Датчик расхода

Автор статьи:

Содержание:

Датчик расхода — это прибор, предназначенный для измерения потока вещества, проходящего через сечение канала в единицу времени. Расходомер показывает объем либо массу газа, пара или жидкости, двигающихся в трубопроводе. К устройству может быть подключен счетчик, который показывает общее количество вещества за определенный период измерений.

Принцип работы датчика расхода воды

Принцип работы датчика расхода воды зависит от типа расходомера и основан на обнаружении потока, проходящего через прибор. Далее датчик преобразует полученную информацию в параметр, который можно измерить и интерпретировать для работы оператором, а затем передать в автоматизированную систему для анализа.

В качестве физических величин выступают скорость, масса или объем потока. Расход в единицу времени показывается на индикаторе прибора и в программе мониторинга. Инженеры на основании постоянного поступления данных строят графики для контроля процесса.

Датчики расхода всех типов подлежат периодическому техническому обслуживанию и калибровке для точности и надежности измерений. Процедура включает проверку, регулировку, замену комплектующих, чистку деталей.

Виды датчиков расхода

Различные виды датчиков расхода используются в определенных средах и для конкретных условий использования.

Электромагнитные расходомеры

Самым известным типом датчиков расхода является электромагнитный расходомер. Он обеспечивает отличную точность измерений, применяется в промышленных производствах и научных исследованиях.

Принцип работы электромагнитного датчика основан на законе электромагнитной индукции Фарадея. Проводящая ток жидкость при протекании сквозь магнитное поле вырабатывает электродвижущую силу, пропорциональную скорости движения потока. Значение ЭДС используется для получения данных расхода.

Конструкция электромагнитного расходомера состоит из немагнитной трубы с расположенными внутри электродами, которые закреплены перпендикулярно друг другу. Вокруг трубопровода установлены катушки, создающие магнитное поле в рабочей среде. Сгенерированная электродвижущая сила преобразуется в показатель расхода жидкости.

Преимущества электромагнитных расходомеров:

  • длительный срок службы с минимумом обслуживания;
  • широкий динамический охват измерений;
  • отсутствие подвижных деталей и статичных препятствий на пути потока;
  • доступная стоимость.

К минусам относятся:

  • влияние магнитных осадков;
  • ограничение работы только в проводящих ток среде.

Электромагнитные датчики расхода успешно справляются с загрязненными и агрессивными жидкостями, растворами и суспензиями, однако неприменимы для измерения спиртов, углеводородов и очищенной воды.

Ультразвуковые датчики расхода

Ультразвуковые датчики расхода измеряют время прохождения звуковых волн через газ или жидкость. Современные приборы могут быть врезаны в трубопровод или установлены бесконтактным способом на поверхность канала, что позволяет не нарушать технологический процесс и целостность конструкции.

Принцип работы ультразвуковых расходомеров основан на расчете времени прохождения ультразвукового сигнала от передатчика до приемника при направлении его вдоль потока и против течения жидкости. Разность этих показателей пропорциональна скорости и объему проходимой воды, что позволяет вычислить расход жидкости.

Время-импульсный тип расходомера измеряет время прохождения ультразвукового сигнала через анализируемую среду вперед и обратно. Такие датчики расхода определяют показатели с высокой точностью, не имеют потерь давления, отлично работают с чистыми жидкостями и природным газом.

Допплеровский вид прибора применяет эффект Допплера — изменение частоты волн при отражении от движущихся частиц внутри жидкости или газовых пузырьков. Трансформация частоты пропорциональна скорости мелких объектов и самого потока. Расходомеры подобного типа способны измерять неоднородные и загрязненные среды, но имеют больше погрешностей в показателях.

Корреляционный расходомер работает по принципу корреляции, применяется для измерения неоднородных и разносоставных веществ.

Характеристики ультразвуковых датчиков расхода:

  • монтаж на трубах большого сечения;
  • нет преград для потока внутри канала;
  • невысокая цена;
  • приемлемый интервал измерений.

Среди недостатков отметим высокую чувствительность к вибрациям, искажение измерений из-за поглощающих ультразвуковые волны осадков, вероятность перекоса потока при использовании однолучевых датчиков.

Расходомеры перепада давления

Традиционные дифференциальные расходомеры применяют для фиксирования расхода через разницу в давлении между двумя точками до сужения трубопровода и после него. Принцип расчета основан на законе Бернулли: с увеличением скорости движения жидкости или газа снижается давление.

Датчики устанавливаются в зонах перепада давления, созданных при помощи заслонки, сопла или шайбы. Рабочая среда при движении через зауженный участок изменяет скорость потока. Разница между цифрами давления при входе и выходе с измеряемого отрезка пропорциональна скорости движения. Полученное значение используется для расчета расхода жидкости или газа, высвечивается на дисплее прибора и передается в систему управления.

Популярность расходомеров перепада давления основана на простоте установки и легкости обслуживания приборов. Степень точности измерений зависит от тщательной калибровки, а также подвержена влиянию параметров среды: вязкости, температуры и плотности. Дифференциальные датчики расхода прекрасно подходят для работы с агрессивными х и активными к коррозии веществами.

В качестве отрицательных качеств выступают малый спектр измеряемых значений и наличие созданных преград в сечении.

Вихревые датчики расхода

Инновационные вихревые датчики расхода используют в работе принцип создания вихрей в потоке измеряемой жидкости. Частота появления чередующихся вихрей Кармана при обтекании преграды пропорциональна скорости движения и расходу объема вещества.

Внутри трубы устанавливают вихревой датчик с телом обтекания в виде пластины или прутка. Сенсорный приемник регистрирует колебания давления, возникающие из-за вихрей. Частота появления пульсации пропорциональна скорости потока, что позволяет вычислить расход воды или газа. Современные расходомеры используют оптические, емкостные или пьезоэлектрические сенсоры.

К достоинствам вихревых датчиков относятся:

  • надежность работы;
  • высокая точность измерений.

Вместе с тем вихревые измерители не лишены недостатков:

  • восприимчивость к вибрационным нагрузкам;
  • короткий диапазон значений;
  • препятствия в сечении;
  • уязвимость к перепадам температур;
  • наличие минимального предела скорости измеряемой среды.

Вихревые датчики широко используются в энергетике как прибор с отличной стабильностью измерений, эффективный для работы с паром, газами и жидкостями.

Тахометрические расходомеры

Тахометрические датчики расхода измеряют расход рабочего вещества с использованием вращения крыльчатки или турбины. Скорость витков или количество оборотов служат для расчета объема газа или жидкости. Вращающийся элемент в виде турбины устанавливается параллельно потоку, а ось крыльчатки располагается перпендикулярно движению среды.

Основой для работы тахометрического расходомера является закон сохранения массы. Лопасти ротора, помещенного внутри потока, приводятся в движение под напором жидкости или газа. Частота вращения турбины пропорциональна расходу, полученные данные через датчики передаются для расчета показателей.

Тахометрические приборы способны работать без источника питания, имеют низкую стоимость, но при этом служат малый промежуток времени. Интервал измерений невысок, а качество не всегда находится на должном уровне. Чаще всего используются для короткого периода эксплуатации.

Кориолисовые расходомеры

Для измерения массового расхода применяют расходомеры, основанные на эффекте Кориолиса. Высокоточный принцип работы опирается на изменение колебаний трубки, по которой движется рабочее вещество. Инерционные силы вращающейся жидкости или газа внутри системы приводят к деформации трубки. Датчики на концах трубок считывают фазы колебаний и преобразуют полученные данные в показатели расхода и плотности.

Кориолисовые расходомеры способны верно рассчитать значения расхода для многокомпонентных составов, могут использоваться на любых участках трубопровода. Не имеют ограничений по плотности или электропроводности измеряемой среды. Важным преимуществом является возможность прямого измерения массового расхода жидкости или газа.

Долгий срок службы и минимальные затраты на обслуживание требуют высокой точности изготовления и установки прибора, что обуславливает его высокую стоимость. Еще одним недостатком являются большие габариты кориолисового датчика, однако исключительная правильность измерений поспособствовала применению устройства в фармацевтической и пищевой промышленности, а также нефтехимической отрасли.

Сферы применения датчиков расхода

Исключительная точность и надежность устройств измерения расхода газов и жидкостей сделали расходомеры востребованными приборами в разных отраслях.

  • В нефтегазовой отрасли датчики расхода следят за добычей и перевозкой нефтепродуктов, фиксируют расход в скважинах и газопроводах.
  • В химическом производстве определяют дозировку составных частей препаратов и реагентов, контролируют химические реакции и процессы.
  • В пищевой промышленности участвуют в расходе компонентов для изготовления продуктов и напитков.
  • В жилищно-коммунальном хозяйстве осуществляют мониторинг чистой воды и сточных отходов.
  • В энергетике контролируют расход пара и топлива в энергетических и тепловых системах.
  • В автомобилестроении оптимизируют эффективность работы двигателей с точки зрения расхода топлива.
  • В научной деятельности применяются для точности исследований и экспериментов в лабораториях.

Требования к монтажу и установке

Высокая точность работы расходомеров требует тщательного монтажа и выполнения условий эксплуатации.

Общие рекомендации по установке датчиков расхода:

  • Установка в доступном для обслуживания месте.
  • Обеспечение прямых участков для монтажа прибора.
  • Исключить использование в самых высоких и самых низких точках трубопровода.
  • Создать защиту от вибраций и иных воздействий.
  • Подключить заземление.
  • Следовать инструкции производителя по установке расходомеров конкретных типов.

Надежная работа расходомеров основывается на выполнении рекомендаций изготовителя, регулярном техническом обслуживании и периодической поверке показаний.