Публикация пресс-релизов Поиск по компании
Решения, технологии, стандарты Рынок, отрасль, люди Основы
Отменить подписку Подписка
Производители Системные интеграторы Дистрибьюторы
Продукты месяца Поиск по категории Добавить продукт
Добавить мероприятие
Добавить вакансию Специалисты по АСУ ТП, КИП Специалисты по электротехнике, энергетике Главные инженеры, технологи, электрики Менеджеры по продажам, консультанты, другое
Технические требования Публикация статей Публикация пресс-релизов Media Kit 2014
 


 

Решения, технологии, стандарты - статьи Ua.Automation.com

Расходомеры. Часть I
 
Ссылка на веб-сайт


C полной версией первой части статьи, включающей предисловие, можно ознакомиться на сайте компании Gtest
 
РАСХОД и РАСХОДОМЕРЫ
 
(Вещи надо называть своими именами).
 
Определимся с вещами, т.е. с терминами. А с терминами и определениями всегда непросто. Существуют и такие явления как «жаргонизм», «вульгаризм», «разговорная речь», «просторечие», не говоря о модном «сленге», который знающие люди охарактеризовали как «язык-бродяга, который слоняется в окрестностях литературной речи и постоянно старается пробить себе дорогу в самое изысканное общество». А если взять еще во внимание и то, что приобретаемые нами товары производятся в иных странах, где свое «просторечие», то терминологическая ситуация от этого не упрощается.
 
В своих окрестностях «слоняются», безусловно, также и термины расход и расходоме́р. Чтобы внести определенную ясность в части данных окрестностей в обиходе мы за помощью чаще обращаемся к Википедии. При строгом подходе необходимо следовать ГОСТам, ДСТУ, как высшему свету обитания истины.
 
Несколько примеров в части терминов.
 
По Википедии:

Объёмный расход объём вещества, проходящего через поперечное сечение потока за единицу времени.

Массовый расходмасса вещества, проходящего через поперечное сечение потока за единицу времени.
 
По ГОСТ 15528-86:

Расход жидкости (газа), расход физическая величина, равная пределу отношения приращения массы или объема, или количества жидкости (газа), протекающих в трубопроводе через сечение, перпендикулярное направлению скорости потока, к интервалу времени, за который это приращение произошло, при неограниченном уменьшении интервала времени.

Объемный расход жидкости (газа), объемный расходрасход жидкости (газа), выражаемый через ее объем и время.

Массовый расход жидкости (газа), массовый расходрасход жидкости (газа), выражаемый через ее массу и время.
 
Для изучавших и еще помнящих теорию пределов, вполне очевидно, что приведенные параметры будут совпадать по значению (для каждого случая их определения – по Википедии и по ГОСТ) при одном условии – если приращение массы или объема не происходит. Другими словами – это совпадение относится только к случаю постоянной скорости потока. 
    
Для полноты картины в части использования терминов приведем определение расхода из учебника для подготовки операторов нефтепереработки [4]: 

Расходом называется количество вещества, которое проходит через счетчик за 1 ч при установившемся потоке и потере напора 0,1 МПа.
 
Потери напора представляют собой разность давлений на входе в счетчик и выходе из него. Чаще всего в литературе, на сайтах, в обиходе под расходом понимают количество вещества, протекающее через данное сечение трубопровода или канала в единицу времени. Такое определение вполне приемлемо, если абстрагироваться от строгости нормативных документов. Этот подход вполне допустим и для понимания общих вопросов, касающихся нашей темы. 
 
Вне всякого сомнения, если существует расход, то существуют и технические средства для измерения расхода вещества.

По Википедии, куда мы обращаемся за добыванием различных сведений, расходоме́р — это прибор, измеряющий объёмный расход или массовый расход вещества, то есть, количество вещества (объём, масса), проходящее через данное сечение потока, например, сечение трубопровода в единицу времени. Если прибор имеет интегрирующее устройство (счётчик) и служит для одновременного измерения и количества вещества, то его называют счётчиком-расходомером. 

Интегратор (счетчик) непрерывно суммирует показания прибора, а количество вещества определяют по разности его показаний за требуемый промежуток времени.
 
Измерение расхода и количества является сложной задачей, поскольку на показания приборов влияют физические свойства измеряемых потоков: плотность, вязкость, соотношение фаз в потоке и т. п. Физические свойства измеряемых потоков, в свою очередь, зависят от условий эксплуатации, главным образом от температуры и давления.

Если условия эксплуатации расходомера отличаются от условий, при которых производилась его градуировка, то ошибка в показаниях прибора может значительно превысить допустимое значение. Поэтому для серийно выпускаемых приборов установлены ограничения области их применения: по свойствам измеряемого потока, максимальной температуре и давлению, содержанию твердых частиц или газов в жидкости и т. п.
 
УЛЬТРАЗВУКОВЫЕ РАСХОДОМЕРЫ
 
(что это)
 
Выше мы уже говорили, что с терминологией и определениями среди источников, к которым мы чаще всего обращаемся, не все так просто. Поэтому вынуждены приводить определения из разных источников, если имеются определенные расхождения. В такой же мере это касается и ультразвуковых расходомеров.
 
По Википедии:

Ультразвуковыми расходомерами называют расходомеры, принцип работы которых основан в прохождении ультразвуковой волны через поток жидкости или газа. Ультразвуковые расходомеры работают в диапазоне частот от 20 кГц до 1000 МГц.

По ГОСТ 15528-86:

Ультразвуковой расходомер - акустический расходомер, в котором используются звуковые колебания частотой свыше 20 000 Гц. 

Акустический расходомер - расходомер жидкости (газа), принцип действия которого основан на зависимости акустического эффекта в потоке жидкости (газа) от ее расхода.

В технической литературе, в учебниках чаще используется определение, близкое к Википедии. На такое определение и мы будем ориентироваться. 

Здесь важен, наверное, тот принцип, который исповедуют многие наши соотечественники, когда речь заходит о том, на каком языке общаться между людьми: да какая разница, лишь бы взаимопонимание было, да человек хороший. Но мы еще придерживаемся и такого принципа: Покупатель всегда прав. Между нами – следовать принципам нелегко. 
 
(для чего это)
 
Ультразвуковые расходомеры предназначены для измерения расхода почти всех продуктов, будь то жидкости или газы, агрессивные или коррозионные. Применяются в различных отраслях промышленности и хозяйства: 
Водоподготовка и очистка сточных вод;
Химическая; 
Нефтегазовая;
Нефтехимическая и нефтеперерабатывающая;
Пищевая промышленность и напитки;
Фармацевтическая;
Земледелие (полив растений);
Энергетика 
 
В целом к достоинствам ультразвуковых расходомеров как таковых принято относить:
•    высокую точность измерения в широком интервале расходов; 
    сверхвысокое быстродействие (десятки миллисекунд),
    возможность измерения пульсирующих расходов; 
    высокие показатели надежности (из-за отсутствия подвижных узлов); 
    принципиальную возможность измерения массового расхода;
    сохранение работоспособности при изменении направления потока;
    возможность измерения большого класса сред от жидких металлов до криогенных жидкостей и газов;
    отсутствие необходимости обучения персонала, использования специального инструмента и отсутствие неразрешимых проблем при монтаже, вводе в эксплуатацию, калибровке или техническом обслуживании; 
    ввод в эксплуатацию в равной степени прост и безопасен.
 
Выделяют несколько ультразвуковых методов измерения расхода, которые по-разному реализуют достоинства ультразвуковых расходомеров. Поэтому современные ультразвуковые расходомеры совмещают в себе все преимущества каждого метода, и идеально подходят под высокие требования современного производства.
 
Указанные выше качества и ряд других особенностей ультразвуковых расходомеров определили их широкое распространение.
 
(как работает это)
 
Попытавшись назвать вещи своими именами, переходим к теме измерения расхода жидкостей ультразвуковыми расходомерами.

Как указывалось выше, Герон Александрийский на рубеже 2 в. н. э установил, что расход воды Q равен площади сечения S, умноженной на скорость v, т.е. Q = S х v. Таким образом, все расчеты расхода сводятся к определению скорости потока и площади поперечного сечения этого потока. 
 
В настоящее время наибольшее распространение получили ультразвуковые расходомеры двух типов: 
● ультразвуковые времяимпульсные расходомеры, в которых используется тот факт, что скорость распространения ультразвуковой волны в движущейся среде является векторной суммой = +V, где — скорость распространения ультразвука в неподвижной жидкости, а V — скорость течения жидкости;
● доплеровские расходомеры, основанные на эффекте Доплера, имеющем место при отражении ультразвуковой волны от некоторого отражателя или группы отражателей, движущихся в потоке жидкости.

Остановимся на ультразвуковых времяимпульсных расходомерах, ориентируясь на упомянутый выше афоризм Козьмы Пруткова.

Измерение скорости ультразвуковыми расходомерами в закрытых трубопроводах
 
(Скажи, если знаешь. Иов 28:4,5)

Почему же не сказать, если все очень просто.
 
Принцип действия ультразвуковых расходомеров основан на измерении разницы во времени прохождения акустического сигнала в жидкости (газе). При этом два ультразвуковых преобразователя (по другому – датчики, сенсоры), расположенные на трубопроводе по диагонали напротив друг друга, функционируют попеременно как излучатель и приёмник. 
 
Таким образом, скорость распространения акустического сигнала, поочерёдно генерируемого обоими преобразователями, увеличивается, когда сигнал направлен по потоку, и уменьшается, когда направлен против потока. 

Разница в измеренном времени передачи ΔT напрямую и в точности соотносится со скоростью протекания жидкости в трубопроводе, как это показано на рисунке:
где:
Ө – угол наклона к направлению потока жидкости;
М – время прохождения ультразвукового луча;
D – диаметр трубопровода;
Tup – время прохождения звукового сигнала от верхнего преобразователя (Downstream transducer) до преобразователя нижнего преобразователя (Upstream transducer);
Tdown – время прохождения звукового сигнала от нижнего преобразователя (Upstream transducer) до верхнего преобразователя; 
ΔT = Tup – Tdown;
flow – поток жидкости;
Install Spacing – установочный интервал.
 
На основании измеренной акустическим расходомером скорости v, можно затем рассчитать объёмный расход Q, зная поперечное сечение трубопровода. 
 
Надеемся, удалось убедить, что и впрямь довольно просто.
 
C полной версией первой части статьи, включающей предисловие, можно ознакомиться на сайте компании Gtest
 
Продолжение следует...

 

 
Ссылка на веб-сайт