Расходомеры воды промышленные высокоточные

Приборы для измерения расхода воды наиболее распространены в промышленности. Среди ассортимента расходомеров воды легко подобрать оптимальный вариант для любого производства.

Простой расходомер воды. Описание и применение

Наиболее простым способом мониторинга расхода воды является установка ротаметра (один из примеров – Hedland EzView). В устройствах в основном используется ротаметрический принцип, при котором прохождение воды приводит в движение индикатор. Это вариант для систем бюджетных в качестве расходомера холодной воды или не требующих электрической обратной связи по расходу.

Индикаторы такого типа обеспечивают приемлемую для визуального контроля точность (порядка 5%) и устанавливаются на трубопроводы малых диаметров (в районе 2»).

Отличительные преимущества такого прибора:

• Экономичность, самая низкая цена
• Простая конструкция, легкость в эксплуатации

С его помощью легко оценивать напор воды, работоспособность насосов и поддержание требуемого расхода. Прибор подходит лучше остальных тогда, когда не требуется ничего кроме как визуально контролировать технологический процесс.

Компактный турбинный расходомер воды для малых трубопроводов

Это уже чуть более сложные в исполнении приборы для измерения расхода воды (пример – Vision-1000), способный работать под более высокими давлением. Он уже имеет электрический выход, но более компактный. Его принцип основывается на эффекте Холла: в конструкции находится приводимая в движение потоком воды турбины и датчик Холла, который выдает импульсы в зависимости от частоты вращения турбины.

Отличительные преимущества:

• Возможность измерения малых расходов (начиная от 0,1 л в минуту)
• Электрический частотный выход (расходомер с импульсным выходом)
• Эффективен в соотношении цена/качества

При помощи этого расходомера уже можно строить автоматизированные системы управления на трубопроводах малого диаметра в самых разных областях промышленности. Благодаря компактной турбине он лучше остальных себя проявит там, где напор/расход воды может понижаться до очень низких значений.

Расходомер воды гигиенического исполнения

Для промышленности, чей продукт предназначен для питания или использования в медицинских целях, требуется расходомер со специальным допуском. Одним из таких приборов является Blancett FloClean, специально разработанный для предприятий, которым важно соблюдать гигиенические стандарты в технологических процессах. Принцип работы у него схож с турбинными расходомерами воды, но благодаря дополнительным аксессуарам есть возможность нормализации выходного сигнала (в ток или напряжение).

Отличительными особенностями семейства являются:

• Соответствие санитарным нормам и стандартам (в частности, гигиеническому 3А, EHEDG)
• Широкий температурный диапазон для работы
• Расширенный для работы в АСУ функционал (расходомер импульсный + с доп. аксессуарами)
• Высокая точность

Расходомеры воды с гигиеническими допусками лучше остальных, а иногда и безальтернативно, подходят для предприятий пищевой и фармацевтической промышленности.

«Хит продаж» расходомеров воды

В средней ценовой категории есть приборы (например, электромагнитный ModMag-M1000), подходящие для разных условий эксплуатации благодаря своей универсальности. Большинство производств не предъявляет узкоспециализированных требований к работе, поэтому расходомеры воды такого типа пользуются популярностью.

Важные особенности:

• Широкая функциональность, заточенная под промышленное применение:
  • Поддержка RS232/RS422, RS485 Modbus RTU
  • Возможность питания как от промышленных сетей, так и от АКБ
  • Нормализованные для АСУТП выходные сигналы (расходомеры воды с токовым выходом)
  • Высокая точность и вспомогательные детекторы (пустой трубы, сигнализация и т.п.)
  • Поддерживаемый типоразмер трубопровода до 8»
• Высокозащищенная конструкция (до IP67 + по вибрации и коррозии)

Такие расходомеры воды находят применение практически во всех сферах промышленности, от пищевой/фармацевтической до топливной и газовой, в том числе на передвижных установках. Благодаря электромагнитному принципу работы они нечувствительны к вибрации и способны работать в условиях, недоступных для многих механических расходомеров.

Экономичный датчик воды высокой точности

В качестве таких приборов обычно выступают приборы, предназначенные для установки в трубы малого диаметра (например, Vision 2000). Это компактные механические расходомеры воды с импульсным выходом, практически не занимающие места и весящие 10-15 г. Но при этом они обладают хорошей точностью, благодаря чему их основными преимуществами являются:

• Небольшая стоимость (отличное соотношение цена/качество)
• Компактность и малый вес
• Широкие возможности для применения благодаря разнообразию совместимых материалов

Эти приборы недорогие и предназначены для монтажа на трубопроводы диаметра 6 или 8 мм. Для них наилучшим применением будут разнообразные системы дозирования, впрыска и контроля малых расходов воды (как в автоматах для напитков или топливных системах автомобиля, различных мойках). Благодаря конструкции их можно использовать практически в любой сфере.

Расходомеры воды для малых расходов и труб небольшого диаметра

Для измерения расхода в малых диапазонах оптимально подходят такие приборы, как Vision 3000. Они предназначены для монтажа на трубу диаметром 12 мм и измерения расхода в наиболее широком диапазоне (от 5 до 65 л/мин)

Они схожи с предыдущей моделью и имеют те же достоинства в виде малой цены, очень компактной конструкции и пригодности во множестве промышленных областей, однако отличаются в лучшую сторону своим расширенным диапазоном работы. Поэтому они более универсальны и могут заменить приборы на других принципах действия.

Это лучший выбор для измерения малых расходов, если Вам требуется сочетание функциональности, надежности и экономичности.

Надежные и точные расходомеры воды

Тем, кто не стеснен в средствах, и просто старается выбирать лучшее из того, что есть, стоит обратить внимание на новое поколение расходомеров воды электромагнитных ModMag. Для всей серии характерны:

• Высочайшая точность (вплоть до ±0,25%) и температурный диапазон от -40ºС до +150ºС)
• Превосходная адаптированность к промышленным системам управления (поддержка промышленных цифровых протоколов RS232/RS422/RS485, а также нормализованных аналоговых, частотных или импульсных), оснащены LCD-дисплеем
• Соответствие строгим стандартам качества и высокая надежность

Среди них можно выделить три модели, несколько различающиеся в своих достоинствах и применении.

• ModMag-M1000. Вибрационно и коррозионно стойкий. Может применяться в пищевой промышленности. Лучше остальных справится с измерением малых расходов (¼”…8”) в промышленных системах.
• ModMag-M2000. Наиболее функциональная модель, оснащенная в том числе программируемым цифровым входом. Применяется там, где нельзя использовать иные приборы (допустимые типоразмеры трубопроводов от ¼” до 54”).
• ModMag-M5000. Эта модель разработана для автономной работы с питанием от внутренних батарей. Лучше остальных справится с работой на передвижных установках и полевых АСУ.

Рекомендации по выбору расходомеров воды

Представленные выше модели являются наиболее типичными представителями приборов для измерения расхода воды, но выбор Вы можете сделать из существенно большего числа вариантов. Для многих моделей доступны аксессуары, как расширяющие функционал, так и повышающие удобство пользования. Систему измерения расхода воды в трубопроводах можно построить на расходомере с дистанционным исполнением, а в зависимости от типа производства может понадобиться взрывозащита или санитарно-гигиенические допуски.

Как купить расходомер воды

Если Вам требуется помощь, то наши специалисты сориентируют вас по ценам расходомеров воды и с удовольствием помогут найти оптимальное решение под любые нужды, требования и рабочие условия Вашего предприятия.

Расходомеры жидкости профессиональный учет расхода

Расходомеры жидкости контактные и бесконтактные. Промышленные расходомеры жидкости ультразвуковые, турбинные, массовые, вихревые, электромагнитные, ротаметры, с овальными шестернями. Для профессиональных решений измерения расхода жидкости в пищевой, фармацевтической, нефтехимической промышленности, энергетике и коммунальных хозяйствах.

Области применения расходомеров жидкости

• Нефтедобывающая, нефтеперерабатывающая промышленность (+ системы пластового давления, пластовая/сеноманская/подтоварная вода, водонагнетательные/водозаборные скважины)
• Пищевая промышленность (жидкие продукты)
• Машиностроение и приборостроение
• Химическая, фармацевтическая, металлургическая, энергетическая промышленность (технологические жидкости)
• Жилищно-коммунальное хозяйство
• Целлюлозно-бумажная промышленность
• Водоочистка/водоподготовка
• Измерение расхода жидких сред на промпредприятиях

Возможные среды применения

Назначение расходомеров жидкости

• Коммерческий учет жидкостей (нефти, смесей, воды и т.п.)
• Измерение параметров скважин (дебит, расход + доп. параметры – температура, давление и т.п.)
• Измерение расхода воды (теплофикационной, технологической, сточной и канализационной), учет расхода высоковязких жидкостей
• Счетчики воды (в том числе в ЖКХ)
• Заправка транспорта/оценка потребления топлива
• Организация систем ППД, системы одновременно-раздельной эксплуатации пластов, ОРД, ОРЗ, ВСП, МСП, глубинно-исследовательские комплексы  (скважинное применение)
• Защита оборудования, насосов от сухого хода и других критических ситуаций
• Визуальная индикация расхода, контроль/регулирование в ТП (, сигнализация, слив/налив продукта из цистерн)
• Регулирование смешивания/дозирования жидкостей в пищевой/фармацевтической/химической и иных отраслях

Преимущества

На достоинства приборов влияют используемые способы работы. С целью подобрать оптимальный для своего предприятия прибор с учетом всех достоинств и недостатков метода обратитесь к специалистам за консультациями. В целом же можно отметить, что:

• Применение современных расходомеров позволяет улучшить рентабельность производства, особенно в нефтяной отрасли и в скважинных применениях (+ снижает затраты на организацию добычи продукта, организацию систем автоматики)
• Отдельные модели (например, электромагнитные расходомер) нечувствительны к параметрам среды и могут применяться в особо коррозионных средах.

Недостатки

Недостатки приборов связаны с их методом работы. Некоторые общие свойства:

1. Расходомеры с подвижными частями (ротаметры, ротационные счетчики, крыльчатые, роторные, реле потока) имеют меньшую надежность чем приборы без подвижных частей (например, вихревые)
2. Расходомеры без электронных блоков (некоторые реле потока, ротаметры) более экономичны, не требуют питания и дают показания сразу на месте, но имеют подвижные части и менее надежны.

Принцип работы расходомеров жидкости

На примере скважинного расходомера ЭВ-200 СКВ можно в общем оценить метод работы промышленных расходомеров. Прибор устанавливается на НКТ в нужной точке скважины, использует вихревой принцип (регистрируются вихри за телом обтекания и вычисляется расход). Электроника формирует сигнал выхода (в том числе с доп. датчиков давления и температуры) и передает далее в АСУТП. Так оценивается дебит, расход скважины, непрерывно контролируются параметры.

Расходомер — Википедия

Электромагнитный расходомер. Монтаж на наклонном участке уменьшает ошибку измерения вследствие изменения эффективного сечения трубы твердым осадком или завоздушиванием.

Расходоме́р — прибор, измеряющий объёмный расход или массовый расход вещества, то есть количество вещества (объём, масса), проходящее через данное сечение потока, например, сечение трубопровода в единицу времени. Если прибор имеет интегрирующее устройство (счётчик) и служит для одновременного измерения и количества вещества, то его называют счётчиком-расходомером.

Бытовые объёмные счётчики газа Скоростной счётчик — турбинка

Скоростные счётчики[править | править код]

Скоростные счётчики устроены таким образом, что жидкость, протекающая через камеру прибора, приводит во вращение вертушку или крыльчатку, угловая скорость которых пропорциональна скорости потока, а следовательно, и расходу.

Объёмные счётчики[править | править код]

Поступающая в прибор жидкость или газ измеряется отдельными, равными по объёму дозами, которые затем суммируются. Счётчики газа на этом принципе часто встречаются в быту.

Классификация объёмных счетчиков[править | править код]

• В зависимости от конструктивных особенностей рабочего органа: поршневые, шестеренные.
• В зависимости от вида движения рабочего органа: поступательного движения, вращательно-ротационного движения, прецессионного, планетарного движения.

В зависимости и от конструкции и от вида движения рабочего органа классифицируются на:

• поршневые (кольцевые) с планетарным движением кольцевого поршня;
• шестеренные (круглые) с ротационным вращением круглых шестерен;
• шестеренные (овальные) с ротационным вращением овальных шестерен;
• лопастные (камерные) с ротационным вращением лопастей, выполненных в виде камер;
• лопастные (пластинчатые) с ротационным вращением пластинчатых лопастей.^[1]

Ёмкость и секундомер[править | править код]

Возможно, самый простой способ измерить расход — это использовать некоторую ёмкость и секундомер. Поток жидкости направляется в некоторую ёмкость, и по секундомеру засекается время заполнения этой ёмкости. Зная объём ёмкости и поделив его на время заполнения, можно узнать расход жидкости. Этот способ подразумевает прерывание нормального течения потока, однако может давать непревзойдённую точность измерения. Широко используется в тестовых и поверочных лабораториях.

Ролико-лопастные расходомеры[править | править код]

Область применения ролико-лопастных расходомеров очень широка: измерение расходов на испытательных стендах, в гидроприводах станков и технологического оборудования, на стационарных и передвижных бензо- и маслозаправочных станциях, в топливных системах карбюраторных и дизельных двигателей автомобилей, тракторов, строительно-дорожных, сельскохозяйственных, лесозаготовительных машин, тепловозов и судов, как дозаторы при заливке танкеров, ж/д цистерн, резервуаров.

Расходомер оснащен встроенным электронным датчиком и программируемым микропроцессорным прибором с жидкокристаллическим дисплеем. Электроника расходомера имеет автономное питание на 3 — 5 лет и герметизированный выход на вторичный электронный прибор или компьютер, управляющий механизмами дозирования. Для метрологического применения или при необходимости проведения высокоточных измерений в технологических процессах, расходомер оснащен датчиком с высокой разрешающей способностью (до долей см³).

Шестерёнчатые расходомеры[править | править код]

Шестерёнчатый расходомер

Впервые расходомер с овальными шестернями был изобретен компанией Bopp & Reuther (Германия) в 1932 году.

Измеряющий элемент состоит из двух шестерёнок овальной формы. Протекающая жидкость вращает данные шестерёнки. При каждом обороте пары овальных колес через прибор проходит строго определённое количество жидкости. Считывая количество оборотов, можно точно определить, какой объём жидкости протекает через прибор.

Данные расходомеры отличаются высокой точностью, надёжностью и простотой, что позволяет их использовать для жидкостей с высокой температурой и под большим давлением. Отличительной особенностью расходомеров с овальными шестернями является возможность использования для жидкостей с высокой вязкостью (мазут, битум).

Расходомеры на базе объёмных гидромашин[править | править код]

В системах объёмного гидропривода для измерения объёмного расхода рабочей жидкости применяют объёмные гидромашины (как правило — шестерённые или аксиально-плунжерные гидромашины).

Объёмная гидромашина в этом случае работает как гидродвигатель, но без нагрузки на валу. Тогда объёмный расход через гидромашину можно определить по формуле:

Q=q0⋅n,{\displaystyle Q=q_{0}\cdot n,}

где

• Q{\displaystyle Q} — объёмный расход,
• q0{\displaystyle q_{0}} — рабочий объём гидромашины (определяется по паспорту гидромашины),
• n{\displaystyle n} — частота вращения выходного вала гидромашины, которую можно измерить тахометром.

Заметим, что объёмная гидромашина пропускает через себя весь расход жидкости, что для объёмного гидропривода не представляет сложности ввиду малых расходов.

Расходомеры переменного перепада давления[править | править код]

Расходомеры переменного перепада давления основаны на зависимости разницы давлений, создаваемых конструкцией расходомера, от расхода.

Расходомеры с сужающими устройствами[править | править код]

Они основаны на зависимости перепада давления на сужающем устройстве от скорости потока, в результате которого происходит преобразование части кинетической энергии потока в потенциальную.

Принцип действия расходометров этого типа основан на эффекте Вентури. Вентури-расходомер сужает поток жидкости в некотором устройстве, например, диафрагмой и датчиками давления или дифманометром измеряет разницу давлений перед указанным устройством и непосредственно в месте сужения. Этот метод измерения расхода широко используется при транспортировке газов по трубопроводам и использовался ещё во времена Римской империи.

Диафрагма представляет собой диск со сквозным отверстием, вставленный в поток. Дисковая диафрагма сужает поток, и разница давлений, измеряемая перед и за диафрагмой, позволяет определить расход в потоке. Этот тип расходомера можно грубо считать одной из форм Вентури-метров, однако имеющую более высокие потери энергии. Существует три типа дисковых диафрагм: концентрические, эксцентриковые и сегментальные.^[2][3]

Трубка Пито[править | править код]

Расходомеры на основе трубки Пито измеряют динамическое давление p∂≈ξρVo22{\displaystyle p_{\partial }\approx \xi {\frac {\rho V_{o}^{2}}{2}}} в застойной зоне потока (англ.).

Зная динамическое давление, с помощью уравнения Бернулли можно определить скорость потока, а значит, и объёмный расход (Q = S * V, где S — площадь поперечного сечения потока, V — средняя скорость потока).

Расходомеры с гидравлическим сопротивлением[править | править код]

Принцип действия гидродинамических расходомеров основан на измерении давления движущей среды, т.е. давления, которое действует на помещенное в поток тело. Достоинствами гидродинамических расходомеров являются: конструктивная простота, надежность и удобство обслуживания. Одним из распространенных вариантов применения является их использование в качестве индикаторов расхода загрязнения жидкостей и газов.

Центробежные расходомеры[править | править код]

Центробежные расходомеры представляют собой колено на трубопроводе, которые охватывают его по всей окружности трубопровода. Отборы давления находятся в верхней части на внешней и внутренней стенках.

Принцип действия центробежных расходомеров основан на том, что при движении среды по криволинейному участку трубопровода появляются центробежные силы, создающие перепад давлений между точками с разными радиусами кривизны. Согласно этому следует, что где больше кривизна, там и центробежная сила больше и больше давление на стенку.^[1]

Расходомеры с напорным устройством[править | править код]

Расходомеры с напорным усилителем[править | править код]

Расходомеры ударно-струйные[править | править код]

Расходомеры постоянного перепада давления[править | править код]

Ротаметры[править | править код]

Ротаметры предназначены для измерения расхода чистых жидкостей и газов. Они состоят из вертикальной конической трубы, выполненной из металла, стекла или пластика, в которой свободно перемещается вверх и вниз специальный поплавок. Поток движется по трубе в направлении снизу вверх, заставляя поплавок подниматься до уровня, на котором все действующие силы находятся в состоянии равновесия. На поплавок воздействуют три силы:

• выталкивающая сила, которая зависит от плотности среды и объёма поплавка;
• сила тяжести, которая зависит от массы поплавка;
• сила потока, которая зависит от формы поплавка и скорости потока, проходящего через сечение ротаметра между поплавком и стенками трубы.

Каждая величина расхода соответствует определённому переменному сечению, зависящему от формы конуса измерительной трубы и конкретного положения поплавка. В случае стеклянных конусов, значение расхода может быть считано прямо со шкалы на уровне поплавка. В случае конусов, выполненных из металла, положение поплавка передаётся на дисплей при помощи системы магнитов — не требуется никакого дополнительного источника питания. Различные диапазоны измерения достигаются за счёт многообразия размеров и форм конуса, а также возможности выбора различных форм и материалов изготовления поплавка.

Оптические расходомеры используют свет для определения расхода.

Лазерные расходомеры[править | править код]

Маленькие частички, которые неизбежно содержатся в природных и промышленных газах, проходят через два лазерных луча, направленных на поток от источника. Свет лазера рассеивается, когда частичка проходит через первый лазерный луч. Рассеянный лазерный луч поступает на фотодетектор, который в результате генерирует электрический импульсный сигнал. Если та же самая частица пересекает второй лазерный луч, то рассеянный лазерный свет поступает на второй фотодетектор, который генерирует второй импульсный электрический сигнал. Измеряя интервал времени между двумя этими импульсами, можно вычислить скорость газа по формуле V = D / T, где D — расстояние между двумя лазерными лучами, Т — время между двумя импульсами. Зная скорость потока, можно определить расход (Q = S * V, где S — площадь поперечного сечения потока, V — средняя скорость потока).

Основанные на лазерах расходомеры измеряют скорость частиц — параметр, который не зависит от теплопроводности, вида газа или его состава. Лазерная технология позволяет получать очень точные данные, причём даже в тех случаях, когда другие методы применять не удаётся или они дают большу́ю погрешность: при высоких температурах, малых расходах, высоких давлениях, высокой влажности, вибрациях трубопроводов и акустическом шуме.

Оптические расходометры способны измерять скорости потока от значений 0,1 м/с до более чем 100 м/с.

Принцип ультразвукового измерения расхода

Ультразвуковые время-импульсные[править | править код]

Время-импульсные расходомеры измеряют разницу во времени прохождения ультразвуковой волны по направлению и против направления потока жидкости. Такой принцип измерений обеспечивает высокую точность (± 1 %). При этом он хорошо работает для чистого потока или потока с незначительным содержанием взвешенных частиц. Время-импульсные расходомеры применяются для измерения расхода очищенной, морской, сточной воды, нефти, в том числе сырой, технологических жидкостей, масел, химических веществ и любой однородной жидкости.

Принцип действия ультразвуковых расходомеров основан на измерении разницы во времени прохождения сигнала. При этом два ультразвуковых сенсора, расположенные по диагонали напротив друг друга, функционируют попеременно как излучатель и приёмник. Таким образом, акустический сигнал, поочерёдно генерируемый обоими сенсорами, ускоряется, когда направлен по потоку, и замедляется, когда направлен против потока. Разница во времени, возникающая вследствие прохождения сигнала по измерительному каналу в обоих направлениях, прямо пропорциональна средней скорости потока, на основании которой можно затем рассчитать объёмный расход. А использование нескольких акустических каналов позволяет компенсировать искажения профиля потока.

Ультразвуковые расходомеры на установке висбрекинга

Ультразвуковые фазового сдвига[править | править код]

Ультразвуковые доплеровские[править | править код]

Доплеровский расходомер основан на эффекте Доплера. Он хорошо работает с суспензиями, где концентрация частиц выше 100 ppm и размер частиц больше 100 мкм, но концентрация составляет менее 10 %. Такие расходомеры жидкости легче и менее точные (± 5 %), а также дешевле, чем время-импульсные расходомеры.

Ультразвуковые корреляционные[править | править код]

Другим не столь популярным расходомером является ультразвуковой расходомер с последующей корреляцией (кросс-корреляция). Он позволяет устранить недостатки, свойственные доплеровским расходомерам. Они лучше работают для потока жидкости с твёрдыми частицами или турбулентного потока газа.

Электромагнитный расходомер Принцип электромагнитного измерения расхода

Ещё в 1832 году Майкл Фарадей пробовал определить скорость течения реки Темзы, измеряя напряжение, индуцируемое в потоке воды магнитным полем Земли. Принцип электромагнитного измерения расхода основан на законе индукции Фарадея. В соответствии с данным законом, напряжение создаётся, когда проводящая жидкость проходит через магнитное поле электромагнитного расходомера. Это напряжение пропорционально скорости потока среды.

Индуцированное напряжение измеряется либо двумя электродами, находящимися в контакте со средой, либо ёмкостными электродами, не контактирующими со средой, и передаётся в преобразователь сигналов. Преобразователь сигналов усиливает сигнал и преобразует его в стандартный токовый сигнал (4—20 мА), а также в частотно-импульсный сигнал (например, один импульс на каждый кубический метр измеряемой среды, прошедшей через измерительную трубу). Принцип действия электромагнитных расходомеров основан на взаимодействии движущейся электропроводной жидкости с магнитным полем. При движении жидкости в магнитном поле возникает ЭДС, как в проводнике, движущемся в магнитном поле. Эта ЭДС пропорциональна скорости потока, и по скорости потока можно определить расход.

Кориолисов расходомер

Принцип действия массовых расходомеров основан на эффекте Кориолиса. Массовый расход жидкостей и газов можно рассчитать по деформации измерительной трубы под действием потока. Плотность среды также можно рассчитать по резонансной частоте колебаний вибрирующей трубы. Вычисление силы Кориолиса осуществляется с помощью двух сенсорных катушек. При отсутствии потока оба сенсора регистрируют одинаковый синусоидальный сигнал. При появлении потока сила Кориолиса воздействует на поток частиц среды и деформирует измерительную трубу, что приводит к сдвигу фаз между сигналами сенсоров. Сенсоры измеряют сдвиг фаз синусоидальных колебаний. Этот сдвиг фаз прямо пропорционален массовому расходу.

Вихревой расходомер

Принцип измерения базируется на эффекте вихревой дорожки Кармана. Позади тела обтекания образуются вихри обратного направления вращения. В измерительной трубе находится завихритель, позади которого происходит вихреобразование. Частота вихреобразования пропорциональна расходу. Образующиеся вихри улавливаются и подсчитываются пьезоэлементом в первичном преобразователе в качестве ударных волн. Вихревые расходомеры подходят для измерения самых различных сред.

Расходомеры теплового пограничного слоя[править | править код]

Применяются для измерения расхода в трубах небольшого диаметра от 0,5—2,0 до 100 мм. Для измерения расхода в трубах большого диаметра находят применение особые разновидности термоконвективных расходомеров:

• парциальные с нагревателем на обводной трубе;
• с тепловым зондом;
• с наружным нагревом ограниченного участка трубы.

Достоинством термоконвективных расходомеров является неизменность теплоёмкости измеряемого вещества при измерении массового расхода. Также достоинством является то, что термоконвективных расходомерах отсутствует контакт с измеряемым веществом.  Недостаток и тех и других расходомеров — их большая инерционность.^[4]

Калориметрические расходомеры[править | править код]

В калориметрических расходомерах происходит нагревание или охлаждение потока внешним источником тепла, создающим в потоке разницу температур, по которой и определяют расход. Если пренебречь потерями тепла из потока через стенки трубопровода в окружающую среду, то уравнение теплового баланса между теплом, генерируемым нагревателем, и теплом, переданным потоку, приобретает вид:

qt=k0QMcpΔT{\displaystyle q_{t}=k_{0}Q_{M}c_{p}\Delta T},

где

Тепло к потоку в калориметрических расходомерах подводят обычно электро-нагревателями, для которых:

qt=0,24I2R{\displaystyle q_{t}=0,24I^{2}R},

где

• I{\displaystyle I} — сила тока через нагревательный элемент;
• R{\displaystyle R} — электрическое сопротивление нагревателя.

На основе этих уравнений статическая характеристика преобразования, которая связывает перепад температур на сенсорах с массовым расходом, приобретёт вид:

QM=0,24I2Rk0cpΔT{\displaystyle Q_{M}={\frac {0,24I^{2}R}{k_{0}c_{p}\Delta T}}}.

Расход определяется путём определения скорости потока через сечение канала, причём скорость определяется по времени переноса на известное расстояние каких-либо меток, искусственно вводимых в поток или изначально присутствующих в потоке.

1. ↑ ^{1 2} Хансуваров К.И., Цейтлин В.Г. Техника измерения давления, расхода, количества и уровня жидкости, газа и пара: Учебное пособие для техникумов. — М.: Издательство стандартов, -1990.- с. 170-173 287 с, ил.
2. ↑ Lipták, Flow Measurement, p. 85
3. ↑ American Gas Association Report Number 3
4. ↑ Кремлевский П. П. Расходомеры и счетчики количества веществ: Справочник: Кн. 2 / Под общ. ред. Е. А. Шорникова. — 5-е изд., перераб. и доп. — СПб.: Политехника, 2004. — 412 с
   

Какие существуют расходомеры и в чем разница

Расходомеры – это приборы, измеряющие объем или массу вещества: жидкости, газа или пара, которые проходят через сечение трубопровода в единицу времени. В быту расходомеры называют «счетчиками», но это неверно, потому что счетчик – только одна из составляющих конструкции расходомера. Особенности конструкции зависят от типа прибора. Сейчас используют 6 типов расходомеров, у каждого из которых – свои сильные и слабые стороны.

Электромагнитные расходомеры

В основе устройства электромагнитных расходомеров – закон электромагнитной индукции, известный как закон Фарадея. Когда проводящая жидкость, например вода, проходит через силовые линии магнитного поля, индуцируется электродвижущая сила. Она пропорциональна скорости движения проводника, а направление тока – перпендикулярно направлению движения проводника.

В электромагнитных расходомерах жидкость течет между полюсами магнита, создавая электродвижущую силу. Прибор измеряет напряжение между двумя электродами, рассчитывая тем самым объем проходящей через трубопровод жидкости. Это надежный и точный метод, потому что сам прибор не влияет на скорость течения жидкости, а за счет отсутствия движущихся частей оборудование долговечное.

Преимущества электромагнитных расходомеров:

• Умеренная стоимость.
• Нет движущихся и неподвижных частей в поперечном сечении.
• Большой динамический диапазон измерений.

Недостатки:

• На работу прибора влияют магнитные и проводящие осадки.

Принцип работы электромагнитного расходомера

Ультразвуковые расходомеры

В конструкции расходомеров есть передатчик ультразвуковых сигналов (УЗС). Когда жидкость движется по трубопроводу, происходит снос ультразвуковой волны. Из-за этого меняется время, за которое сигнал от передатчика достигает приемника. Время прохождения увеличивается против потока жидкости и уменьшается, если ультразвуковой сигнал идет по направлению потока. Ультразвуковые расходомеры рассчитывают объемный расход жидкости на основе разности времени прохождения УЗС по течению потока и против него – эта разность пропорциональна скорости движения и объему воды.

Достоинства ультразвуковых расходомеров:

• Невысокая стоимость.
• Нет движущихся и неподвижных частей в поперечном сечении.
• Средний динамический диапазон измерений.
• Возможность монтажа на трубопроводы большого диаметра.

Недостатки:

• Чувствительность измерений к отражающим и поглощающим ультразвук осадкам.
• Чувствительность к вибрациям.
• Чувствительность к перекосам потока для однолучевых расходомеров.

Расходомеры перепада давления

Принцип действия этого типа расходомеров основан на измерении перепадов давления, которые возникают, когда поток жидкости, газа или пара проходит через шайбу, сопло или другое сужающее устройство. Скорость потока в этом месте меняется, давление возрастает: чем выше скорость потока, тем больший расход.

Преимущества:

• Отсутствие движущихся частей.

Недостатки:

• Механические препятствия в сечении: шайба или сопло.
• Малый динамический диапазон измерений.
• Чувствительность к любым осадкам на сужающем устройстве.

Вихревые расходомеры

Вихревые расходомеры измеряют частоту колебаний, которые возникают в потоке жидкости или газа, когда они обтекают препятствия. При обтекании препятствий образуется вихрь, от которого приборы и получили свое название.

Преимущества:

• Отсутствие движущихся частей.

Недостатки:

• Механические препятствия в сечении расходомера.
• Малый динамический диапазон.
• Температурная чувствительность.
• Неустойчивость характеристик при осадках на теле обтекания.
• Влияние вибраций на результаты измерений.

Принцип работы вихревого расходомера

Тахометрические расходомеры

Тахометрические расходомеры измеряют скорость вращения, количество оборотов крыльчатки или турбины в потоке воды, газа или пара. Принцип действия не меняется в зависимости от того, установлена ли в приборе крыльчатка или турбина; разница только в том, что ось вращения крыльчатки находится перпендикулярно движению потока, а турбины – параллельно потоку жидкости или газа.

Преимущества:

• Невысокая стоимость.
• Работают без источника питания.

Недостатки:

• Механические препятствия в сечении расходомера.
• Малый динамический диапазон.
• Неустойчивость измерений.
• Невысокая надежность.
• Примеси и посторонние предметы в воде влияют на результаты измерений.
• Небольшой срок эксплуатации.

Принцип работы тахометрического расходомера

Кориолисовы расходомеры

Принцип действия этих расходомеров опирается на эффект Кориолиса: изменение фаз механических колебаний U-образных трубок, по которым движется жидкость, газ или пар. Сдвиг фаз зависит от массового расхода. Сила Кориолиса, которая воздействует на стенки колеблющейся трубки, меняется под напором воды или пара.

Преимущества:

• Прямое измерение массового расхода.
• Осадки не влияют на измерения.
• Нет препятствий во внутреннем сечении.
• Измерение расхода жидкостей не зависит от их электрической проводимости.

Недостатки:

• Высокая стоимость.
• Строгие требования к технологии изготовления.
• Влияние вибраций на метрологические характеристики.

Сравнив достоинства и недостатки разных видов оборудования, несложно понять, почему самыми востребованными остаются электромагнитные расходомеры: они недорогие, точные и практичные. Через каталог компании «Интелприбор» вы можете заказать измерительные модули высокого качества. Мы не только поможем выбрать оборудование, но также установим его и обеспечим техобслуживание.

Расходомер воды и счетчики для жидкости, виды и типы водных приборов учета

Необходимость измерения объема жидкости, проходящей по трубе или каналу определяется несколькими задачами: технологическими (для оптимизации режимов работы насосов и другого технологического оборудования), коммерческими (для организации взаиморасчетов между предприятиями за воду и стоки) и экологическими (постоянно развивающееся экологическое законодательство уже сегодня требует обязательное автоматическое измерение объема сбросов (стоков) на крупных предприятиях при одновременном непрерывном контроле концентрации загрязняющих веществ).

Виды и типы расходомеров воды

Наиболее простым типом расходомеров являются тахометрические водосчетчики, в которых вращающаяся за счет движения воды крыльчатка передает вращение на счетчик. Такие устройства в качестве стационарных приборов учета работают только на водопроводах малого диаметра. Аналогичные переносные «вертушки» широко используются для временных точечных измерений в самотечных каналах и реках.

Для решения задач измерения объема поданной воды на городских водопроводах широко используют полнопроходные электромагнитные расходомеры жидкости. Они отличаются высокой точностью измерений (погрешность может составлять +0,5% или даже +0,3%). Это наиболее распространенные приборы для наружных трубопроводов водоснабжения малого диаметра. Однако для труб большого диаметра применение электромагнитных водомеров усложняется их большим весом и габаритами, а также высокой стоимостью. Также весьма спорным является вопрос «беспроливных», «имитационных» методов периодической поверки таких устройств большого диаметра, введенных из-за отсутствия в недавнем прошлом в России соответствующих проливных стендов, а также из-за огромных затрат на демонтаж и транспортировку подобного оборудования весом сотни килограммов для периодической поверки на проливном стенде. Полнопроходные электромагнитные счетчики используют также на сетях напорной канализации. Есть попытки установки оборудования такого типа на безнапорных стоках с добавлением уровнемера, но они не получили распространения из-за высокой стоимости.

Широко распространенным типом приборов для напорных и безнапорных трубопроводов различного диаметра являются ультразвуковые расходомеры. В них могут быть использованы различные методы измерений: время-импульсный, кросс-корреляционный и метод Доплера.

 

Для работы в больших самотечных каналах иногда используют радарные или лазерные бесконтактные расходомеры. Эти устройства определяют скорость на поверхности потока радарным датчиком скорости, а уровень потока — ультразвуковым или радарным уровнемером.

Для указанной задачи используют также уровнемеры, на основе показаний которых определяется объемный расход, вычисляемый по формуле Маннинга (или Павловского) как функция уклона и сопротивления (шероховатости стенок). Этот метод также не учитывает распределение скоростей в сечении потока. Кроме того, при возникновении подпоров (засоров ниже по течению) ошибка этого метода становится еще выше.

В напорных трубопроводах используют также штанговые электромагнитные счетчики на воду, представляющие собой длинную металлическую штангу с электромагнитным датчиком на конце, вставляемые в трубопровод через шаровой кран и обеспечивающие измерение скорости потока в одной точке (как правило, в центре трубы).

Области применения различных типов водосчетчиков

Тахометрические датчики применяются на водопроводе малого диаметра. Их обычно устанавливают на внутренних сетях в качестве квартирных или домовых расходомеров счетчиков воды.

Электромагнитные полнопроходные счетчики широко распространены на наружных сетях водоснабжения небольшого диаметра, их также применяют на больших трубах магистрального водопровода и на напорной канализации.

При этом на трубах диаметром свыше 300 мм начинают проявляться основные недостатки этих устройств: большой вес и габариты, а также высокая цена. Поэтому имеется тенденция (в первую очередь в Германии и Западной Европе) замены полнопроходных электромагнитных приборов на канализации диаметром более 300 мм на кросс-корреляционные, а на водопроводе – на ультразвуковые время-импульсные. Однако на сегодня наиболее распространенные промышленные расходомеры воды для магистральных трубопроводов — электромагнитные.

Стационарные время-импульсные расходомеры работают в основном с достаточно чистой и однородной жидкостью, так как прохождение ультразвука через непредсказуемую неоднородную среду вносит существенную погрешность в измерения.

Они работают на напорных трубах от малого и до самого большого из реально существующих диаметров в водоснабжении, а также на самотечных каналах. Кроме того, портативные время-импульсные счетчики являются в настоящее время наиболее популярными переносными расходомерами воды.

Доплеровские и кросс-корреляционные приборы требуют наличия взвеси или пузырьков воздуха в жидкости, поэтому они применяются только на грязной или слегка загрязненной воде. В более сложных и ответственных случаях рекомендуются кросс-корреляционные устройства в силу их большей точности и надежности показаний, в простых и менее ответственных случаях можно устанавливать доплеровские, в силу их более низкой стоимости.

Радарные и лазерные системы предназначены для измерения расхода в безнапорных каналах на основе измерения скорости на поверхности потока и уровня потока с дальнейшим вычислением средней скорости потока и, соответственно, объемного расхода, по формулам и с введением поправочных коэффициентов.

В силу невозможности получения информации о распределении скоростей по слоям потока бесконтактным методом и использованием теоретических коэффициентов точность данных приборов существенно уступает точности погружных устройств, поэтому их рекомендуется применять только в тех случаях, когда установка датчиков в поток невозможна.

Уровнемеры, благодаря их низкой стоимости, также часто используются для определения расхода на самотечных каналах. Однако фактическая погрешность их может быть очень большой, поэтому не рекомендуется ставить их для коммерческого учета на объектах с большим водопотреблением, где ошибка приводит к существенным финансовым потерям.

Электромагнитные штанговые измерительные устройства применяют только на достаточно чистой жидкости, так как в грязной среде их чувствительный элемент быстро покрывается налетом и перестает корректно работать.

Их преимуществом является низкая цена, простота установки, которая осуществляется через стандартный шаровой кран, приваренный к трубопроводу, а также низкое энергопотребление, обеспечивающее возможность их длительного (до 5 лет) использования в автономном режиме, без каких-либо проводов, с передачей полученных данных по сетям мобильной связи.

Их недостатком является более высокая погрешность по сравнению с полнопроходными электромагнитными и с ультразвуковыми приборами. Это оборудование редко используют для коммерческого учета (хотя это допускается), чаще их применяют на диктующих точках с целью контроля за гидравлическими режимами водопроводной сети, для периодического контроля со стороны водоканалов корректности показаний стационарных узлов учета на предприятиях водопользователях, а также в системах поиска скрытых утечек в качестве легко переставляемого с места на место оборудования.

Как выбрать стационарный расходомер?

При выборе оборудования для стационарного узла учета необходимо учитывать следующие факторы:

1. Степень загрязненности жидкости. Чистая вода делает невозможным применение доплеровских и кросс-корреляционных приборов. В грязной среде не смогут работать время-импульсные и тахометрические водосчетчики, а также штанговые электромагнитные расходомеры. В слегка загрязненной жидкости могут работать все типы оборудования.
2. Напорная труба или самотек. Тахометрические счетчики, электромагнитные штанговые и полнопроходные устройства используются на напорных сетях. Радарные расходомеры и уровнемеры – только на безнапорных. Доплеровские, кросс-корреляционные и время-импульсные устройства могут работать как в напорных, так и в безнапорных трубах, для разных случаев выбираются разные типы датчиков на воду.
3. Для напорных труб – максимальное давление. Так, для врезных доплеровских и кросс-корреляционных датчиков существует ограничение по давления 4 бара, другие типы сенсоров могут работать при 20 барах и более.
4. Для напорных труб: диаметр. Для внутренних домовых труб водоснабжения малого диаметра (до 150-200 мм) используются тахометрические водосчетчики, для наружных сетей диаметром от 150 до 300 (400) мм чаще применяют электромагнитные счетчики, при больших диаметрах для грязной воды рекомендуются кросс-корреляционные или доплеровские, а для чистой – электромагнитные приборы учета.
5. Для безнапорных труб: размер и форма канала, уровень заполнения.
6. Скорость потока. Например, в самотечных каналах с относительно чистой водой при большой скорости потока рекомендуются время-импульсные расходомеры, при низкой и средней скоростях – кросс-корреляционные или доплеровские.
7. Конструкция трубы или канала в месте установки прибора, наличие доступа к внешним или внутренним стенкам канала, возможность остановки потока при монтаже.
8. Межповерочный интервал приборов, способы поверки (необходимость демонтажа для поверки), доступность снятия датчиков для поверки, обслуживания, замены и ремонта, срок гарантии, простота и удобство обслуживания, дружелюбный и понятный интерфейс, требования к квалификации обслуживающего персонала и другие вопросы обслуживания приборов являются важными показателями при выборе счетчиков воды промышленных.
9. Допустимая погрешность измерений (либо информация, влияющая на выбор допустимой погрешности: является ли учет технологическим или коммерческим; для узлов коммерческого учета – водопотребление объекта и средний размер платы за воду; для узлов технологического учета – дальнейшее использование результатов измерений (будут ли использованы в контуре автоматического управления технологическими процессами и т.п.)). Так в одном и том же безнапорном канале при низких требованиях по точности можно поставить уровнемер или радарный расходомер, при средних требованиях – доплеровский расходомер жидкости, при высоких требованиях – кросс-корреляционный водосчетчик.
10. Требования к химической стойкости, пожарной и взрывобезопасности оборудования на объекте установки. Для данных условий требуются датчик специального исполнения.
11. Стоимость приборов. Продолжая пример из предыдущего пункта на одном и том же узле учета исходя из требований по точности можно установить очень дешевое оборудование на основе уровнемера, либо более дорогой доплеровский прибор, либо еще более дорогой, но точный и надежный кросс-корреляционный счетчик.
12. Наличие жестких финансовых ограничений. Понятно, что всегда нужно стремиться к выбору оптимального по цене оборудования для решения поставленной задачи, однако в ряде случаев финансовая ситуация не позволяет установить необходимый прибор на воду. В этом случае необходимо решение либо об отказе от установки оборудования (откладывания решения вопроса), либо об установке более дешевого прибора если это в принципе целесообразно, либо о привлечении дополнительных кредитов, если видна быстрая окупаемость проекта и т.д.

Виды расходомеров, принцип действия разных типов и их устройство

Выбор способа учета расхода жидкости в крупных организациях-потребителях воды, на предприятиях, использующих воду на технологические нужды и сбрасывающих стоки, на ТЭЦ и других промышленных объектах зависит от многих факторов. Это степень загрязнения потока, тип системы (напорная или безнапорная), место планируемой установки и др.

Основные типы расходомеров

Рассматривая основные конструкции счетчиков по принципу их устройства и работы можно выделить такие виды расходомеров:

1. Тахометрические. Они состоят корпуса с установленной в нем лопастной крыльчаткой, которая вращается за счет перемещения воды и передает количество сделанных оборотов на считывающее устройство. Учитывая их простоту и дешевизну, именно такие счетчики используются в качестве бытовых водомеров на малых диаметрах напорных трубопроводов. В промышленном учете, где оперируют большими расходами, они не применяются из-за громоздкости и металлоемкости, а также создания гидравлического сопротивления для движения потока и возможных механических поломок.
2. Электромагнитные полнопроходные. Это высокоточные приборы объемного учета расхода жидкости, используемые в трубопроводных системах с избыточным давлением жидкости.
3. Штанговые электромагнитные. С их помощью выполняется замер скорости в середине потока в закрытых полностью заполненных трубах (под давлением). Используются для различных диаметров.
4. Ультразвуковые. Различают водомеры, работающие по время-импульсному методу измерения, методу Доплера и кросс-корреляционные. Сигнал на считывающее устройство передается с ультразвуковых датчиков. Это одни из наиболее широко применяемых промышленных счетчиков. В зависимости от применяемых датчиков используются в напорных и самотечных системах.
5. Радарные и лазерные системы измерения расходов. Бесконтактные устройства, применяемые в промышленности. Применяются для самотечных потоков.
6. Счетчики на основе уровнемера. Их используют в безнапорных системах на лотках Вентури или Паршаля, на каналах с малым водопотреблением либо для технологического учета. При помощи беспроводных уровнемеров можно получить данные об удаленных и труднодоступных объектах.

Рассмотрим более подробно устройство и принцип действия основных расходомеров, применяемых для промышленного учета.

Время-импульсные ультразвуковые счетчики

Время-импульсный метод (или, по-другому, фазового сдвига) основан на измерении времени прохода сигнала против движения потока и по направлению перемещения жидкости. Для преобразования ультразвукового сигнала на трубопроводе устанавливают два или четыре смещенных вдоль движения воды пьезоэлемента. Как правило, применяются дисковые элементы, реже – кольцевые (на малых диаметрах).

Пьезоэлементы могут устанавливаться внутри потока (на внутренних стенках трубы или канала) или снаружи трубопровода (в этом случае сигнал проходит через наружную стенку). В зависимости от применяемых датчиков счётчики могут устанавливаться в самотечных системах (как открытых, так и закрытых), а также в полностью закрытых трубопроводах с избыточным давлением среды. Различают такие виды датчиков скорости:

• трубные – врезаются в водопровод с внешней стороны. Могут применяться в напорной и безнапорной среде;
• клиновидные – устанавливаются на дне или внутренней стенке трубы. Как правило, используются в безнапорных каналах либо в трубопроводах больших диаметров, если установка и обслуживание датчика снаружи неудобна;
• сферические или полусферические – монтируются на наклонных стенках открытых трапециевидных каналов;
• штанговые – имеют вид трубок, устанавливаются на вертикальных стенках каналов;
• накладные – бесконтактные датчики, ставятся на внешнюю поверхность трубопровода.

В зависимости от способа установки датчиков различают контактные и бесконтактные устройства. Преимущество бесконтактных переносных расходомеров в возможности устанавливать их на трубопроводы без нарушения целостности. Они достаточно редко устанавливаются стационарно, чаще используются для поверочных замеров в разных точках.

Время-импульсные расходомеры пригодны для нахождения расхода чистой воды или немного загрязненной (с незначительным включением взвешенных частиц). Их применяют в водоснабжении и водоотведении, в охлаждающих контурах, в ирригационных схемах орошения, на насосных напорных станциях, в открытых природных и искусственных каналах и реках. Применяются как для коммерческого, так и для технологического учета.

Метод Доплера

Счетчики, работающие по данному методу, измеряют разность длины волны, отраженной от движущегося потока, относительно длины волны излучаемого сигнала. Измерение принимаемого и передаваемого сигнала для определения разницы между ними производится при помощи клиновидных или трубных датчиков скорости, устанавливаемых на дне канала или трубы.

Работающие по эффекту Доплера водомеры используют в напорных и самотечных системах, полностью и частично заполненных трубах, открытых каналах. Они работают в потоках разной степени загрязнения (кроме чистой воды). Доплеровские расходомеры используют для коммерческого учета в трубопроводах и самотечных каналах, для измерения расходов в реках и каналах ирригационных систем, в ливневых канализациях, на насосных станциях, трубопроводах водозабора и сброса стоков в водоемы.

Кросс-корреляционные ультразвуковые счетчики

Такие расходомеры работают по методу кросс-корреляции ультразвукового сигнала. Эта методика основана на принципе построения скоростей по различным уровням потока, счетчик дает возможность строить реальную диаграмму распределения скоростей в потоке. Также выполняется замер уровня потока.

С водомерами используются ультразвуковые трубные и клиновидные датчики скорости, устанавливаемые в потоке, уровень жидкости определяется при помощи надводных и подводных датчиков. Возможно исполнение комбинированных датчиков скорости и уровня.

Счетчики используются в напорных и самотечных, открытых и закрытых системах. Это точный метод измерения, дающий достоверные результаты для потоков различной степени загрязненности, в том числе он эффективен в неоднородных средах. Расходомеры используют в технологических трубопроводах, на очистных сооружениях, в реках и водоемах и др. В крупных каналах можно устанавливать несколько датчиков по всей ширине для получения более точных результатов.

Электромагнитные расходомеры

Их принцип работы основан на законе электромагнитной индукции, согласно которой в электропроводной жидкости, проходящей через электромагнитное поле, индуцируется ЭДС, пропорциональная скорости потока (проводника).

Такие расходомеры нашли применение в системах объемного учета теплоносителя и воды на промышленных и энергетических предприятиях. Недостаток – высокая стоимость и вес для диаметров более 300-400 мм, сложность снятия на поверку.

Штанговые электромагнитные водосчетчики работают по принципу погружения датчика в жидкость, где происходит измерение скорости потока. Такие счетчики определяют расход холодной воды в полностью заполненных трубопроводах.

Радарные и лазерные расходомеры

Бесконтактные узлы учета замеряют поверхностную скорость движения потока в открытых и закрытых самотечных потоках. Вычисление объемного расхода производится путем вычисления его через скорость на поверхности.

Такие устройства используют в труднодоступных местах и сильно загрязненных потоках, где нет возможности установить погружные датчики. Их применяют для учета канализационных и технических стоков.