малых расходах.
Недостатки – наличие гидравлических
сопротивлений в потоке – рербуются
фильтры. Невысокая надежность.
Малый межповерочный интервал.
Габариты, масса и затраты быстро
растут с увеличением расхода и Ду.
Выгоден при измерениях относительно
небольших расходов.

93. 5.3.2. Метод переменного перепада давления

Измерение расхода методом переменного
перепада давления в сужающих устройствах
(диафрагмах, соплах, расходомерных трубах)
для многих случаев является единственно
приемлемым. Ввиду высокой точности и
удобства этот способ получил большое
распространение.

94. Принцип действия

На пути движения потока жидкости
или газа в трубопроводе ставится
диафрагма, сопло или другое
сужающее устройство.
В месте сужения потока часть
потенциальной энергии переходит в
кинетическую и статическое
давление жидкости падает, а затем
почти полностью восстанавливается
в последующих сечениях при
расширении потока

95. Определение расхода

Основное уравнение для расхода
жидкости, протекающей через
сужающее устройство, имеет вид:
Go 0,01252 d 2
Gm 0,01252 d
2
p1 p 2
( p1 p2)

96. Обозначения

D- диаметр , мм; G – расход, м3/ч ;
p – давление, кгс/м2; ρ – кг/м3;
F (Re) - Коэффициент расхода.
Для m = 0.64 ά = 0,76
m = 0, 5 --- ά = 0,69
m = 0,3 ά = 0,63
m = 0,05 ά = 0,6
-коэффициент расширения среды
S0 – Площадь сечений сужающего устройства
р - плотность измеряемой жидкости; а коэффициент расхода;
pi, р2 - статические давления до и после сужающего
устройства (рис. 3.3.1).

97. Нормативы

Для сужающих устройств
соотношения размеров, исходные
коэффициенты расхода,
поправочные множители к ним и
правила установки нормируются
«Методическими указаниями по
измерению расхода стандартными
сужающими устройствами РД-50213-80».

98. Достоинство и недостатки метода

Достоинства – универсальность
(пригоден для газообразных и жидких
сред), относительная простота
реализации, точность.
Недостатки – наличие гидравлических
сопротивлений в потоке, громоздкость
диафрагмы, высокие затраты на монтаж
и демонтаж, малый межповерочный
интервал для диафрагмы, высокие
требования к длине прямых участков,
небольшой диапазон измерений для
одной диафрагмы и набора датчиков
давления.

99. Метод переменного перепада давления. Расходомер Mass ProBar

100. Расходомер Mass ProBar. Устройство и принцип действия

Сенсором потока изделия Mass ProBar
является усредняющая трубка Пито
Annubar. Annubar является основным
элементом дающим перепад давления
(ПД). Он конструируется для измерения
полного профиля потока в отличие от
традиционных устройств измерения
перепада давления. Перепад
пропорционален квадрату скорости
потока в соответствии с теоремой
Бернули и уравнением непрерывности

101. Датчик расхода Annubar

102. Сенсор алмазной формы

После
обтекания среды
вокруг основного
элемента, вследствие
алмазной формы
создается стабильная
зона низкого давления
ниже по потоку (нижняя
трубка статического
давления).

103. Annubar – работа датчика. Схема.

104.

105.

В расходомерах этого типа имеется
подвижный элемент, который
перемещается потоком среды и
открывает проходное сечение на
большую или меньшую величину.
Перепад давления до и после
подвижного элемента остается при этом
постоянным. Перемещение подвижного
элемента, пропорциональное расходу,
тем или иным способом передается на
шкалу, градуированную в единицах
расхода.

106. Дополнительные возможности

Т-образная форма Annubar 485
имеет камеру для встройки
термопреобразователя
сопротивления Pt
100 (ТСП). Это позволяет получать
показания температуры
измеряемой среды с
использованием датчика Annubar .

107. Достоинство и недостатки метода

Достоинства – сохраняются универсальность
(пригоден для газообразных и жидких сред),
относительная простота реализации, более
высокая точность. Возможность монтажа и
демонтажа без отключения и слива
теплоносителя.
Устранены недостатки диафрагмы - высокие
затраты на монтаж и демонтаж, малый
межповерочный интервал для диафрагмы,
высокие требования к длине прямых участков,
увеличивается диапазон измерений.
Недостатки – наличие гидравлических
сопротивлений в потоке; высокая стоимость
оборудования.

108. 5.4. Метод постоянного перепада давления

Измерение расхода методом
постоянного перепада давления
основано на том, что в качестве
переменной величины,
пропорциональной измерению расхода,
принимается не перепад давлений, а
переменная площадь отверстия
сужающего органа. Расходомеры с постоянным перепадом давления,
основанные на этом принципе, дают
прямолинейную зависимость между
расходом и переменной величиной площадью отверстия прибора.

109. Ротаметры

в качестве расходомеров
постоянного перепада обычно
используют ротаметры.
Ротаметр представляет собой
вертикальную конусную стеклянную
или металлическую трубку, внутри
которой находится ротор
(поплавок), свободно
перемещающийся по всей длине
трубки.

110. Электромагнитные (индукционные) расходомеры

Электромагнитные (индукционные) расходомеры.
Действие этих расходомеров основано на изменении
пропорционально расходу электродвижущей силы,
индуцированной в потоке электропроводной жидкости под
действием магнитного поля.
(Рисунок 2) Трубопровод 1, по которому протекает
проводящая ток жидкость, расположен между полюсами
магнита 2 перпендикулярно направлению силовых линий
магнитного поля. Под действием магнитного поля ионы,
находящиеся в жидкости, определенным образом
перемещаются и отдают свои заряды измерительным
электродам 4, создавая на них ЭДС, пропорциональную
скорости течения жидкости. ЭДС, усиленная усилителем
5, воздействует на измерительный прибор 6.

111. 5.5. Электромагнитный метод измерения расхода

112. Устройство

51
2
7
8
60
9
3
4
26
5
1
358
385
8
311

113. Установка электромагнитных преобразователей расхода в трубопровод

2
4
3
3
2
5
D у1
D у1
1
А
6
7
В
С
Е
1 – конфузор; 2 – прямолинейный участок трубопровода;
3 – фланец крепления ППРЭ; 4 – ППРЭ или габаритный
имитатор ППРЭ; 5 – диффузор; 6 – стяжная шпилька; 7 –
втулка.

114. Схема соединения и подключения расходомера «ВЗЛЕТ ЭР».

"ВЗЛЕТ ЭР"
ПЕРВИЧНЫЙ
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ
РАСХОДА
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ
Х1
Цепь
С1
1
С2
2
SHIELD 3
Х2
Цепь
Е2
Е1
SHIELD
3
2
1
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ БЛОК
1
2
3
4
5
ХТ1
Цепь
НАКАЧКА 1
НАКАЧКА 2
AGND
СИГНАЛ 1
СИГНАЛ 2
ХТ2
Цепь
SEROUT
SERIN
GND
OUT 1 (+)
OUT 2 (-)
GND
I - OUT 1 (-)
V+ (+)
1
2
3
4
5
6
7
8
Импульсный
выход
XS1
КНОПКА
GND
19
20
Кнопка
обнуления
объема
RS232
Неразвязанный
токовый выход

115. Достоинство и недостатки метода

Достоинства –относительная простота
реализации, точность, большой диапазон
измерений, относительно высокий
межповерочный интервал. Отсутствие
гидравлических сопротивлений в потоке.
Можно измерять сточные воды.
Относительно невысокие требования к
длине прямых участков
Недостатки – габариты, стоимость и
затраты на монтаж и демонтаж растут с
увеличением Ду.

116. 5.6. Ультразвуковые расходомеры

Принцип работы такого
расходомера основан на изменении
скорости распространения
ультразвука по направлению потока
жидкости в трубе и против него.
Основными преимуществами
ультразвуковых расходомеров
являются простота конструкции и
возможность монтажа их на
действующих трубопроводах.

117. Ультразвуковой метод измерения

ПЭА
Ультразвуковой
луч
ПЭА
Ультразвуковой
луч

118. Определение расхода

Время прохождения сигнала
vL
L
L
1
(1
cos
c v L cos c
c
2
L
L
v
(1 L cos )
c vL cos c
c
2 1 2 L
cos
c
2
vL

119. Определение расхода

При известной скорости потока
расход равен, м3/с:
G v*
d
4
2

120. Достоинство и недостатки метода

Достоинства –относительная простота
реализации, точность, относительно неплохой
диапазон измерений, относительно высокий
межповерочный интервал. Отсутствие
гидравлических сопротивлений в потоке; Можно
измерять сточные воды.
Стоимость и затраты на монтаж и демонтаж не
так сильно растут с увеличением Ду. Выгодно
использовать на трубоповодоах больших
диаметров.
Недостатки – Относительно высокие
требования к длине прямых участков. Теряется
точность при малых расходах и диаметрах.

121. 5.7. Вихреакустический метод

Принцип действия
преобразователя
основан на
ультразвуковом
детектировании
вихрей,
образующихся в
потоке жидкости
при обтекании ею
призмы,
расположенной
поперек потока.

122. Принцип съема сигнала - подсчет частоты пульсаций давления за телом обтекания.

123. Устройство вихреакустического расходомера

Преобразователь состоит из проточной части и
электронного блока. В корпусе проточной части
расположены тело обтекания - призма
трапецеидальной формы (1), пьезоизлучатели
ПИ (2), пьезоприемники ПП (3) и термодатчик
(7).
Электронный блок включает в себя генератор
(4), фазовый детектор (5), микропроцессорный
адаптивный фильтр с блоком формирования
выходных сигналов (6), собранные на двух
печатных платах: приемника и цифровой
обработки.

124. Вихреакустический преобразователь расхода

125. Вихреакустический преобразователь расхода Метран -331

126. Достоинство и недостатки метода

Достоинства –относительная простота
реализации, точность, относительно
неплохой диапазон измерений,
относительно высокий межповерочный
интервал.
Недостатки – Наличие гидравлических
сопротивлений в потоке. Необходимо
устанавливать фильтры. Стоимость и
затраты на монтаж и демонтаж растут с
увеличением Ду. Выгодны на малых и
средних диаметрах.

127. 5.8. Основные характеристики и принципы подбора расходомеров

Измеряемые среды.
Диапазон измерения расхода.
Динамический диапазон.
Точность
Габариты и масса.
Межповерочный интервал
Требования к длине прямых участков
Затраты на оборудование, монтаж демонтаж

128. 5.8.1. Выбор типоразмера расходомеров

Для выбора типоразмера преоборазователя
расхода (ПР) необходимо знать диапазон
расходов теплоносителя в подающем и
обратном трубопроводах. Диапазон расходов в
трубопроводе, где будет устанавливаться ПР,
должен соответствовать диапазону расходов
данного типоразмера ПР. Если диапазон
расходов для данной системы
теплопотребления укладывается в диапазон
расходов нескольких типоразмеров ПР, то для
обеспечения более устойчивой работы следует
выбирать ПР с меньшим значением Dу. Но при
этом возрастают гидравлические потери.

129. Подбор расходомеров

Если значение Dу выбранного
типоразмера ПР меньше значения
Dу трубопровода, куда
предполагается устанавливать ПР,
то для монтажа в трубопровод
используются переходные конусы
(конфузор и диффузор).

130. Типовая монтажная схема

1 - конфузор; 2 - полнопроходная
шаровая задвижка; 3 - ПР; 4 –
диффузор
2
3
D2
D1
1
2
4
v
D3
2
1
/2
l
3
/2

131. Гидравлический расчет

При использовании
преобразователей расхода следует
учитывать потери напора в
измерительных участках (в самих
преобразователях; в конфузорах,
диффузорах и на прямых участках).

132. 5.9.Кориолисовый расходомер

Кориолисовый расходомер состоит
из датчика расхода (сенсора) и
преобразователя (рис. 5.9.1).
Сенсор напрямую измеряет расход,
плотность и температуру.
Преобразователь конвертирует
полученную с сенсора информацию
в стандартны выходные сигналы

133. Принцип действия кориолисового расходомера

Измеряемая среда, поступающая в
сенсор, разделяется на равные
половины, протекающие через
каждую и сенсорных трубок.
Движение задающей катушки
(рис.5.9.2) приводит к тому, что
трубки колеблются вверх-вниз
противоположном направлении друг
к другу

134. Сенсор кориолисового расходомера

Ось изгиба
Выход
Ось поддержки
Вход
Выходная сторона
Входная сторона

135. Принцип действия кориолисового расходомера

Разность в приложении сил является причиной того, что сенсорная трубка
изгибается. Подобный изгиб называется эффектом Кориолиса
Реакция жидкости
на выходе
Реакция жидкости
на входе
Согласно II-му закону Ньютона, величина изгиба сенсорной трубки прямо
пропорциональна массовому расходу жидкости, протекающей через трубку

136. Устройство

Сборки магнитов и катушек-соленоидов,
называемые детекторами, установлены на
сенсорных трубках (рис.3 Катушки
смонтированы на одной трубке, магниты на
другой. Каждая катушка движется сквозь
однородное магнитное пот постоянного магнита.
Сгенерированное напряжение от каждой
катушки детектора имеет форму
синусоидальной волны. Эти сигналы
представляют собой движение одной трубки
относительно другой

137. Устройство

При движении измеряемой среды через сенсор
проявляется физическое явление, известное как
эффект Кориолиса. Поступательное движение
среды во вращательном движении сенсорной
трубки приводит к возникновению
кориолисового ускорения, которое, в свою
очередь, приводит к появлению кориолисовой
силы.
Сила Кориолиса и, следовательно, величина
изгиба сенсорной трубки прямо
пропорциональны массовому расходу жидкости.

138. Устройство

Как результат изгиба сенсорных трубок
генерируемые детекторами сигналы не
совпадают по фазе так как сигнал от
входной стороны запаздывает по
отношению к сигналу с выходной
стороны.
Разница во времени между сигналами
(ДТ измеряется в микросекундах и прямо
пропорциональна массовому расходу.
Чем больше ΔT, тем больше массовый
расход.

139. Устройство

140. Достоинство и недостатки метода

Достоинства – универсальность, высокая
точность и диапазон измерений, относительно
высокий межповерочный интервал.
Недостатки – Очень высокая стоимость.
Затраты на оборудование, монтаж и демонтаж
быстро растут с увеличением Ду. Выгодны при
измерениях расходы сред с высокой
стоимостью, при которых важное значение
имеют точность и надежность и устойчивость
метрологических характеристик (Нефть, газ,
спирт... ). В сфере ЖКХ не применяется из-за
высоких цен.

141. Справочник

Счетчики. Приборы учета
электроэнергии, воды и газа:
справочник. - М.: Электро Трейдинг,
2005. - 374 с.