История расходомеров начинается с 1797 года, когда итальянский ученый Джованни Баттиста Вентури опубликовал работу в области гидравлики: исследование об истечении воды через короткие цилиндрические и расходящиеся насадки. В 1887 американским учёным К. Гершелем был предложен водомер, названный именем Вентури. Известна трубка Вентури для измерения скорости в воздушном и водяном потоке и для создания вакуума в авиационных гироскопах. В 1962 г. инженер Хейнрих Кюблер изобрёл магнитный выключатель, позволивший разрабатывать и изготавливать приборы для измерения уровня жидких и сыпучих материалов. Следом за ним были разработаны поплавковые магнитные выключатели, телеметрические датчики уровня и байпасные указатели уровня.
Ультразвуковая модификация расходомера была придумана Юрием Александровичем Ковалем, преподавателем кафедры основ радиотехники Харьковского национального университета радиоэлектроники. Патент на турбинный расходомер был выдан в 1970 г сотрудникам НИИ теплоэнергетического приборостроения СССР.
Продукция Вестмедгрупп охватывает весь спектр приспособлений для интенсивной терапии, в частности, расходомеры Flowmeter, признанного производителя измерительного оборудования.
Расходомеры - технические устройства, предназначенные для измерения массового или объемного расхода.
Существует много различных признаков, по которым можно классифицировать расходомеры (например, по точности, диапазонам измерений, виду выходного сигнала и т. п.). Однако наиболее общей является классификация по принципам измерений, по тем физическим явлениям, с помощью которых измеряемая величина преобразуется в выходной сигнал первичного преобразователя расходомера (датчика).
Расходомеры – это комплектующие принадлежности к медицинским газам. В медицинской сфере расходомеры устанавливаются на: газораспределительную консоль, криогенный газификатор, шприцевой насос, на систему газораспределительного централизованного больничного оборудования.
Значительная часть серийно выпускаемых расходомеров имеет класс точности (приведенную погрешность) 1—1,5 %. Если принять, что измерения преимущественно проводятся в середине шкалы, относительная погрешность этих измерении составляет 2—3 %. С учетом же влияния раз-личных дестабилизирующих факторов действительная погрешность будет еще больше.
В то же время для эффективного управления технологическими процессами в нефтяной, газовой, химической отраслях промышленности, энергетическими и транспортными установками, для учетных операций уже сегодня требуется на порядок более высокая точность измеренийрасхода. Именно это обстоятельство обусловливает необходимость создания и внедрения расходомеров, имеющих класс не хуже 0,1—0,3 %.
Характерная особенность расходоизмерительной практики — чрезвычайно широкая номенклатура измеряемых веществ, имеющих различные физико-химические свойства — плотность, вязкость, температуру, фазовый состав и структуру. Поэтому в этой области измерений особенно остро стоит проблема создания приборов инвариантных (малочувстви-тельных) к физико-химическим свойствам измеряемых сред, к неинформативным параметрам входного сигнала.
Изыскание новых принципов стабилизации функции преобразования, использование систем автоматической коррекции показаний, введения поправок — таковы основные направления технического поиска решения этой проблемы.
Конструктивно в общем случае расходомеры состоят из первичного преобразователя – измерительной части и вторичного преобразователя – электронного блока. По конструкции первичных преобразователей их можно разделить на следующие виды:
Обе разновидности фланцевого соединения одинаково надежны, однако, сэндвичевое соединение требует большей аккуратности при выполнении сварочных работ и монтаже расходомера. С другой стороны, стоимость расходомеров с сэндвичевым соединением значительно ниже, чем с фланцевым по причине меньшей металлоемкости.
Полнопроточные расходомеры точнее всех определяют среднюю скорость потока, так как производят измерения по всему сечению потока. Соответственно они имеют более низкую погрешность измерений, вплоть до ±0,2…0,5% измеряемой величины. Точность измерения расхода массовыми кориолисовыми расходомерами практически не зависит от профиля потока, что позволяет добиться погрешности измерения массового расхода порядка ±0,1…0,2% измеряемой величины.
Погружные расходомеры производят измерения скорости потока в одной точке. Средняя скорость потока определяется в них на основании существующих теоретических и экспериментальных зависимостей распределения скоростей потока по сечению трубопровода. Различные возмущающие воздействия приводят к искажению профиля потока, что не может не сказываться на результатах измерения этими приборами. На данный момент погрешность измерений погружных расходомеров составляет порядка ±1…2% шкалы и существенно зависит от правильности их установки.
Ультразвуковые расходомеры измеряют скорость потока в одной или нескольких плоскостях сечения потока в зависимости от количества первичных преобразователей, что определяет их погрешность измерений расхода, составляющую ±1…3% измеряемой величины. Погрешность данных приборов также зависит от правильности и места установки первичных преобразователей.
По компоновке расходомеры могут быть:
В большинстве случаев целесообразнее применять расходомеры в интегральном исполнении. Однако, существует ряд факторов, при наличии которых используют расходомеры в разнесенном исполнении:
На многих производствах существуют взрывоопасные зоны, в которых из-за утечек и испарения горючих веществ находятся или могут возникать взрывоопасные газовые среды. В таких зонах необходимо применять расходомеры во взрывозащищенном исполнении.
Наибольшее распространение получили два вида взрывозащиты расходомеров: искробезопасная цепь – данный метод подразумевает, что при возникновении искры в электрических цепях прибора ее мощности будет недостаточно для воспламенения взрывоопасной смеси;
взрывонепроницаемая оболочка – данный метод подразумевает, что электрические цепи прибора помещены в специальную особо прочную оболочку. При этом не исключается контакт электрических цепей со взрывоопасной смесью и возможность ее воспламенения, но гарантируется, что оболочка выдержит возникшее в результате взрыва избыточное давление, т. е. вспышка не выйдет за пределы взрывонепроницаемой оболочки.
Рекомендации по выбору расходомера
Классификация задач измерения расхода
По функциональному назначению задачи измерения расхода в промышленности условно можно разделить на две основные части:
Задачи учета предъявляют высокие требования к погрешности измерений расхода и стабильности работы расходомера, т. к. его показания являются основанием для расчетных операций между поставщиком и потребителем. К задачам оперативного учета относятся такие применения, как межцеховой, внутрицеховой учет и т. д. В зависимости от требований, предъявляемых к данным задачам, возможно использование расходомеров более простой конструкции с большей погрешностью измерений, чем при коммерческом учете.
Задачи контроля и управления технологическими процессами весьма разнообразны, поэтому выбор типа расходомера зависит от степени важности и требований, предъявляемых к данному процессу.
По условиям измерения задачи определения расхода можно классифицировать следующим образом:
Задачи измерения расхода в полностью заполненных трубопроводах являются стандартными, и большинство расходомеров предназначены именно для данного применения. Задачи второй группы являются специфичными, т. к. требуют, в первую очередь, определения уровня жидкости. Причем, в зависимости от типа лотка или канала, определение расхода возможно через измеренный уровень на основе теоретически доказанных и экспериментально подтвержденных зависимостей расхода жидкости от уровня. Однако, существуют применения, где наряду с измерением уровня жидкости в канале, лотке или не полностью заполненном трубопроводе необходимо определение и скорости потока.
Измерение расхода жидкостей
Для измерения расхода жидкостей в промышленных условиях целесообразно применять электромагнитные, ультразвуковые, массовые кориолисовые расходомеры и ротаметры. Кроме того, в ряде случаев оптимальным решением может быть применение вихревых расходомеров и расходомеров переменного перепада давления.
При выборе приборов для измерения расхода электропроводящих жидкостей и пульп в первую очередь рекомендуется рассмотреть возможность применения электромагнитных расходомеров.
В силу своих конструктивных особенностей, разнообразия материалов футеровки и электродов данные приборы имеют широкую область применения и используются при измерении расхода следующих сред:
Высокая точность измерения (± 0,2…0,5% измеряемой величины), малое время отклика (до 0,1 с в зависимости от модели), отсутствие движущихся частей, высокая надежность и длительный срок службы, минимальное обслуживание – все это делает полнопроточные электромагнитные расходомеры оптимальным решением задач измерения расхода и учета количества электропроводящих сред в трубопроводах малого и среднего диаметра.
Погружные электромагнитные расходомеры широко применяются в задачах оперативного контроля и технологических процессах, где не требуется высокая точность измерений, а также при измерении расхода в трубопроводах больших диаметров (> CN400) и скорости потока в открытых каналах и лотках.
Ультразвуковые расходомеры в основном применяются для измерения расхода неэлектропроводящих сред (нефть и продукты ее переработки, спирты, растворители и др.). Полнопроточные расходомеры применяются как в узлах коммерческого учета, так и для управления технологическими процессами. Погрешность измерения данных приборов, в зависимости от исполнения, составляет порядка ± 0,5% измеряемой величины. В зависимости от принципа измерения среда должна быть чистой (времяимпульсные расходомеры) или с содержанием нерастворенных частиц и/или нерастворенного воздуха (доплеровские расходомеры). В качестве примера сред для второго случая можно указать гидросмеси, суспензии, буровые растворы и др.
Расходомеры с накладными датчиками просты в монтаже и, как правило, применяются для оперативного учета и в неответственных технологических процессах (погрешность порядка ±1…3% шкалы) или в применениях, где нет возможности установки полнопроточных расходомеров.
Массовые кориолисовые расходомеры, в силу своего принципа измерения, могут измерять расход практически любых сред. Данные приборы отличаются высокой точностью измерений (± 0,1…0,5% измеряемой величины при измерении массового расхода) и высокой стоимостью. Поэтому кориолисовые расходомеры в первую очередь рекомендуется применять в узлах коммерческого учета, процессах дозирования/наполнения или ответственных технологических процессах, где необходимо измерять массовый расход среды или контролировать сразу несколько параметров (массовый расход, плотность и температуру).
В качестве материалов измерительных трубок в массовых расходомерах используются, как правило, нержавеющая сталь, сплав Hastelloy, поэтому данные приборы не годятся для измерения высококоррозионно-активных сред. Также на точность измерения расхода массовыми расходомерами сильно влияет наличие нерастворенного газа в измеряемой среде.
Ротаметры применяются для измерения малых расходов. Класс точности данных приборов, в зависимости от исполнения, варьируется в пределах 1,6…2,5.
В качестве материалов измерительной трубки используются нержавеющая сталь и фторопласт PTFE, что позволяет применять ротаметры для измерения расхода коррозионно-активных сред.
Металлические ротаметры также позволяют измерять расход высокотемпературных сред. Необходимо отметить, что измерение расхода адгезионных, абразивных сред и сред с механическими примесями с помощью ротаметров невозможно. Кроме того, существует ограничение по монтажу данного типа расходомеров: их установка допускается только на вертикальных трубопроводах с направлением потока измеряемой среды снизу вверх. Современные ротаметры, кроме индикаторов, могут оснащаться микропроцессорным электронным модулем с выходным сигналом 4…20 мА, счетчиком суммарного количества и конечными переключателями для работы в режиме реле потока.
Несмотря на то, что вихревые расходомеры разрабатывались специально для измерения расхода газа/пара, их возможно применять также для измерения расхода жидких сред. Однако, в силу их конструктивных характеристик, наиболее рекомендуемыми применениями данных приборов в задачах оперативного учета и контроля технологических процессов, являются: измерение расхода высокотемпературных жидкостей с температурой до +450 °С; измерение расхода криогенных жидкостей с температурой до -200 °С; при высоком, до 25 МПа, технологическом давлении в трубопроводе; измерение расхода в трубопроводах большого диаметра (погружные вихревые расходомеры). Жидкость при этом должна быть чистой, однофазной, с вязкостью не более 7 сП.
Измерение расхода газа и пара
В отличие от жидкостей, которые условно можно считать практически несжимаемыми средами, объем газовых сред существенно зависит от температуры и давления. Поэтому при учете количества газов оперируют объемом и расходом, приведенными либо к нормальным условиям (T = 0 °C, P = 101,325 кПа абс.), либо к стандартным условиям (Т = +20 °С, Р = 101,325 кПа абс.).
Таким образом, для измерения количества газа и пара наряду с объемным расходомером необходимы датчики давления и температуры, либо плотномер, либо массовый расходомер, а также вычислительное устройство (корректор или другой вторичный прибор с соответствующими математическими функциями). При регулировании расхода газов в технологических процессах зачастую ограничиваются измерением одного лишь объемного расхода, но для точного регулирования также необходимо определять расход при нормальных условиях, особенно в случае значительных колебаний плотности газа.
Наиболее часто для измерения расхода газа и пара применяется метод переменного перепада давления (ППД), причем в качестве первичных преобразователей расхода традиционно используются сужающие устройства, в первую очередь – стандартная диафрагма. Основными преимуществами расходомеров ППД является беспроливная поверка, невысокая стоимость, широкий диапазон применений и большой опыт эксплуатации. Тем не менее, данный метод обладает и весьма серьезными недостатками: квадратичной зависимостью перепада давления от расхода, большими потерями давления на сужающих устройствах и жесткими требованиями к прямым участкам трубопровода. В результате в настоящее время как в России, так и во всем мире имеется четкая тенденция по замене расходомерных комплексов с сужающими устройствами на расходомеры с другими принципами измерения. Для трубопроводов малых и средних диаметров сейчас существует широкий выбор различных методов и средств измерения расхода, но для трубопроводов диаметром 300…400 мм и выше альтернатива методу ППД практически отсутствует. Избавиться от недостатков традиционных расходомеров ППД с сужающими устройствами, сохранив при этом преимущества самого метода, позволяет использование в качестве первичных преобразователей расхода осредняющих напорных трубок серии Torbar, а в качестве средств измерения перепада давления (дифманометров) – цифровых датчиков разности давления серии EJA/EJX. При этом потери давления уменьшаются в десятки и сотни раз, прямые участки сокращаются в среднем в 1,5…2 раза, динамический диапазон по расходу может достигать 1:10.
В последнее время более широкое применение для измерения расхода газа и пара находят вихревые расходомеры. По сравнению с расходомерами переменного перепада давления они обладают более широким динамическим диапазоном, меньшими потерями давления и прямыми
участками. Наиболее эффективны данные приборы в задачах учета, прежде всего коммерческого, и в ответственных задачах регулирования расхода. Использование расходомера со встроенным датчиком температуры либо стандартного расходомера совместно с датчиками температуры и давления позволяет определить массовый расход среды, что особенно актуально при измерении расхода пара.
Однако данные приборы в силу особенностей своего принципа измерения не применяются для:
измерения расхода многофазных, адгезионных сред и сред с твердыми включениями; измерения расхода сред с малыми скоростями потока.
При малых и средних скоростях потока для измерения расхода газов широко применяются ротаметры. Данные приборы рассчитаны на работу как с высокотемпературными, так и с коррозионно-активными средами и широко используются в различных исполнениях. Однако как указывалось выше, ротаметры монтируются только на вертикальных трубопроводах с направлением потока снизу вверх и не применяются при измерении расхода адгезионных сред и сред с содержанием твердых включений, в том числе абразивных.
Компания ВестМедГрупп поставляет высококачественные расходомеры медицинского назначения.
Обычная версия
