Расходомеры переменного перепада давления

Принцип действия расходомеров переменного перепада давления (РППД)

основан на измерении в соответствии с уравнением Бернулли перепада статиче­ского АР_С или полного АР давления потока среды на установленном в нем непод­вижном первичном преобразователе (ПП) и вычислении по этому перепаду сред­ней скорости движения среды и ее расхода. РППД определяет объемный или мас­совый расход G движущейся среды на основе его квадратичной зависимости от перепада давления АР на ПП:

где К - расчетный коэффициент, учитывающий плотность среды и конструктив­ные характеристики ПП. В качестве ПП в РППД при измерении расхода по пере­паду статического давления применяют стандартные сужающие устройства (СУ) - диафрагмы, трубы Вентури, сопла.

РППД на СУ представляет собой составной расходомер, в комплект которого входят СУ, соединительные или импульсные линии (трубки) отбора от него изме­ряемого давления, дифманометр и вторичный показывающий прибор, шкала ко­торого градуирована в единицах расхода (в зависимости от характеристик вто­ричного прибора в комплект может дополнительно входить блок извлечения квадратного корня).

Наиболее широко на практике используется вариант РППД на диафрагме (рис. 6.3).

Принцип действия РППД на диафрагме заключается в сжатии движущейся среды проходным отверстием диафрагмы, что приводит к увеличению за ее кром­кой скорости потока и его кинетической энергии (динамического давления) с со­ответствующим уменьшением статического давления. По краям диафрагмы соз­дается перепад давлений ДР = Pj - Р₂, который отводится импульсными трубками к дифманометру. После прохождения диафрагмы поток расширяется, снижая ско­рость и восстанавливая статическое давление, которое тем не менее уже не дости­гает прежнего значения из-за вихревых потерь давления Р„ (Р„ зависит от относи­тельной площади m = d² /D² сечений модуля СУ: чем меньше ш, тем больше пе­репад давления и выше точность измерения расхода, но тем больше безвозвратная потеря давления).

Рис. 6.3. Характер потока и распределение статического давления в СУ

Корректное использование диафрагменных расходомеров, гарантирующее определенную точность измерения, требует учета следующих факторов: характер движения потока на прямых участках трубопроводов до (более 10D) и после (не менее 5D) диафрагмы должен быть стационарным с достаточно симметричным профилем скорости потока по сечению трубопровода; фазовое состояние потока не должно изменяться при его течении через СУ; во внутренней полости прямых участков трубопроводов до и после СУ недопустимо скопление осадков; на по­верхностях диафрагмы недопустимо образование отложений, изменяющих конст­руктивные параметры и геометрию расходомера.

Считается, что более 70 % находящихся в мировой эксплуатации промыш­ленных расходомеров относятся к типу диафрагменных. Они используются для труб диаметром от 20 мм до 1 м и более. Широкое распространение диафрагмен­ных расходомеров обусловлено их хорошей научной и промышленной освоенно­стью и воспроизводимостью, высокой чувствительностью, простотой конструк­ции и монтажа. Вместе с тем требование использования для диафрагменных рас­ходомеров больших прямых участков трубопровода, непосредственный контакт с измеряемой средой, значительные потери давления, нелинейная зависимость вы­ходного сигнала от расхода и др. являются существенными недостатками. Поэто­му в ряде случаев предпочтительно использование более современных расходо­меров (вихревых, ультразвуковых, электромагнитных и т.д.).

Среди расходомеров переменного перепада давления широкое применение помимо диафрагменных получил (особенно для труб диаметром больше 500 мм) датчик расхода типа усредняющей напорной трубки Annubar, производимый аме­риканской компанией "Dieterich Standart".

Датчик представляет собой трубку особого, ромбовидного профиля, изготов­ленную из специальных материалов (нержавеющая сталь, керамика), которая ус­танавливается вертикально поперек трубопровода и содержит две продольные ус­редняющие камеры - коллекторы (переднюю и заднюю), разделенные между со­бой перегородкой, но соединенные каждая с потоком внешней измеряемой среды отверстиями в оболочке трубки (рис. 6.4).

Рис. 6.4. Схема датчика расхода переменного перепада давления типа Annubar

Ее длина, количество отверстий, их размер и размещение вдоль трубки выбира­ются расчетным путем исходя из диаметра трубопровода. Мерой скорости и рас­хода служит разность полного и статического давлений, которая измеряется соот­ветствующим дифманометром. Ряд моделей имеет встроенный датчик температу­ры.