Парциальные расходомеры – измерительные приборы, в которых  расход  вещества определяется через некоторую долю основного потока в небольшой трубе, подключенной параллельно  к основному трубопроводу.

 

Все парциальные расходомеры можно поделить на три основные группы:

• расходомеры, у которых ответвленный поток возвращается в основную трубу,
• расходомеры с невозвращаемым ответвленным потоком,
• расходомеры, парциальный поток которых образуется вспомогательным веществом.

На практике применяют разные способы ответвлений. Чаще всего в трубопроводе устанавливают сужающее устройство (сопротивление), а концы обводной трубки присоединяют с двух сторон от него.  Из-за разности статических давлений в обводной трубке возникает парциальный поток, измерить расход которого нам и требуется.

В другом случае обводная трубка вводится в основную трубу так, что ее переднее отверстие направлено навстречу потоку, а заднее – в противоположную строну. Здесь, в обводной трубке, парциальный поток  образуется за счет разности динамических давлений у ее концов.

Еще один способ ответвления от основного потока обводная трубка ставится на колене трубы, там под влиянием центробежных сил создается разность давления, которая зависит от расхода.  Последний способ позволяет измерять расход вещества на всасывающем парубке коленчатой формы у крупных вертикальных насосов.

Для правильной работы парциального расходомера необходимо, чтобы непосредственно измеряемый расход q был строго пропорционален основному расходу Q.  Для этого, прежде всего, нужно чтобы все проходные сечения в обводной трубке не изменялись, не было загрязнения  обводной трубки и сужающего устройства или гидравлического сопротивления, если таковое имеется, а так же чтобы соблюдалось равенство или постоянство отношения плотностей среды в основной и обводной трубах.

Парциальные расходомеры в основном применяют, если нужно измерить расход жидкости в трубе большого диаметра (водооросительные системы).

Преимущества расходомеров данного типа:

• Сравнительная  дешевизна;
• Возможность серийного производства;
• Можно применять в трубопроводах разного диаметра;
• С их помощью можно измерить даже пульсирующий расход.

Основным недостатком парциальных расходомеров является повышенная погрешность.

Парциальные расходомеры с переменным перепадом давления.

Для того чтобы обеспечить пропорциональность между расходами Q и q в обводную трубку дополнительно ставят диафрагму (если парциальный поток создается с помощью сужающего устройства). Но измерять расход с помощью этой диафрагмы удобно только при пульсирующем расходе. В этом случае пульсации в обводной трубке сглаживают с помощью  емкостей небольшой мощности.

Рисунок 1- Схема парциального расходомера для измерения пульсирующего расхода газа (1 - диафрагма1, 2 - диафрагма2, 3 - дифманометр, 4,5 - мембраны, 6 - диафрагма3, 7 - основной трубопровод, 8 - фильтр, 9 - дроссель, 10 - сопло1, 11 - сопло2, 12 - емкость для измерения воздуха, 13 - счетчик, 14 - обводная трубка)

Для измерения расхода q имеется другая диафрагма 2 и димфанометр. Полистироловые мембраны  (толщиной 0,1 мм, диаметром 8 мм) установлены c обеих сторон диафрагмы1, воспринимающие давления образующиеся с обеих сторон диафрагмы 3,которая  помещена в основном трубопроводе. Так же, мембраны отделяют от загрязненного газа диафрагму 1, и чистый воздух постоянно притекает через нее, предварительно пройдя через фильтр и дроссель. В центре мембран укреплены стальные диски, находящиеся против отверстий сопло1 и сопло2. Это позволяет  автоматически поддерживать равенство давлений в основном трубопроводе и в обводной трубке. Через сопло1лишний  воздух удаляется в атмосферу, а значение парциального расхода q определяется степенью открытия сопла 2. Для сглаживания пульсаций давления перед измерительной диафрагмой 2  служит небольшая емкость, а для измерения количества прошедшего воздуха — камерный счетчик.

В тех случаях, когда требуется применение расходомера с невозвращаемым парциальным потоком расход q последнего можно измерить с помощью гидравлического сопротивления (так как оно обладает линейной харак-теристикой) и, кроме того, с помощью особого компенсатора исключить влияние изменения давления р и температуры t газа на результаты измерения.

Рисунок 2- Схема расходомера с парциальным невозвращаемым потоком: (1 - газопровод, 2 - диафрагма1, 3 - фильтр, 4 - диафрагма2, 5 - камера, 6 - сопло1, 7 - сопло2, 8 - ламинарное сопротивление, 9 - счетчик газа, 10 - компенсатор, 11 - сопло3, 12 - мембрана1, 13 - мембрана2, 14 - пружина, 15 - дроссель, 16 - дифманометр, 17 - сильфон, 18 - заслонка)

Перепад давлений  в газопроводе  создает диафрагма1. Ответвляемый парциальный поток последовательно проходит через фильтр, диафрагму2, камеру, два сопла 1и 2, далее через ламинарное сопротивление, счетчик газа, минуя компенсатор и наконец через сопло 3 удаляется в атмосферу. Давление после диафрагмы 2 почти равно давлению после диафрагмы 1,потому что площадь мембраны 1 более чем в 1000 раз превосходит площадь сопла4, а перепад давления на сопле4 ограничен регулятором. Последний  состоит  из небольшой мембраны 2, сопла 2 и настраиваемой пружины. Постоянные времени камер, последние расположены по обе стороны мембраны1, можно согласовать с помощью дросселя. Для измерения расхода парциального потока служит ламинарное сопротивление  и дифманометр, а для измерения его количества — счетчик газа. На выходе из последнего поддерживается постоянная плотность газа с помощью компенсатора, имеющего сильфон, внутреннее пространство которого заполнено газом при некотором избыточном давлении. Заслонка, которая  закреплена в центре сильфона, регулирует выход газа через сопло 4. Для того чтобы избежать автоколебания сильфона, внутренняя его  полость разделена на две части и имеет дроссель для перетекании газа из одной части в другую. Стоит отметить, что пропорциональность между расходами Q и q будет нарушена в результате загрязнения фильтра. Поэтому для измерения расхода загрязненного газа более надежна схема, показанная на рисунке 1.

В некоторых схемах для обеспечения равенства температур основной и парциальной диафрагмами последнюю заключают    в гильзу, которую  монтируют в основном трубопроводе.

Парциальные расходомеры постоянного перепада давления.

При измерении парциального расхода q ротаметром или другим расходомером постоянного перепада давления не будет пропорциональности между расходами Q и q. В  этом случае зависимость между расходом q и перепадом давления на концах обводной трубки будет иметь вид

где k1- перепад давления на поплавке ротаметра, не зависящий от расхода;

      k3 — коэффициент, учитывающий сопротивление всех остальных частей трубки.

Наименьший расход Q_min, измеряемый таким расходомером, соответствует точке 1 (рисунок 3).Наибольший Q_max- точке 2.

Рисунок 3- Зависимость расхода q в обводной трубке от основного расхода Q для парциального ротаметра.

Диапазон измерения определяется  соотношением Q_max/ Q_min,которое  будет равно 1,7-2,5. Этот диапазон можно увеличить двумя способами:

1. уменьшив коэффициент к1, перейдя  к более легким поплавкам,
2. увеличив к3,установив в обводной трубке дополнительного сопротивления, например диафрагмы.

Первое приближает  точку 1 к началу координат, а значит, уменьшает Q_min. Второе будет снижать наклон асимптоты 0 а и удалять точку 2, т. е. будет увеличивать Qmax. Не стоит забывать, что загрязнение обводной трубки вызовет увеличение k3, и снижение угла наклона асимптоты 0 а, т. е. нарушение градуировочной кривой.

Парциальные электромагнитные расходомеры.

Зачастую электромагнитных парциальные расходомеры применяются на больших водоводах оросительных систем при скоростях не менее 1,5 м/с. Здесь парциальный поток через обводную трубку создается за счет разности динамических давлений у концов обводной трубки диаметром 60 или 80 мм. Диаметр основного трубопровода 500—3000 мм.Входное отверстие находится на расстоянии 0,24R от стенки, а выходное— непосредственно у стенки трубы, имеющей внутренний радиус R. Обводная трубка расположена в горизонтальной плоскости, проходящей через диаметр основной трубы. Скорость в обводной трубке в среднем 0,84 от скорости в основном потоке. В таких расходомерах можно добиться одинаковой скорости потока в основном трубопроводе и обводной трубке, за счет усложнения конструкции, однако нужно  избегать слишком малых скоростей в обводной трубке для предотвращения в ней осадков.

Даже для труб диаметром 300—2400 мм разработаны парциальные электромагнитные расходомеры воды. Для измерения агрессивных или загрязненных жидкостей обводную трубку, во избежание коррозии, выполняют из пластмассы. На ней устанавливают вертикально преобразователь электромагнитного расходомера. В верхней части трубки имеется кран для выпуска воздуха. Приведенная погрешность таких расходомеров ±3%.

Парциальные турбинные расходомеры и счетчики.

Турбинные счетчики в качестве парциальных приборов для измерения количества воды применялись в России еще в начале XX в. На сегодняшний день рекомендуется такое же применение турбинных счетчиков калибром от 15 до 40 мм при длине обводных трубок от 600 до 1000 мм. Диаметр трубок обычно выбирают так, чтобы потеря в ней составляла не более 20 % от общей потери вместе с турбинным счетчиком. Это заметно снизит влияние загрязнения и коррозии трубок на точность измерения. Во многих случаях, особенно при загрязненной жидкости и больших диаметрах труб, для создания разности давлений у концов обводной трубки вместо стандартной диафрагмы лучше установить сегментную диафрагму.

Для больших диаметров труб  разработан переносной парциальный измеритель количества воды зондового типа с турбинным счетчиком калибром 20 мм. Входное отверстие обводной трубки диаметром 20 мм направлено навстречу потоку, а выходное — в противоположную сторону. Парциальный поток в трубке устанавливается под влиянием разности динамических давлений у ее концов. [1]

Парциальные тепловые расходомеры.

Благодаря полному отсутствию контакта с измеряемым веществом термоконвективные тепловые расходомеры достаточно часто встречаются на практике. Но их преобразователи расхода обычно изготовляют для труб малого диаметра. В случае применения этих преобразователей в качестве парциальных они могут служить также и для измерения средних и больших расходов.

Рисунок 4-Схема теплового парциального расходомера.

В качестве примера парциального термоконвективного расходомера приведена схема на рисунке 4. Ее особенность — отсутствие отдельного проволочного нагревателя. Нагревается сама обводная трубка 3, включенная в контур вторичной обмотки трансформатора 6. С появлением расхода возникает разность температур по длине трубки 3, которая воспринимается двумя термопарами 4 и измеряется милливольтметром 5. Мощность нагрева постоянная. Расходомер работает на восходящей ветви кривой. Диафрагма 1 создает разность давлений у концов трубки 3, а диафрагма 2 обеспечивает пропорциональность между основным Q и парциальным q расходами. Во избежание засорения трубки 3, которое может нарушить соотношение между расходами Q и q, обводную трубку рекомендуется присоединять к верхней части основного трубопровода.

Иногда встречаются схемы парциальных термоконвективных расходомеров, где автоматически поддерживается постоянный расход q в обводной трубке, постепенно открывая и закрывая регулирующий клапан в основном трубопроводе. Такие схемы обычно используют  для измерения расхода тяжелых остатков перегонки нефти или расхода воздуха  при повышенных давлениях. В основном трубопроводе между местами присоединения обводной трубки установлен клапан. Самоуравновешивающийся электрический мост, снабженный пневматическим реле на выходе, поддерживает постоянную разность температур в термоконвективном преобразователе, перемещая с помощью пневматического исполнительного механизма клапан так, чтобы перепад на концах обводной трубки, а значит, и расход q в ней оставался неизменным. Расход Q определяют по степени открытия клапана или по величине управляющего пневматического сигнала. Главная задача схемы - избежать слишком малой скорости в обводной трубке при малых расходах q и связанной с этим опасности ее загрязнения. Купить Расходомеры по доступной цене.

Используемая литература:

1. 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