Расчеты с ресурсоснабжающими организациями и формирование счетов от поставщиков к потребителям невозможны без использования приборов учета. В этом плане электронные расходомеры являются неотъемлемой частью современного производственного процесса промышленных и коммунальных предприятий.
Расходомер — это прибор, предназначенный для измерения расхода жидкости, проходящей через трубопровод, лоток или открытый канал за определенный промежуток времени. Существуют различные методы, с помощью которых осуществляется этот подсчет. В данном материале мы подробно рассмотрим виды приборов, их преимущества и недостатки.
Классификация расходомеров
Расходомеры можно классифицировать по нескольким критериям: по виду расхода, по конструкции первичного преобразователя, по компоновке и по принципу действия.
По виду расхода
Расходомеры классифицируются на:
- Объемные. В таких устройствах определение расхода происходит косвенным методом, путем измерения объема прошедшей через него жидкости или газа и последующего пересчета с использованием известных параметров среды (плотность, температура).
- Массовые. Эти приборы напрямую измеряют массовый расход жидкости, что обеспечивает более высокую точность, особенно при изменениях температуры и плотности среды.
По конструкции первичного преобразователя
Первичный преобразователь – это устройство, которое отвечает за непосредственное измерение расхода рабочей среды (жидкости, газа или пара) в трубопроводе. Он преобразует физический параметр потока в сигнал, который затем обрабатывается вторичным устройством для отображения, регистрации расхода.
От типа прибора зависит точность измерений и простота обслуживания. По способу монтажа первичные преобразователи делятся на следующие типы:
- Полнопроходные. Заменяют собой определенный участок трубы и полностью контактируют со средой. По способу подключения к трубопроводу полнопроходные устройства бывают фланцевыми и межфланцевыми. Оба варианта надежны и обеспечивают достоверные результаты измерения, погрешность которых не более ± 0,5%.
- Погружные. Устройства устанавливаются непосредственно в потоке измеряемой рабочей среды (жидкости или газа) для определения ее расхода. Установка осуществляется через специальные отверстия в трубе, что позволяет выполнять их обслуживание без необходимости остановки технологического процесса. Погружные датчики измеряют поток только в одной точке, поэтому значение рассчитывается с применением коэффициента. Погрешность составляет от 1% и зависит от правильности монтажа.
- Накладные. В этом случае датчики монтируются на внешней поверхности трубопровода, не требуя прямого контакта с транспортируемой средой. Подобным типом датчиков могут быть оборудованы только ультразвуковые модели, которые измеряют значение расхода по скорости прохождения или отражения звуковой волны от взвесей в потоке. Погрешность приборов – ±1%.
Тип расходомера должен быть ориентирован на соответствующие требования к точности, характеристики рабочей среды и условия эксплуатации.
По компоновке
От компоновки прибора зависят не только его фактические габариты, но и сложность установки и дальнейшего обслуживания. Приборы в моноблочном исполнении объединяют в одном корпусе первичный и вторичный преобразователь, что делает их компактными и упрощает монтаж. Не требуются соединительные кабели между блоками, которые в процессе эксплуатации могут повредиться. Однако примять моноблочные расходомеры не всегда удобно, если место установки имеет сложный доступ.
Раздельная конфигурация предполагает, что первичный и вторичный преобразователи расположены отдельно друг от друга, а соединение осуществляется посредством кабеля. Использование подобной компоновки оправдано, если температура измеряемой среды или ее свойства могут навредить работе электронных компонентов вторичного преобразователя или же на трубопроводе присутствуют вибрации, существует вероятность затопления места расположения расходомера.
Кроме этого, раздельная компоновка более удобна для контроля среды в диспетчерской.
По принципу действия
Принцип действия определяет, на основании каких физических явлений, возникающих при движении жидкости или газа, прибор выполняет измерения. Разные виды расходомеров различаются диапазоном измерений, точностью, чувствительностью к загрязнениям, стоимостью и сложностью обслуживания.
Массовые расходомеры
Выполняют контроль за расходом среды на основе массы вещества, проходящего через трубопровод. Они устанавливаются в системах, где предъявляются жёсткие требования к точности измерений или из-за сложных условий эксплуатации другие типы приборов не могут быть применены. Поэтому эти модели чаще всего используются на предприятиях химической, фармацевтической, пищевой, нефтеперерабатывающей промышленности.
Кориолисовые расходомеры выступают наиболее ярким примером приборов для измерения расхода на основе массы вещества. Принцип работы основан на эффекте Кориолиса: когда жидкость или газ движется через вибрационную трубку, возникают силы, заставляющие их деформироваться. В зависимости от диапазона колебаний, можно определить массу транспортируемого в трубопроводе вещества за единицу времени.
Несмотря на универсальность, можно выделить некоторые достоинства и недостатки расходомеров этого типа:
- широкий диапазон измерения, что позволяет определить даже небольшой расход;
- возможность узнать плотность транспортируемого вещества;
- высокая стоимость;
- большой размер и вес в сравнении с другими типами оборудования.
Ультразвуковые расходомеры
Принцип работы этого оборудования основан на измерении скорости потока жидкости или газа с использованием ультразвуковой волны. В зависимости от того, насколько быстро движется среда в трубопроводе, оказывается большее или меньшее влияние на время прохождения сигнала в направлении потока или против него. Расход рассчитывается вычислительным блоком исходя из значения скорости потока и данных о диаметре трубы.
Так работают время-импульсные ультразвуковые расходомеры, но есть и доплеровские модели, основанные на эффекте Доплера. Эти приборы измеряют изменение частоты ультразвукового сигнала, отраженного от взвешенных частиц или пузырьков газа в потоке. В результате один датчик излучает и принимает ультразвуковую волну. Изменение частоты отраженного сигнала пропорционально скорости движения взвесей, что позволяет определить расход без необходимости полного погружения сенсора в среду. Это делает доплеровские ультразвуковые расходомеры оптимальным решением для выполнения измерений в безнапорных трубопроводах, например, для учета отводимых сточных вод.
Плюсы и минусы расходомеров этого типа во многом зависят от условий эксплуатации и конкретного прибора, но можно выделить основные, которые характерны для всех модификаций этих устройств:
- подходят для измерения жидкостей, газов и двухкомпонентных сред;
- характеризуются высокой точностью даже в накладном исполнении;
- отсутствие подвижных элементов повышает надежность и долговечность.
Одним из недостатков выступает чувствительность к изменению давления и температуры. Для некоторых моделей существует нижний предел скорости потока, при котором измерение становится невозможным. Неравномерный профиль скорости потока может исказить результаты измерения.
Электромагнитные расходомеры
Работа устройств основана на законе индуктивности Фарадея, согласно которому напряжение, индуцируемое средой, движущейся в магнитном поле, пропорционально ее скорости. Прибор состоит из измерительной трубы или пружины, сделанной из непроводящего материала, чтобы исключить его влияние на результат измерений. Катушки создают постоянное магнитное поле перпендикулярно направлению потока и электродам. Последние фиксируют напряжение, индуцируемое в жидкости, передают показания в блок управления, который анализирует сигнал, и преобразует его в значение расхода.
Магнитные расходомеры имеют свои преимущества и недостатки:
- не чувствительны к изменениям температуры, давления, вязкости и плотности измеряемой жидкости (в определенных пределах);
- не создают дополнительного гидравлического сопротивления и не оказывают влияния на движение среды, что важно для сохранения целостности продукта;
- могут измерять показатели в широком диапазоне;
- не подходят для измерения расхода диэлектриков (например, масла, бензина, воздуха);
- наличие твердых частиц, примесей и отложений на электродах может снизить точность измерений;
- подвержены влиянию внешних электромагнитных полей, что требует экранирования и правильного заземления.
Как выбрать расходомер?
Здесь нужно обратить внимание на следующие факторы:
- условия эксплуатации;
- допустимая погрешность;
- условия монтажа;
- диаметр трубы;
- совместимость со средой.
Отдельно стоит отметить дополнительные функции: измерение температуры, давления, возможность интеграции с автоматизированными системами управления технологическими процессами (АСУТП), приборы должны поддерживать необходимые протоколы передачи данных, например, Modbus или Profibus, наличие встроенной памяти, возможность работы в условиях взрывоопасной среды.
Заключение
Мы рассмотрели различные типы расходомеров, их принципы работы, преимущества и недостатки. Важно помнить, что выбор конкретного типа расходомера зависит от множества факторов.
