Техническая поддержка. Приборы учета - всеми ли можно пользоваться

«Главная» метрологическая характеристика любого средства измерений — это его погрешность. Погрешностью средства измерений мы называем разность между показаниями данного средства и истинным значением измеряемой физической величины. Но здесь есть одна «философская» тонкость. Истинные значения нам неизвестны в принципе — иначе измерения не нужны были бы вовсе. Поэтому мы определяем погрешность во время поверки, сравнивая показания поверяемого средства измерений с неким эталоном (или с показаниями эталонного средства измерений) — и считаем, что в ходе эксплуатации наше средство измеряет с погрешностью не хуже той, которая была продемонстрирована в метрологической лаборатории. Но это — тоже условность, и связана она с тем, что «погрешности бывают разные».

Если мы заглянем, например, в паспорт комплекта термопреобразователей сопротивления, то найдем там такие метрологические характеристики этого средства измерений:

• диапазон измеряемой разности температур — от 0 до 180°С;
• погрешность измерения разности температур — ±(0,10+0,002Dt).

Отсюда ясно, что если разность температур, которую мы измеряем, составляет, например, 100°С, то при измерениях при помощи данного комплекта термопреобразователей мы, возможно, ошибемся в ту или другую сторону, но не более чем на 0,3°С. Все просто и понятно. А теперь открываем паспорт какого-либо расходомера и читаем что-то вроде вот этого:

• предел допускаемой основной относительной погрешности при преобразовании расхода в выходной электрический сигнал — ±1,0%.

Понятно, что «относительная погрешность» — это та, которая нормируется не в литрах (кубометрах), а в процентах. Т.е. при измерениях расхода 1 м 3 /час данный расходомер «имеет право» ошибаться на 0,01 м 3 /час, при измерениях расхода 100 м 3 /час — уже на 1 м 3 /час. А вот что такое «основная погрешность»? И если есть «основная», то должны быть и некие «дополнительные»?

Да, они есть. Например, температурная погрешность, которая зависит от температуры измеряемой жидкости. Подавляющее большинство отечественных производителей в своей документации о дополнительных погрешностях ничего не пишут. Вероятно, тем самым они намекают на то, что любые дополнительные погрешности пренебрежимо малы по сравнению с основной. Но в руководствах по эксплуатации некоторых приборов можно найти, например, такие сведения:

• пределы дополнительной погрешности от влияния температуры измеряемой среды — 0,05% на каждые 10°С.

Много это или мало? На 100°С — уже 0,5%, т.е. половина основной погрешности...

Но к чему мы начали весь этот разговор? К тому, что, говоря о погрешности, нужно ясно понимать, что это такое, и о какой именно погрешности идет речь. Производитель, указывая в документации только предел основной относительной погрешности, как бы «минимизирует свои риски». Ведь раз нормирована только эта погрешность (эта составляющая погрешности), то и при поверке — на стенде — будет контролироваться только она, по ней расходомер будет получать допуск в эксплуатацию. А в этой самой эксплуатации — в подвале — будут проявляться и другие, дополнительные погрешности, и они могут быть значительными, но мы о них ничего не знаем и не можем их контролировать. Т.е. расходомер должен ошибаться, например, не более чем на 1%, но может ошибаться и на 1,5%, и еще на сколько-нибудь, и это может быть объяснено, но не может повлечь за собою никаких санкций. Парадокс? Возможно.

Что интересно: в наших «Правилах учета тепловой энергии и теплоносителя» требования к метрологическим характеристикам расходомеров (водосчетчиков) сформулированы так (п.5.2.4.):

«Водосчетчики должны обеспечивать измерение массы (объема) теплоносителя с относительной погрешностью не более 2%... ».

Данная формулировка порождает вопросы. Во-первых, о какой погрешности идет речь — «основной» или «вообще»? Если в документах моего водосчетчика написано: «основная относительная — 2%», то пригоден ли он для учета «по Правилам»? Ведь если основная — уже 2%, и есть какие-либо дополнительные, то «в сумме» получим больше... Во-вторых, в Правилах говорится о погрешности измерений «массы (объема)». Но подавляющее большинство типов применяемых в теплоучете расходомеров массу не измеряют — это функция тепловычислителя. Мы можем предположить, что погрешность «расчета» вычислителем массы по показаниям «объемных» расходомеров (в таком расчете будут участвовать еще и показания термопреобразователей, и датчиков давления, если они есть) пренебрежимо мала, и можно считать погрешность измерений массы теплосчетчиком равной погрешности измерений объема водосчетчиком (расходомером). Но это, в общем-то, не совсем строгое и не вполне законное предположение.

Проливная поверочная установка

Также некорректно отождествлять погрешность измерений расхода и объема, поскольку расход и объем — это разные физические величины. Все гораздо более понятно, когда речь идет о единых теплосчетчиках: для них нормированы погрешности «каналов измерения» объемов и масс. Но когда мы берем отдельный расходомер, в паспорте которого — «предел допускаемой основной относительной погрешности преобразования объема в выходной электрический сигнал», то понять, соответствует ли он требованиям Правил учета, непросто. Также непросто сравнить его с каким-либо другим расходомером, для которого производитель указал, например, «предел допускаемой относительной погрешности измерений расхода». Разные формулировки, но разный ли в них смысл? Формально — да.

Следующий нюанс: любой расходомер метрологически работоспособен только в каком-то определенном диапазоне измеряемых расходов. Т.е. не может измерять (или может, но с погрешностями, при которых измерения уже не имеют практического смысла) слишком маленькие и слишком большие расходы. Величины нижнего и верхнего пределов диапазона, а также соотношение между ними (так называемый динамический диапазон) зависят от диаметра расходомера (Ду, условный проход) и от его типа. Так, например, качественный электромагнитный расходомер способен измерить меньший расход, чем качественный же вихревой того же Ду; электромагнитный расходомер Ду20 способен измерить меньший расход, чем электромагнитный расходомер той же марки Ду200 — и т.д., и т.п. Для иллюстрации приводим таблицу, в которой указаны диапазоны неких вихревого, ультразвукового и электромагнитного преобразователей расхода, в которых «относительная погрешность преобразования расхода и объема в выходные сигналы» (вероятно, основная), не выходит за рамки ±1%.

При этом производитель для тех же расходомеров в рекламе может указывать большие динамические диапазоны: например, 1:100 для ультразвукового и т.д. Это не обман: просто «широкий» диапазон делится на поддиапазоны: «внизу» (например, от 0,7 до 1,4 м 3 /час для Ду50) погрешность не превышает 3%, «вверху» (от 1,4 до 70 м 3 /час)1:100 не превышает 1%, что и отражено в нашей таблице. А, например, для нашего вихревого «рекламный» диапазон составит 1:32, но в его нижней части (например, от 1,0 до 2,0 м 3 /час для Ду50) погрешность нормирована на уровне 1,5%. Таким образом, сравнивать эти «1:32» с «1:100» ультразвукового расходомера напрямую нельзя; корректно сравнивать только те диапазоны, в которых для данных расходомеров нормирована одинаковая погрешность.

Кстати, частично процитированный нами выше п.5.2.4 Правил учета более полно выглядит так:

«Водосчетчики должны обеспечивать измерение массы (объема) теплоносителя с относительной погрешностью не более 2% в диапазоне расхода воды и конденсата от 4 до 100% ».

«От 4 до 100%» — это динамический диапазон 1:25, т.е. значение расхода на нижней границе составляет 4% или одну двадцать пятую часть от значения на верхней границе. По приведенной нами выше таблице видно, что ультразвуковой и электромагнитный расходомеры укладываются в эти рамки «с большим запасом»: у них погрешность не превышает 1% в диапазонах 1:50 и 1:100 соответственно. Вихревой также уложился: хотя в таблице видим диапазон всего 1:16, но из пояснений под таблицей знаем, что у данного прибора погрешность не превышает 1,5% в динамическом диапазоне 1:32.

Итак, из всего вышесказанного должно стать понятно, что, оценивать или сравнивать метрологические характеристики различных расходомеров можно только тогда, когда они, образно говоря, «приведены к общему знаменателю». Т.е. когда речь идет об одних и тех же составляющих погрешности и о диапазонах, в которых погрешности рассматриваемых приборов одинаковы.

Очень часто в разговорах применительно к расходомерам используют понятие «класс точности». Например, говорят: «наш расходомер имеет класс точности 1% ». Однако согласно общепринятому определению (см. «РМГ 29-99. Рекомендации по межгосударственной стандартизации. Государственная система обеспечения единства измерений. Метрология. Основные термины и определения») «класс точности — это обобщенная характеристика данного типа средств измерений, как правило, отражающая уровень их точности, выражаемая пределами допускаемых основной и дополнительных погрешностей, а также другими характеристиками, влияющими на точность ». Поэтому расходомер, у которого предел основной относительной погрешности — 1%, нельзя назвать расходомером «класса точности 1%», ведь в эту «цифру» не входят ни дополнительные погрешности, ни «другие характеристики, влияющие на точность».

«Диаметры» расходомеров

Рассуждая выше о диапазонах измерений, мы упомянули такую характеристику расходомеров, как их «диаметр». Собственно, говорить «диаметр расходомера» не совсем корректно, ведь «в общем и целом» расходомер представляет собою не цилиндр и не шар. У него есть некие габаритные размеры, из которых с т.з. монтажа наиболее важным является длина. А диаметр в общем случае есть у проточной части. Но мы обычно говорим не о каком-то реальном диаметре, а о таком параметре, как условный проход. Его обозначают как Ду (у нас) или DN, как принято на Западе. Часто пишут «Ду — столько-то миллиметров », но это тоже неграмотно. Ведь по определению «Ду (DN) — это параметр, принимаемый для трубопроводных систем в качестве характеристики присоединяемых частей. Параметр Ду не имеет единицы измерения и приблизительно равен внутреннему диаметру присоединяемого трубопровода, выраженному в мм, округленному до ближайшей величины из стандартного ряда ». Таким образом, труба Ду100 может иметь внутренний диаметр и 95, и 105 мм — с расходомерами же все еще сложнее.

Проточная часть расходомера

Дело в том, что проточные части различных преобразователей имеют различные конфигурации. Например, у некоторых расходомеров вы можете увидеть конусообразное сужение «на входе» и такое же конусообразное расширение «на выходе». А есть приборы (в частности, электромагнитные), у которых проточная часть вообще имеет прямоугольное сечение. Поэтому «расходомер Ду100» — это в общем случае расходомер, который имеет фланцы Ду100 для присоединения к трубопроводу, но «проход» для воды внутри него совсем необязательно имеет диаметр около 100 мм (и уж точно не 100,00 мм ровно).

Также очень редко расходомер какого-либо Ду монтируется в трубу того же самого Ду. Дело в том, что расходы (скорости) теплоносителя в системах теплоснабжения, как правило, невелики. А преобразователи расхода, как мы уже упоминали выше, не могут измерять слишком маленькие расходы. И если, например, расход в трубе Ду100 не превышает, скажем, 5 м 3 /час, то для обеспечения корректных измерений мы должны будем эту трубу «заузить». На сколько? — зависит от того, какой именно расходомер мы планируем применить. Вернитесь к нашей таблице с диапазонами: в случае с электромагнитным расходомером это может быть Ду80 или 50, в случае с ультразвуковым — Ду50 или 32... впрочем, чрезмерное уменьшение диаметра может плохо повлиять на гидравлику системы, особенно если не настраивать ее дополнительно.

Для изменения диаметра трубопровода в месте установки расходомера и возврата на прежний диаметр после этого места используются конические переходы (конфузоры — сужения и диффузоры — расширения). При этом сразу после перехода расходомер не ставится: для «успокоения», формирования равномерного потока необходимо, чтобы и до, и после преобразователя были прямолинейные участки, Ду которых соответствует Ду расходомера. Протяженность этих участков указана в документации на расходомер каждого конкретного типа, однако общее правило таково: чем они длиннее, тем лучше.

Расходомеры в узле учета: Ду трубопровода больше, чем Ду расходомеров

Таким образом, расходомер подбирается не по Ду трубы, на которую он должен быть установлен, а по диапазону расходов, которые он должен измерять. Чаще всего в месте монтажа расходомера приходится делать переход с исходной трубы на трубу, Ду которой соответствует Ду выбранного преобразователя, а для присоединения использовать фланцы (или, например, резьбовые фитинги) данного Ду. Ду не имеет единицы измерения, внутреннему диаметру проточной части расходомера равен лишь приблизительно или не равен вовсе. Стандартные значения Ду преобразователей расхода (расходомеров, водосчетчиков) — 15, 20, 25, 32, 40, 50, 65, 80, 100, 125, 150, 200 и т.д. При этом необязательно расходомер любого типа выпускается на каждый из Ду этого ряда.

На этом нашу лекцию о преобразователях расхода мы снова прервем. В следующий раз поговорим о типах расходомеров, а потом уже перейдем к тепловычислителям и теплосчетчикам «в сборе».

Цель исследования - анализ российского рынка промышленных расходомеров .

Расходомер - устройство, измеряющее расход жидкого или газообразного вещества, проходящего сечение трубопровода.

Сам по себе расходомер (первичный датчик, сенсор) измеряет расход вещества в единицу времени. Для практического применения часто удобно знать расход не только в единицу времени, но и за определенный период. С этой целью выпускаются счетчики расхода, которые состоят из расходомера и интегрирующей электронной схемы (или набора схем для оценки других параметров потока). Обработка показаний расходомера может также выполняться удаленно при помощи проводного или беспроводного информационного интерфейса.

В самом общем случае выпускаемые расходомеры можно разделить на бытовые и промышленные . Промышленные расходомеры применяются для автоматизации различных производственных процессов, где существует ток жидкостей, газов, высоковязких сред. Бытовые расходомеры обычно используются для расчета коммунальных платежей и предназначены для измерения расхода водопроводной воды, теплоносителя, газа.

Объектом настоящего исследования являются промышленные расходомеры следующих типов: вихревые, массовые, ультразвуковые, электромагнитные . Расходомеры перечисленных типов получили наибольшее распространение в современных технологических процессах.

Тема промышленной расходометрии в свете федеральных инициатив по повышению энергоэффективности российской экономики является крайне актуальной. На этом рынке сложилась интересная конкуренция среди различных типов расходомеров: электромагнитные являются «золотым» стандартом промышленных процессов и оптимальным решением по соотношению цена/качество. Вместе с тем они могут применяться только совместно с электропроводящими жидкостями, и не могут быть использованы для измерения расхода нефти и газа - одной из главных задач расходометрии. По этой причине на смену электромагнитным расходомерам постепенно приходят массовые, ультразвуковые и вихревые. Каждый из перечисленных типов имеет как свои преимущества, так и свои недостатки.

Российский рынок расходометрии в сильной степени зависит от импортной продукции . Доля импорта в рассматриваемый хронологический период неизменно превышала 50%, а такие компании как Endress+Hauser, Krohne, Yokogawa, Emerson, Siemens прочно закрепились на рынке. Российские производители имеют сильные позиции, преимущественно в сегменте бытовых расходомеров.

Хронологические рамки исследования: 2008-2010 гг.; прогноз - 2011-2015 гг.

География исследования: Российская Федерация.

Отчет состоит из 6 частей и 17 разделов .

В первой части приведены общие сведения об объекте исследования.

В первом разделе представлены основные определения.

Во втором разделе описаны основные типы расходомеров, составляющие объект исследования, и не относящиеся к объекту исследования. В заключении раздела приведена сводная таблица типовых характеристик расходомеров различных видов.

В третьем разделе проанализированы области применения расходомеров.

В четвертом разделе приведено описание мирового рынка: количественные характеристики, структура, тенденции, перспективные области использования.

Вторая часть посвящена описанию российского рынка расходомеров.

В пятом-восьмом разделах представлены основные количественные характеристики российского рынка расходомеров: объем за рассматриваемый период, динамика, десять ведущих производителей, структура рынка по рассматриваемым типам, характеристики внутреннего производства.

В третьей части содержатся данные внешней торговли расходомерами.

Девятый раздел посвящен описанию методологии анализа внешней торговли.

В десятом и одиннадцатом разделе представлен анализ соответственно импортных и экспортных поставок. В каждом разделе приведены количественные характеристики за рассматриваемый период, структура поставок по типу, по странам, по производителям (в том числе в разрезе типов). Все параметры приводятся в денежном и натуральном выражениях.

В четвертой части представлен конкурентный анализ.

В двенадцатом разделе приведены профили лидеров рынка (10 ведущих иностранных и российских компаний).

В тринадцатом разделе представлен ассортиментный анализ производителей расходомеров.

В пятой части приведен анализ потребления расходомеров.

В четырнадцатом разделе описана структура потребления расходомеров по отраслям, описаны основные механизмы закупок продукции.

В пятнадцатом разделе подробно описаны области применения расходомеров в нефтегазовой отрасли: учет добычи ископаемых, системы поддержания пластового давления, насосные перекачивающие станции.

Шестая часть посвящена описанию тенденций перспектив рынка.

В шестнадцатом разделе представлен анализ политических, экономических и технологических факторов развития рынка.

В семнадцатом разделе предложен количественный и качественный прогноз рынка расходомеров до 2015 года.

В заключении отчета сформулированы выводы.

К отчету прилагается база данных российских и иностранных производителей расходомеров.

Содержание маркетингового исследования рынка расходомеров
Введение
ЧАСТЬ 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ. МИРОВОЙ РЫНОК РАСХОДОМЕРОВ
1. Определения. Основные характеристики расходомеров
2. Типы расходомеров
2.1. Массовый (кориолисовый) расходомер
2.2. Электромагнитные расходомеры
2.3. Вихревые расходомеры
2.4. Ультразвуковые расходомеры
2.5. Другие виды расходомеров
2.6. Сводная таблица областей применения
3. Области применения расходомеров
4. Мировой рынок расходомеров
ЧАСТЬ 2. РОССИЙСКИЙ РЫНОК РАСХОДОМЕРОВ
5. Общие характеристики российского рынка расходомеров. Баланс рынка расходомеров
6. Лидеры рынка российского рынка расходомеров
7. Структура рынка расходомеров по типам
8. Внутреннее производство расходомеров
8.1. Методология анализа внутреннего производства расходомеров
8.2. Количественные характеристики внутреннего производства расходомеров
ЧАСТЬ 3. ВНЕШНЯЯ ТОРГОВЛЯ РАСХОДОМЕРАМИ
9. Методология анализа внешней торговли расходомерами
10. Импорт расходомеров
10.1. Динамика импорта расходомеров в 2008-2010 гг.
10.2. Структура импорта расходомеров по типу в 2008-2010 гг.
10.3. Структура импорта расходомеров по странам в 2008-2010 гг.
10.4. Структура импорта расходомеров по производителю в 2008-2010 гг.
10.5. Структура импорта расходомеров по типу в разрезе производителей в 2009 году
10.5.1. Вихревые расходомеры
10.5.2. Массовые расходомеры
10.5.3. Ультразвуковые расходомеры
10.5.4. Электромагнитные расходомеры
10.5.5. Прочие расходомеры
11. Экспорт расходомеров
11.1. Динамика экспорта расходомеров по годам в 2008-2010 гг.
11.2. Структура экспорта расходомеров по типу в 2009 году
11.3. Структура экспорта расходомеров по странам в 2008-2010 гг.
11.4. Структура экспорта расходомеров по производителю в 2008-2010 гг.
ЧАСТЬ 4. КОНКУРЕНТНЫЙ АНАЛИЗ РЫНКА РАСХОДОМЕРОВ
12. Профили лидеров рынка расходометрии
13. Ассортиментный анализ расходомеров
ЧАСТЬ 5. АНАЛИЗ ПОТРЕБЛЕНИЯ РАСХОДОМЕРОВ
14. Структура потребления расходомеров по отраслям
15. Особенности потребления в нефтегазовой отрасли
15.1. Производители оборудования
15.2. Замерные установки для учета добычи нефти
15.3. Станции поддержания пластового давления
15.4. Насосные перекачивающие станции
ЧАСТЬ 6. ТЕНДЕНЦИИ И ПЕРСПЕКТИВЫ РЫНКА РАСХОДОМЕРОВ
16. Внешние факторы рынка расходомеров
16.1. Политические и законодательные факторы
16.2. Экономические факторы
16.3. Технологические факторы
17. Прогноз развития рынка расходомеров до 2015 года
Выводы

База данных, входящая в состав маркетингового исследования, содержит подробные сведения о 38 производителях расходомеров . Каждая компания в базе данных описана следующим набором реквизитов:
- Название компании
- Регион/страна
- Контакты
- URL
- Год основания
- О компании
- Количественные показатели деятельности
- Виды выпускаемых расходомеров
- Вихревые расходомеры
- Массовые расходомеры
- Ультразвуковые расходомеры
- Электромагнитные расходомеры
- Другие расходомеры
- Другая продукция
- Система сбыта
- Сервис
- Маркетинговая активность
- Дополнительно

Для удобства пользования, в базе данных предусмотрена возможность выбрать производителей вихревых, массовых, ультразвуковых, электромагнитных и других расходомеров, а также компании из необходимого региона.

Внимание! Для заказа маркетингового исследования с этой страницы пришлите реквизиты Вашей компании для выставления счета на .

Измерение расхода и количества движущейся жидкой или газообразной среды в системах учета энергоресурсов требует знаний не только таких ее термодинамических параметров как температура и давление, но ряда иных характеристик (плотность, вязкость, тип потока), которые важны для конкретных методов измерения расхода, влияют на возможность использования соответствующих технических средств и точность измерений.

Количеством среды называют массу (М) или объем (V) вещества, протекающего через сечение, перпендикулярное направлению скорости потока, за определенный интервал времени Т (час, сутки, месяц и т.д.).

Единица измерения массы в системе СИ – 1 килограмм, кг, (1т = 1000 кг), а объема – кубический метр, м 3 .

Расходом среды (G) называют физическую величину, равную lim (ΔК/ΔT) – пределу отношения приращения количества среды ΔК (массы ΔМ или объема ΔV) к интервалу времени ΔТ, за которое произошло это приращение, при неограниченном уменьшении ΔТ.

Различают массовый G м и объемный G v расходы, которые определяются через массу и объем среды, выражающиеся в основных единицах (кг/с или м 3 /с) или их производных. Массовый и объемный расходы связаны между собой зависимостью

где ρ - плотность вещества.

При измерении расхода, помимо рассмотренных мгновенных расходов выделяют следующие виды расходов:

· G cp – средний, равный отношению количества среды к определенному интервалу времени (минута, час, сутки, месяц и т.д.);

· G np – приведенный - действительный объемный расход, но пересчитанный на другие, так называемые нормальные значения температуры и давления (Рнор = 1,0332 кг/см 2 , tнор = 20°С);

· G макс – наибольший, определяющий верхнюю границу возможного диапазона изменения расхода;

· G мин – наименьший, определяющий границу возможного диапазона расхода;

· G ном – номинальный, равный половине наибольшего;

· G п – переходный, при котором измеряется пороговое значение погрешности прибора.

Измерительные приборы, предназначенные для измерения расхода вещества, называются расходомерами или преобразователями расхода (ГОСТ 15528-86).

Измерительные приборы, предназначенные для измерения количества вещества, называются счетчиками количества.

Довольно часто две указанные функции объединяются в одном приборе. В практике учета тепловой энергии применяются, в основном, преобразователи расхода.

Большинство преобразователей расхода предназначено для измерения расхода однокомпонентных и однофазных сред в условиях установившихся параметров потока (турбулентного характера потока, постоянства средней скорости на участке измерения и отсутствия возмущений), которые достигаются при достаточно протяженных прямолинейных участках трубопровода до и после места установки преобразователя расхода.

На этих участках не должно быть клапанов и задвижек, перепадов сечения трубопровода (сужений и расширений), резких изменений направления потока (колен и ответвлений).

Обычно требуемые длины прямолинейных участков задаются числами, кратными условному диаметру трубопровода Dy, то есть его среднему внутреннему диаметру при 20°С. Классификация средств измерения расхода и количества среды приведена на рис. 7.

Как видно из рис. 7 по измеряемому параметру (расход и (или) количество среды) средства измерения подразделяются на расходомеры, счетчики, расходомеры-счетчики и преобразователи (датчики) расхода.

Последние согласно ГОСТ 15528-86 вырабатывают сигнал измерительной информации, «не поддающийся непосредственному восприятию наблюдателем». Большинство современных средств расхода и количества среды реализуются в двухкомпонентном виде - первичный преобразователь (ПП) и электронный преобразователь (ЭП), причем в конкретных моделях эти две взаимосвязанные части прибора могут реализовываться в виде механически объединенного или разъединенного (связанного электрической проводной или кабельной линией) исполнений.

Современные ЭП выполняются на базе микропроцессоров, при этом в одном приборе могут быть объединены функции расходомера, счетчика и преобразователя расхода.

По типу измеряемой среды приборы разделяются на расходомеры (счетчики, преобразователи расхода) жидкости, газа и пара. Одна и та же модель не может использоваться для измерения расхода (количества) всех трех сред из-за существенных различий их физических параметров, хотя для ряда моделей (например, вихревых расходомеров) возможна программная перестройка с одного вида среды на другой (в частности с газа или пара на жидкость), что нередко используется при их градуировке или поверке в лабораторных условиях.

Жидкостью может служить холодная и горячая вода, стоки, нефть и нефтепродукты, сжиженные газы, пульпа, суспензии и т.д., то есть любые плотные и текучие среды. Для каждой конкретной модели прибора оговариваются допустимые виды жидкостей и диапазоны изменения параметров (процент газовых и плотных включений, плотность, вязкость, электропроводность). Эти параметры должны соотноситься с характеристиками реальной рабочей среды, для измерения которой будет использоваться прибор.

Под газом подразумевается природный газ (метан) и технические (кислород, водород, пропилен и т.д.) газы, а также сжатый воздух.

Пар может быть насыщенным или перегретый. Для влажного пара точное измерение расхода проблематично.

Подавляющее большинство расходомеров объемные. К массовым расходомерам относятся тепловые и кориолисовы.

Рис. 7 Классификация расходомеров и счетчиков количества вещества

4.4.1. Тахометрические расходомеры

В тахометрических расходомерах расход среды измеряется по скорости движения (вращения) механического преобразовательного элемента. К таким расходомерам относятся шариковые, крыльчатые и турбинные Последние два типа получили широкое применение для измерения расхода холодной и горячей воды, других технических жидкостей и газа. Современные расходомеры данного типа, как правило, комплектуются встроенным импульсным датчиком расхода, что позволяет использовать их при автоматизации учета.

Жидкостные турбинные расходомеры чувствительны к вязкости среды, особенно при малых расходах. Их общий недостаток - подверженность износу подвижных механических узлов и изменение в связи с этим точностных характеристик в процессе эксплуатации. Тахометрические расходомеры выпускаются для трубопроводов диаметром до 300 мм и мало пригодны для измерения абразивных и агрессивных сред.

4.4.2. Расходомеры переменного перепада давления (РППД)

Принцип действия РППД основан на измерении в соответствии с уравнением Бернулли перепада статического или полного давления потока среды на установленном первичном преобразователе (ПП) и вычислении по этому перепаду средней скорости движения среды и ее расхода.

РППД определяет объемный или массовый расход движущейся среды по измеряемому перепаду давления.

В качестве ПП в РППД при измерении расхода по перепаду статического давления используются стандартные сужающие устройства (диафрагмы, трубы Вентури, сопла), а при измерении по перепаду полного давления - многовходовые трубки Пито и усредняющие напорные трубки.

Измерение расхода жидкости, газа и пара с помощью сужающих устройств регламентирует ГОСТ 8.563-97.

На практике наиболее часто используются РППД, построенные с применением диафрагм. Расчетная погрешность измерения расхода диафрагмой зависит от характеристик среды и составляет, как правило, от 0,5% до 1,0%. Технические условия для стандартных диафрагм регламентированы ГОСТ 26969- 86.

РППД на диафрагме представляет собой составной расходомер, в комплект которого входят собственно диафрагма, соединительные или импульсные линии (трубки) отбора измеряемого давления, вентильный блок, уравнительные сосуды (при необходимости), дифференциальный манометр и вторичный показывающий или самопишущий прибор, шкала которого градуирована в единицах расхода (в зависимости от характеристик вторичного прибора в комплект может дополнительно входить блок извлечения квадратного корня).

Принцип действия РППД на диафрагме заключается в сжатии среды 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, который отводится импульсными трубками к дифманометру. После прохождения диафрагмы поток расширяется, снижая скорость и восстанавливая статическое давление, которое уже не достигает прежнего значения из-за вихревых потерь давления на гидравлическом сопротивлении диафрагмы (Р п). Величина Р п зависит от величины m = d 2 /D 2 (соотношения квадратов площадей отверстия диафрагмы и поперечного сечения трубопроводов). Чем меньше m, тем больше перепад давления и выше точность измерения расхода, но тем больше безвозвратная потеря давления на диафрагме.

Динамический диапазон измерения диафрагменных расходомеров невелик и составляет 3:1, что объясняется квадратичной зависимостью перепада давления от расхода. Большинство дифманометров имеет динамический диапазон измерения не более 10:1. Поэтому для расходомера с одним дифманометром характерен динамический диапазон 3:1, или от (100-30 процентов) G макс, что ограничивает его применение измерением только маломеняющихся расходов.

Следует отметить, что расход слабо сжимаемых сред, плотность которых незначительно зависит от температуры и давления (например, вода), с высокой степенью точности определяется измеряемым перепадом давления.

Для сжимаемых сред (пар, газ), плотность которых существенно зависит от давления и температуры, для точного измерения расхода необходимо еще и определение плотности среды, которое производится на основании измерения температуры и давления. При этом для сухого насыщенного пара достаточно измерить только одну из величин, поскольку его температура и давление являются взаимозависимыми параметрами.

Поэтому при определении расхода газа или перегретого пара на основании диаграмм самопишущих приборов при переменных температурах и давлениях приходится вручную обрабатывать три диаграммы (перепада давления, температуры и расхода), что во много раз увеличивает трудоемкость процесса и снижает точность определения рас хода.

Современные вторичные приборы, построенные с применением микропроцессорной техники, проводят эту процедуру автоматически.

Рассматриваемый метод измерения расхода имеет как достоинства, так и недостатки.

К достоинствам следует отнести:

· хорошую пригодность для работы в самых различных жидкостных и газовых средах;

· высокую чувствительность;

· отсутствие движущихся частей;

· сравнительно невысокую стоимость для трубопроводов диаметром до 300 мм.

К недостатком можно отнести:

· требование к прямолинейности измерительного участка (10 D y до и 5 D y после места установки диафрагмы);

· ограниченный динамический диапазон;

· значительные потери давления на диафрагме;

· нелинейная зависимость выходного сигнала от расхода;

· сложность изготовления и монтажа для трубопроводов большого диаметра;

· необходимость ежегодных поверок с отключением и разборкой трубопровода;

· старение диафрагмы (накопление осадков и эрозия кромок проходного отверстия).

Как видно из перечисленного, недостатков у рассматриваемого метода измерения расхода значительно больше, чем достоинств. Поэтому в подавляющем большинстве случаев предпочтительно использование более современных расходомеров (вихревых, электромагнитных, ультразвуковых).

Для измерения расхода высокотемпературного перегретого пара, например, этот метод пока является единственно пригодным.

4.4.3. Вихревые расходомеры

Принцип действия современных вихревых расходомеров основан на измерении частоты следования вихрей так называемой дорожки Кармана, образующейся при огибании потоком тела обтекания, неподвижно расположенного поперек контролируемого потока среды в его центре. В качестве тела обтекания обычно используется цилиндр или призма трапециевидного или треугольного сечения.

В результате тормозящего и ускоряющего действий слоев возникают сдвиговые напряжения или вращающие моменты сил, которые формируют вокруг некоторых мгновенных осей самосвертывающиеся вихри и обеспечивают их срыв с острых кормовых кромок тела обтекания. В 1911 г. американский аэродинамик Карман определил условия устойчивого симметричного вихреобразования, при котором вихри разного направления (по и против часовой стрелки) поочередно сбегают справа и слева с поверхности тела обтекания и следуют по потоку в шахмат ном порядке в виде вихревой дорожки. Схема работы вихревого расходомера приведена на рис. 8.

Ри

Рис. 8 Схема работы вихревого расходомера

Каждый вихрь представляет собой локальный элемент среды, в котором потенциальная энергия потока преобразуется в кинетическую, что приводит к снижению статического давления. Это местное снижение давление может быть зафиксировано чувствительным элементом (сенсором). При этом сенсор преобразует перепады (пульсации) давления в электрические им пульсы, частота которых при Re > 3800 (то есть при установившемся турбулентном потоке) пропорционально зависит от скорости среды.

Зная сечение трубы по средней скорости можно определить объемный расход среды. На практике обычно используют уравнение Gv = f/К, где К – градуировочный или калибровочный коэффициент (количество импульсов на единицу объема среды), определяемый только параметрами обтекаемого тела и трубопровода и не зависящий от плотности, вязкости, температуры и давления среды. Поэтому каждый расходомер калибруется изготовителем индивидуально для обеспечения высокой точности и повторяемости измерений.

В качестве сенсоров обычно применяют пьезоэлементы, механические элементы (мембраны), встроенные тензорезисторы или ультразвуковые преобразователи скорости (излучатель и приемник ультразвуковых колебаний, обнаруживающие вихревые колебания потока).

К достоинствам вихревых расходомеров можно отнести:

· относительно небольших прямолинейных участков (обычно 5D y до и 3D y после места установки);

· отсутствие в потоке подвижных изнашивающихся частей;

· независимость показаний от плотности, вязкости, температуры и давления среды;

· широкий динамический диапазон (30:1);

· линейность шкалы;

· высокая точность;

· высокое быстродействие;

· простота установки.

Недостаткам являются:

· вносимое гидравлическое сопротивление;

· чувствительность к механическим включениям;

· чувствительность к акустическим и вибрационным помехам.

Среди предприятий, выпускающих вихревые расходомеры для жидкости следует выделить челябинский концерн «Метран» («Метран 300-ПР») и завод «Старорусприбор» (ДРВ, РСВ). В г.Тюмени «Сибнефтеавтоматика» выпускает вихревые датчики расхода газа (ДРГ) и расхода пара (ДРП). ДРП рассчитаны на измерение расхода пара, температура которого не превышает 250°С.

4.4.4. Электромагнитные расходомеры

Принцип действия электромагнитных расходомеров основан на взаимодействии движущейся (проводящей) жидкости с магнитным полем. Это взаимодействие подчиняется закону электромагнитной индукции, согласно которому в движущемся проводнике, пересекающем магнитное поле, индуцируется ЭДС, величина которой пропорциональна скорости движения проводника. В данном случае в качестве проводника выступает поток проводящей жидкости. Для измерения возникающей ЭДС через стенки трубы изолированно от нее выводятся два электрода. Схема работы электромагнитного расходомера приведена на рис. 9.

Разность потенциалов Е, на электродах, расположенных на расстоянии D, равном внутреннему диаметру трубы, определяется из выражения:

где В – магнитная индукция, V cp – средняя скорость жидкости.

Если магнитное поле создается электромагнитом, питаемым переменным током частотой f, то

E = 4*B макс *G v *sincωt/πD

Электромагнитные расходомеры имеют много достоинств. Они могут применяться для измерения любых, в том числе больших расходов жидкости в трубопроводах диаметром начиная от 2 мм и выше. Их показания не зависят от вязкости и плотности среды. Шкала прибора линейна, а динамический диапазон достигает 100:1. Быстродействие прибора достаточно высоко. Преобразователь расхода не имеет частей, выступающих внутрь трубы, и не создает дополнительной потери давления. Влияние местных сопротивлений значительно меньше, чем расходомеров других типов.

Рис. 9 Схема работы электромагнитного расходомера

Большинство выпускаемых электромагнитных расходомеров пригодно для измерения расхода жидкостей с электропроводностью не менее 10 -5 ×Ом -1 × см -1 , что соответствует электропроводности водопроводной воды.

4.4.5. Ультразвуковые расходомеры

Ультразвуковые расходомеры основаны на измерении того или иного акустического эффекта, зависящего от расхода и возникающего при прохождении ультразвуковых колебаний через поток жидкости или газа.

Основными элементами первичных преобразователей ультразвуковых расходомеров являются излучатели и приемники ультразвуковых колебаний. Их действие основано на пьезоэлектрическом эффекте, заключающемся в том, что при сжатии и растяжении в определенных направлениях кристаллов (пьезоэлементов) на их поверхностях возникают электрические заряды (прямой пьезоэффект).

В этом случае пьезоэлемент работает как приемник ультразвуковых колебаний. Если же к этим поверхностям приложить разность потенциалов в виде электрического импульса, то пьезоэлемент растянется или сожмется и начнет работать как излучатель ультразвуковой волны. Это явление называется обратным пьезоэффектом.

В качестве пьезодатчиков применяются различные керамические материалы (титанат бария, цирконат титаната свинца и т.д.). Пьезоэлементы обычно изготавливаются в виде дисков диаметром 10-20 мм, которые необходимо снабдить электродами, которые создаются покрытием специально обработанные поверхности слоем металла (как правило, серебра).

Существует несколько способов измерения расхода с помощью ультразвука (частотный, фазовый, корреляционный, с использованием эффекта Доплера). Однако наибольшее распространение получил времяимпульсный ультразвуковой метод, принцип действия которого представлен на рис. 10.

Время прохождения ультразвукового сигнала по акустическому пути L от излучателя 1 к приемнику 2 и от излучателя 2 к приемнику 1 будет равно соответственно:

t 1-2 = L/(C-V*Cosφ);

t 2-1 = L/(C + V*Cosφ),

где С - скорость ультразвука в среде.

Рис. 10 Схема работы времяимпульсного ультразвукового расходомера

Разница во времени прохождения сигнала в «прямом» и «обратном» направлениях:

Δt = (2L*V*Cosφ) / (С 2 - V 2 *Cos 2 φ)

Таким образом, зная внутренний диаметр трубопровода, угол наклона акустической ocи к оси трубы, скорость ультразвука в конкретной среде и измерив разницу во времени прохождения сигнала в «прямом» и «обратном» направлениях, можно определить объемный расход среды в трубопроводе.

Величина Δt незначительна и составляет обычно от нескольких единиц до нескольких десятков наносекунд и ее измерение с достаточной точностью при одном проходе сигнала в «прямом» и «обратном» направлениях произвести сложно. Поэтому измерения производят организуя так называемое «синхрокольцо», при котором измеряют время прохождения сигнала в каждом направлении сотни и тысячи раз, предполагая, что скорость потока за это время не из меняется.

Время – импульсный ультразвуковой метод очень хорош при измерении расходов на трубопроводах больших диаметров. Однако, он требует значительных прямолинейных участков трубопровода (15D y до и 10 D y после места установки прибора). Он не создает дополнительных потерь давления, обладает широким динамическим диапазоном и высокой точностью, но весьма чувствителен к вибрационным и ударным помехам.

Современные вихревые расходомеры превосходят по характеристикам и возможностям своих предшественников, которые использовали большие тела обтекания, блокирующие 43% площади поперечного сечения трубы. В конструкции современных ультразвуковых расходомеров используются тела обтекания малого диаметра для получения большей амплитуды перемещения. В результате этого, значительно улучшены характеристики потери давления в системе и динамический диапазон прибора.

Назначение и области применения

Вихревые расходомеры-счетчики предназначены для измерения объемного и массового расхода жидкостей, газов и пара. Расходомеры состоят из блока электроники и первичного преобразователя. Блок выполнен в виде цилиндрического корпуса с отсеками для смотрового окна и разъемов. На корпусе расположены кабельные вводы и переходник для преобразователя. Применяются расходомеры для измерения и учёта расхода веществ технологических процессов в промышленности и коммунальном хозяйстве.

• Идеально подходит для сред с высокой температурой и высокой скоростью пара
• Производство энергии — паровые установки
• Промышленное применение — установки ОВКВ, региональное управление энергопотреблением
• Коммерческое применение — управление энергопотреблением зданий, студенческих городков и сооружений
• Нефтегазовая промышленность — распределение природного газа
• Нефтехимическая промышленность — массовая балансировка, подогрев технологических реакций

Правильный выбор датчиков напрямую влияет на финальный результат производственного круговорота, поэтому электронные расходомеры являются одним из важнейших звеньев цепи технического процесса. - это одни из самых востребованных на отечественном рынке приборов для учёта расхода веществ. Свою популярность они заслужили благодаря надёжности, простоте в эксплуатации, высокой точности измерений и, что немаловажно, своей доступности. История вихревых расходомеров начинается в 60х годах двадцатого века, но современные датчики сделали огромный шаг вперёд по сравнению со своими предками.

Что же такое вихревой расходомер и какой принцип действия

Простой пример эффекта образования вихрей - это флаг, волнующийся на ветру из-за завихрений, которые создаются движением воздуха, обтекающего флагшток. Поток измеряемого вещества проходя по внутреннему сечению арматуры расходомера, встречает на своём пути препятствие - тело обтекания, установленное в расходомере, проходя через него, увеличивает скорость, уменьшая давление. Таким образом, после преодоления препятствия создаются завихрения, называемые вихревой дорожкой Кармана. Ультразвуковой луч, генерируемый прибором, проходит через поток вихрей ниже по течению от тела обтекания. При прохождении вихрей несущая ультразвукового сигнала изменяется.

Это изменение несущей доступно для измерения и смещается пропорционально количеству образовавшихся вихрей. Цифровая обработка сигналов позволяет определить число вихрей. Эта величина преобразуется в скорость потока. Программа преобразует скорость в объемный расход в единицах измерения, выбранных оператором. В вихревых расходомерах компании используется самые маленькие тела обтекания среди расходомеров такого типа, которые обеспечивают высокую чувствительность, исключительную работоспособность при очень низких расходах. Большой динамический диапазон и низкие потери давления. При использовании встроенного термометра сопротивления и внешнего датчика давления программное обеспечение расходомера позволит скомпенсировать изменения давления и температуры для точного измерения массового расхода (расходомеры газов).

Для усиления выходного сигнала в некоторых расходомерах устанавливают несколько обтекаемых тел. Сами же тела могут иметь различные формы, например, треугольную или круглую. Одним из важнейших достоинств такого типа расходомеров является отсутствие каких-либо движущихся частей, что несомненно оказывает положительное влияние на срок службы прибора. Это одни из самых долговечных и неприхотливых приборов.

Подтипы вихревых расходомеров

Все вихревые расходомеры можно разделить на три группы по типу преобразователей.

1. Вихревые расходомеры с обтекаемым телом - поток вещества огибает тело обтекания, установленное в трубопроводе, меняется траектория движения и увеличивается скорость струй, создаются завихрения, уменьшается давление в трубе. За миделевым сечением тела скорость снижается, а давление увеличивается. На передней стороне тела обтекания образуется повышенное давление, на задней стороне — пониженное. Образование вихрей с обеих сторон происходит поочередно. За обтекаемым телом образуется вихревая дорожка Кармана.


2. Вихревые расходомеры с прецессией воронкообразного вихря - принцип действия заключается в том, что поток закручивается перед попаданием в более широкую часть трубы, вызывая пульсации давления. В качестве преобразователя сигнала обычно служат пьезоэлементы.


3. Вихревые расходомеры с осциллирующей струей - в подобного рода расходомерах пульсации давления создаются специальной конструкцией самого датчика, благодаря которой струя измеряемого вещества вытекает из специально предусмотренного отверстия в корпусе расходомера и создаёт пульсации давления.

Плюсы и минусы вихревых расходомеров

Подводя итог стоит отметить плюсы и минусы вихревых расходомеров, тезисно обобщим всё о расходомеров этого типа. Вихревые расходомеры применяются для измерения объёмного и массового расхода любых жидких и газообразных сред. Приборы хорошо справляются со своими обязанностями при температурах среды до 500 градусов Цельсия и давлении до 30Мпа. Это универсальные по всем своим параметрам расходомеры, подходящие практически для любого промышленного предприятия, где нужен точный учёт расхода жидких и газообразных веществ от воды до углеводородов.

Плюсы

К положительным моментам стоит отнести: высокую стабильность показаний, точность измерений, простоту в эксплуатации, нечувствительность к загрязнениям, отсутствие подвижных частей, охватывает практически весь спектр веществ - сред измерения.

Минусы

Ну и недостатками данный прибор не обделён: обладает большой чувствительностью к вибрациям, так же при измерениях требуется значительная скорость потока, ограничение по диаметру труб не более 300мм и менее 150мм и отмечаются просадки по давлению.

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 переменного перепада давления (с сужающими устройствами; с гидравлическими сопротивлениями; центробежные; с напорными устройствами; струйные), преобразующие скоростной напор в перепад давления.
• Расходомеры обтекания (расходомеры постоянного перепада - ротаметры, поплавковые, поршневые, гидродинамические), преобразующие скоростной напор в перемещение обтекаемого тела.
• Тахометрические расходомеры (турбинные с аксиальной или тангенциальной турбиной; шариковые), преобразующие скорость потока в угловую скорость вращения обтекаемого элемента (лопастей турбинки или шарика).
• Электромагнитные расходомеры, преобразующие скорость движущейся в магнитном поле проводящей жидкости в ЭДС.
• Ультразвуковые расходомеры, основанные на эффекте увлечения звуковых колебаний движущейся средой.
• Инерциальные расходомеры (турбосиловые; кориолисовы; гигроскопический), основанные на инерционном воздействии массы движущейся с линейным или угловым ускорением жикости.
• Тепловые расходомеры (калориметрические; термоанемометрические), основанные на эффекте переноса тепла движущейся средой от нагретого тела.
• Оптические расходомеры, основанные на эффекте увлечения света движущейся средой (Физо-Френели) или рассеяния света движущимися частицами (Допплера).
• Меточные расходомеры (с тепловыми, ионизационными, магнитными, концентрационными, турбулентными метками), основанные на измерении скорости или состоянии метки при прохождении ее между двумя фиксированными сечениями потока.

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:

• полнопроточные, первичный преобразователь которых встраивается непосредственно в поперечное сечение трубопровода;
• погружные, первичный преобразователь которых вставляется в трубопровод через отверстие. Данные приборы, в зависимости от конструкции, возможно монтировать/демонтировать без снятия давления в трубопроводе;
• с накладными первичными преобразователями, монтируемые непосредственно на внешней поверхности трубопровода - только ультразвуковые расходомеры.
• Основным видом соединения полнопроточных расходомеров с трубопроводом является фланцевое. При этом существует две его разновидности:
• традиционное фланцевое соединение, когда проточная часть расходомера имеет фланцы на входе и выходе, которые болтами или шпильками прикручиваются к ответным фланцам трубопровода;
• сэндвичевое соединение, когда проточная часть расходомера своих фланцев не имеет, а зажимается между ответными фланцами трубопровода с помощью длинных шпилек.

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:

• интегрального исполнения – вторичный преобразователь монтируется непосредственно на первичном преобразователе;
• разнесенного исполнения – вторичный преобразователь монтируется на некотором удалении от первичного и соединяется с ним кабелем.

В большинстве случаев целесообразнее применять расходомеры в интегральном исполнении. Однако, существует ряд факторов, при наличии которых используют расходомеры в разнесенном исполнении:

• высокая температура измеряемой среды;
• высокая температура окружающей среды в месте установки расходомера;
• высокая вибрация трубопровода;
• возможность затопления места установки расходомера (для таких случаев первичные преобразователи, как правило, имеют водонепроницаемое исполнение IP68);
• затрудненный доступ к месту установки расходомера.

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.

Классификация задач измерения расхода

По функциональному назначению задачи измерения расхода в промышленности условно можно разделить на две основные части:

• задачи учета:
  • коммерческого;
  • оперативного (технологического);
• задачи контроля и управления технологическими процессами:
  • поддержание заданного расхода;
  • смешивание двух и более сред в определенной пропорции;
  • процессы дозирования/наполнения.

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:

• измерение расхода в полностью заполненных (напорных) трубопроводах;
• измерение расхода в не полностью заполненных (безнапорных) трубопроводах, открытых каналах и лотках.

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:

• общетехнические среды (вода и др.);
• высококоррозионно активные среды (кислоты, щелочи и др.);
• абразивные и адгезионные (налипающие) среды;
• гидросмеси, пасты и суспензии с содержанием волокон или твердой фазы более 10% (масс.).

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.