Как работает датчик потока воды: разбираем принцип работы разных типов

Содержание:

Выбор приборов контроля
Принцип работы датчика потока
Устройства поплавкового типа
Для чего нужен датчик потока?
Правила эксплуатации

Датчик потока – это прибор контроля, который определяет количество вещества, проходящего по трубопроводу, в единицу времени. Замер происходит механическим, ультразвуковым, электромагнитным или другим способом для проверки массы либо объема жидкости.

Приборы применяются в промышленности вместе с подключенной системой управления, чтобы включать и выключать насос в зависимости от наличия рабочей среды в магистрали.

Выбор приборов контроля

Выбирать датчик необходимо с учетом таких характеристик:

состав воды (питьевая, техническая, морская вода, стоки), чтобы учесть наличие механических примесей и агрессивных компонентов, способных повлиять на точность измерений;
пропускная способность (диапазон измерений) прибора;
точность замеров (погрешность);
рабочие параметры температуры и давления;
конструктивные особенности, габариты, способ монтажа.

Приборы бывают портативные и стационарные. Первый вариант – мобильные датчики, которые используют для оперативного контроля, калибровки счетчиков без остановки технологического процесса или бытового водоснабжения. Обычно это ультразвуковые приборы, которые временно крепятся на внешней стороне трубопровода. Ими удобно контролировать поток в любой точке магистрали. Стационарные измерители монтируют для постоянного мониторинга потока воды, точного учета ее расхода. Такие элементы подключают к системе автоматизации, управления, аварийного оповещения и т.д.

Принцип работы датчика потока

Расходомер фиксирует перемещение жидкости, определяет ее скорость и расход (по массе или объему) через сечение магистрали за период времени. Прибор обладает высокой чувствительностью, фиксирует даже минимальную интенсивность потока. Это может быть л/сек, м3/час для мгновенного определения расхода или суммарное количество за определенный период.

Их делают в виде датчиков протока для включения и выключение насосов и другого оборудования в автоматическом режиме либо в виде датчиков протечки, которые монтируют в местах потенциальных прорывов (под шлангами, оборудованием, радиаторами). Как правило, датчик потока воды для насоса работает на основе измерения скорости движения жидкости, но вообще существует более 60 видов устройств с разным принципом работы. Рассмотрим самые широко применяемые типы таких датчиков.

Механические устройства

В них для замера работают подвижные элементы. В лепестковых приборах лопасти особой формы отклоняются при движении воды, замыкают контакты геркона. В них и элементах турбинного типа скорость потока связана с вращением колеса. Чтобы подсчитать обороты, применяются датчики Холла. Электронные компоненты генерируют импульсы, по которым происходят расчеты параметров потока воды.

Поршневые и шестеренчатые приборы учета функционируют за счет объемного вытеснения жидкости. В поршневых элементах при наличии воды в трубопроводе она смещает поршень к магниту, при приближении к геркону замыкаются контакты. Когда воды в системе нет, поршень возвращается в исходное состояние.

Особенности механических устройств:

высокая точность замера;
хорошая повторяемость результатов;
применение в широком диапазоне температуры;
компактный размер.

Эти приборы требуют регулярной калибровки. Их выпускают в обычном и коррозионно-устойчивом исполнении для эксплуатации в соленой воде.

Расходомеры вихревого типа

Для проверки потока в системе монтируют препятствие, из-за которого образуются вихри, а по ним замеряют расход среды. Прибор фиксирует частоту колебаний давления, его можно одновременно использовать для мониторинга температуры и состава жидкости.

У расходомеров вихревого типа простая и надежная конструкция, высокая точность и широкий диапазон работы. Датчики этого вида подходят для воды разного состава, но для замера нужен достаточно длинный участок магистрали.

Калориметрические приборы

Тепловые или термические элементы определяют массовый расход воды. Они мониторят количество тепла, которое проходящий поток забирает у нагретого компонента. Калориметрические датчики бывают разные по конструкции, способу нагревания, расположению нагретой части.

Рабочий зонд нагревается до определенного уровня – температуры, которая превышает температуру рабочей среды. При наличии воды в системе она охлаждает зонд и делает это тем быстрее, чем выше скорость ее перемещения в магистрали. В приборе нет движущихся элементов, что обеспечивает им длительный срок службы.

В системе также установлен не нагретый датчик, контролирующий температуру жидкости, чтобы обеспечить температурную компенсацию. Это гарантирует, что величина потока будет определена точно даже при колебаниях температуры протекающей по трубопроводу воды. Чем ниже теплопроводность среды, тем выше должна быть ее скорость для достаточной точности замеров.

Большинство приборов рассчитано на воду с температурой от 0 до +80оС. При монтаже важно, чтобы датчик был погружен в поток полностью. Измерители нельзя применять для жидкости со значительным количеством примесей, которые могут откладываться на зонде и влиять на его чувствительность. Не подходят они и для потоков с импульсным движением.

Электромагнитные элементы

Электромагнитные или индуктивные измерители работают по принципу электромагнитной индукции, подходят для применения в средах, которые проводят электрический ток. Из-за этого их можно использовать для контроля питьевой и морской воды, технической и стоков в канализации. Принцип базируется на законе Фарадея, элементы замеряют напряжение в потоке, который протекает в магнитном поле. Поскольку вода способна проводить ток, то она при прохождении сквозь электромагнитное поле, генерирует электродвижущую силу. Ее величина напрямую зависит от скорости перемещения среды.

Электромагнитные датчики – это расходомеры бесконтактного типа, обладающие высокой точностью. Их можно крепить снаружи трубы накладным способом. Они «сканируют» все сечение трубы, за счет чего достигается низкая погрешность измерений. Поле создает магнит, а электроды улавливают напряжение из-за движущейся воды.

Преимущества этих измерителей:

применение для воды с твердыми примесями, стоков;
отсутствие потери давления при прохождении прибора контроля;
независимость точности от вязкости, температуры, плотности, давления других параметров потока;
работа в широком диапазоне скорости;
использование для частично заполненных трубопроводов.

Электромагнитные датчики подходят для соленой и другой агрессивной воды, но их нельзя использовать для жидкости с низкой проводимостью (дистиллированной, сильно очищенной воды). Этот тип приборов не применяют для рабочих потоков с экстремальной температурой.

Ультразвуковые датчики

Ультразвуковые – еще один тип приборов бесконтактного типа, поэтому полностью исключен риск коррозии их элементов, гарантирована герметичность магистрали. Акустические волны проходят сквозь поток, а сенсорный датчик улавливает возвращающийся сигнал. Время прохождения сигнала сквозь жидкость зависит от скорости ее перемещения, за счет чего и определяется расход. Пьезоэлементы сконструированы так, чтобы на точность контроля не влияли удары и вибрация.

Преимущества акустических измерителей:

нет препятствий для потока воды, поэтому нет снижения давления;
возможность измерять параметр бесконтактным методом, что важно для морской воды, растворов с токсичными примесями;
работа с дистиллированной водой и жидкостями, которые не проводят ток;
высокая точность при большом сечении магистрали.

Обычные ультразвуковые расходомеры подходят для питьевой воды и других ее видов, в которых нет взвешенных частиц. Если использовать приборы с эффектом Допплера, то их можно устанавливать в двухфазных средах: стоках (бытовых и промышленных), загрязненных технологических потоков.

Массовые расходомеры

Датчики Кориолиса замеряют расход воды точно и напрямую. Для фиксации данных рядом монтируют две трубки в форме U, которые слегка вибрируют. Их колебания симметричны и синхронны. При прохождении потока через вибрирующий элемент образуется сила Кориолиса, которая его изгибает либо перекручивает. Изменения регистрирует и анализирует датчик.

Массовый расход воды пропорционален сдвигу фаз датчиков, поэтому регистрируется напрямую. Точность определения не зависит от проводимости, давления воды. Для коррекции параметров, на которые может влиять температура, в системе предусмотрен датчик температуры. Массовые расходомеры подходят для питьевой и технической воды, стоков. Кроме массового замера, этот тип позволяет измерять объемный расход, определять плотность, температуру, концентрацию примесей в потоке.

Устройства поплавкового типа

Их еще называют роторными приборами. У них переменное сечение. Трубка в виде конуса вертикального типа более широкая в верхней части содержит поплавок круглой формы. Гравитация позволяет ему перемещаться вверх и вниз. Замер происходит по расходу жидкости, которая проходит сквозь коническую трубку снизу вверх. Положение поплавка в ней зависит от расхода воды при равновесии двух сил – веса поплавка в потоке (он тянет вниз) и сопротивления потока, который движется навстречу, тянет элемент вверх. По положению поплавка и нанесенной на датчике шкале можно определить расход. В более сложных устройствах измерение не визуальное, а за счет передачи сигнала с магнита внутри поплавка на внешнее устройство.

Трубку делают из стекла, прибор простой по конструкции, его удобно использовать, в т.ч. для магистрали небольшого диаметра и малой скоростью движения рабочей среды. При работе измерителя потеря давления незначительная. Датчики этого типа не используют при высоком давлении из-за хрупкости стеклянной трубки.

Для чего нужен датчик потока?

Датчики потока – ключевая техника для контроля потока воды, ее расхода. Это важно для стабильности технологических процессов в разных сферах, для учета, безопасной работы систем. Приборы позволяют контролировать подачу жидкости, регулировать ее параметры (скорость потока, давление), управлять работой насосов и другого оборудования с защитой их от перегрева из-за сухого хода. Их наличие в системе предотвращает протечки и аварии, обеспечивает экономию ресурсов.

Расходомеры применяют в разных сферах:

водоснабжение в коммунальной сфере и в промышленности;
водоотведение, оптимизация работы канализационных систем;
системы кондиционирования, вентиляции, обогрева, где в качестве теплоносителя или хладагента применяется вода;
металлургия, сталелитейное дело, где жидкость используют для охлаждения заготовок, для работы доменных печей;
химическая, пищевая и фармацевтическая отрасль, где важно контролировать потоки рабочей среды;
сельское хозяйство, где расход воды мониторят для процесса кормления (приготовления кормов, подача в поилки), для полива, орошения;
целлюлозно-бумажная промышленность, в которой для всех технологических процессов нужен большой расход воды.

Устойчивые к агрессивным компонентам приборы используют в судостроении, при обслуживании морских аквариумов и океанариумов.

Правила эксплуатации

Независимо от принципа работы датчики потока воды требуют регулярной калибровки, чтобы обеспечить точность показаний. При использовании в пожаро- и взрывоопасных зонах оборудование должно иметь соответствующее исполнение. Для ухода и чистки важно применять те средства и материалы, которые исключают накопление на приборе статического заряда. Пыль необходимо удалять 1 раз в неделю при обычных условиях и каждый день, если она относится к воспламеняющимся веществам.