Файл: Программа Эксплуатация и обслуживание объектов транспорта и хранения нефти, газа и продуктов переработки.pdf

29 больших избыточных давлений и разрежений (манометры, напоромеры и тягомеры), а также перепадов давления (дифманометры).
Сильфоны (тонкостенные металлические камеры с гофрированной боковой поверхностью) применяются в качестве чувствительных элементов приборов давле- ния, которые своевременно и точно реагируют на изменение давления. При дейст- вии нагрузки длина сильфона изменяется, увеличиваясь или уменьшаясь в зависи- мости от направления приложенной силы. Наличие гофров позволяет перемещать подвижную часть сильфона на значительное расстояние (десятки миллиметров) без заметного изменения его характеристик.
При использовании электрических датчиков, давление, воздействуя на чувст- вительный элемент электрического датчика, изменяет его электрические параметры: сопротивление, ёмкость или заряд, которые становятся мерой этого давления.
Подавляющее большинство современных общепромышленных ИПД реализо- вано на основе трех основных принципов:
1) емкостные – используют упругий чувствительный элемент в виде конденса- тора с переменным зазором: смещение или прогиб под действием прилагаемого дав- ления подвижного электрода-мембраны относительно неподвижного изменяет его
ёмкость;
2) пьезоэлектрические – основаны на зависимости поляризованного заряда или резонансной частоты пьезокристаллов: кварца, турмалина и других от прила- гаемого к ним давления;
3) тензорезисторные – используют зависимость активного сопротивления про- водника или полупроводника от степени его деформации.
В последние годы получили развитие и другие принципы работы ИПД: воло- конно-оптические, индукционные, гальваномагнитные, объемного сжатия, акусти- ческие, диффузионные и т.д.

30

31
Во вторую группу входят многочисленные турбинные, шариковые и камерные
(роторные, с овальными шестернями и другие) счетчики количества и частично рас- ходомеры. Приборы силовые и с автоколеблющимся телом пока еще имеют ограни- ченное применение.
Из приборов третьей группы наибольшее распространение получили электро- магнитные. Реже встречаются тепловые и акустические приборы.
Расходомеры оптические, ядерно-магнитные и ионизационные применяются сравнительно редко.
Меточные и концентрационные расходомеры, относящиеся к четвертой груп- пе, служат для разовых измерений, например при проверке промышленных расхо- домеров на месте их установки.
Корреляционные приборы перспективны для измерения расхода двухфазных веществ.
Из парка существующих расходомеров более 60% составляют расходомеры переменного перепада давления. Такое широкое их применение объясняется невы- сокой стоимостью, простотой конструкции и эксплуатации, а также отсутствием не- обходимости в дорогостоящих образцовых установках для градуировки. Из более чем двухсот типов используемых в мировой практике расходомеров, эти расходоме- ры являются единственными нормализованными средствами измерения расхода.
Измерение расхода по этому методу основано на изменении потенциальной энергии (статического давления) вещества, протекающего через сужающее устрой- ство в трубопроводе. Сужающим устройством называется техническое устройство, устанавливаемое в измерительном трубопроводе, со сквозным отверстием для соз- дания перепада давления среды путем уменьшения площади сечения трубопровода
(сужения потока). В измерительной технике в качестве сужающих устройств (пер- вичных преобразователей) используют диафрагмы, сопла, сопла и трубы Вентури.
При измерении расхода по методу переменного перепада давлений протекаю- щее вещество должно полностью заполнять все сечение трубопровода и сужающего устройства; поток в трубопроводе должен быть практически установившимся; фазо- вое состояние веществ не должно изменяться при прохождении их через сужающее устройство (жидкость не должна испаряться).
Время прохождения газов через сужающее устройство настолько незначи- тельно, что их сжатие и последующее расширение происходят практически без об- мена тепла с окружающей средой, т.е. адиабатически.
Для всех стандартных сужающих устройств коэффициенты расхода в широ- ком диапазоне достаточно достоверны и воспроизводимы, поэтому указанные уст- ройства можно применять без индивидуальной градуировки.
К стандартным (нормализованным) сужающим устройствам относятся диа- фрагмы (ГОСТ 8.586.2-2005), сопла и сопла Вентури (ГОСТ 8.586.3-2005), а также трубы Вентури (ГОСТ 8.586.4-2005).
Стандартные диафрагмы являются самым распространенным типом сужающе- го устройства. Она представляет собой тонкий металлический диск с круглым кон- центрическим отверстием, которое имеет со стороны входа острую цилиндрическую кромку, а далее расточено под углом φ =30÷60
о
Поперечное сечение в осевой плоскости стандартной камерной диафрагмы приведено на рис. 6.1.

32 1 - входной торец диафрагмы; 2 - выходной торец диафрагмы
Рисунок 6.1 - Сечение диафрагмы
Стандартное сопло (см. рис. 6.2) представляет собой тип стандартного су- жающего устройства, имеющего плавно сужающуюся часть на входе, переходящую на выходе в горловину.
Рисунок 6.2 - Стандартное сопло
Сопла могут применяться без индивидуальной градуировки в трубопроводах
50 мм ≤ D ≤ 630 мм, при условии, что 0,2 ≤ β ≤ 0,65. Сопло особенно удобно для из- мерения расхода газов, если ((Р
1
-Р
2
)/Р
1
) < 0,1.
По сравнению с диафрагмами они менее чувствительны к коррозии, загрязне- ниям и обеспечивают несколько большую точность измерения. Профильная часть отверстия сопла должна быть выполнена с плавным сопряжением дуг. Поверхность входной части сопла не должна быть шероховатой; для цилиндрической части ис- ключается конусность. Выходная кромка цилиндрической части отверстия должна быть острой, без заусенцев, фаски или закругления. Для изготовления сопел обычно применяют те же материалы, что и для диафрагм.
Наиболее распространёнными расходомерами постоянного перепада давления являются расходомеры со свободно перемещающимся в корпусе поплавком (рота- метры). Принципиальная схема ротаметра показана на рис. 6.3. Проходящий через ротаметр снизу поток жидкости или газа поднимает поплавок вверх до тех пор, пока расширяющаяся кольцевая щель между телом поплавка и стенками конусной трубки не достигнет такой величины, при которой действующие на поплавок силы уравно- вешиваются, и он останавливается на той или иной высоте, в зависимости от вели- чины расхода. При неизменном расходе поплавок неподвижен.

33
Рисунок 6.3 - Принципиальная схема ротаметра
Ротаметры со стеклянной трубкой изготавливают на давление, не превышаю- щее 600 КПа. При более высоком давлении измеряемой среды применяют ротамет- ры с металлической трубкой.
Электромагнитные расходомеры относятся к бесконтактным, т.е. в них отсут- ствует прямой контакт измеряемой среды с узлами прибора. Эти расходомеры под- разделяются на приборы с электромагнитным преобразователем расхода и приборы с электромагнитными преобразователями скорости потока.
Приборы с электромагнитным преобразователем расхода основаны на взаимо- действии движущейся жидкости с магнитным полем. Это взаимодействие подчиня- ется закону Фарадея, согласно которому в жидкости, пересекающей магнитное поле, индуцируется ЭДС, пропорциональная скорости движения жидкости.
Электромагнитные расходомеры имеют ряд преимуществ. Прежде всего, они практически безынерционны, что очень важно при измерении быстроизменяющихся расходов и при использовании их в системах автоматического регулирования. Ре- зультат измерения не зависит от наличия взвешенных частиц в жидкости и пузырь- ков газа. Электромагнитные расходомеры применяют лишь при измерении расхода пульсирующих потоков жидкости и при кратковременных измерениях, когда поля- ризация не успевает оказать заметного влияния.
Ультразвуковой (частота выше 20 КГц) метод измерения расхода основан на явлении смещения звукового колебания движущейся жидкой или газообразной сре- дой. Измерение расхода, в основном, осуществляется путем косвенных измерений следующих величин:
- разности времен Δt (времяимпульсный метод) прохождения ультразвуковых импульсов по потоку и против него;
- разности фаз Δϕ (фазовый метод) между ультразвуковыми колебаниями, рас- пространяющимися по потоку и против него;
- разности частот Δf (частотный метод) двух автогенераторов, в качестве эле- мента обратной связи которых используется контролируемая среда.
Современные расходомеры, как правило, реализуют времяимпульсный метод.
На рис. 6.4 представлена принципиальная схема измерения расхода ультразвуковым расходомером, использующим времяимпульсный метод. Разность времен прохож- дения импульсов по потоку и против потока является мерой расхода.
Измерение не зависит от электропроводности, вязкости, температуры, плотно- сти и давления среды. Полнопроходное сечение исключает накопление отложений, потери давления и износ.

34
Рисунок 6.4 - Схема измерения ультразвуковым расходомером с двумя преобразователями
Ультразвуковые расходомеры предназначены для измерения расхода почти всех продуктов, будь то жидкости или газы, агрессивные или коррозионные. Един- ственным условием является отсутствие в потоке большого количества твердых и газовых включений.
Принцип действия вихревых и вихреакустических расходомеров основан на явлении, носящим название «эффект Ван Кармана», согласно которому при обтека- нии неподвижного твердого тела потоком жидкости за телом образуется вихревая дорожка, состоящая из вихрей, поочередно срывающихся с противоположных сто- рон тела. На рис. 6.5 показано обтекание цилиндра потоком и образование вихрей.
Частота образования вихрей за телом пропорциональна скорости потока. Детекти- рование вихрей и определение частоты их образования позволяет определить ско- рость и объемный расход среды.
Рисунок 6.5 - Образование вихрей
В зависимости от способа детектирования частоты вихрей различают вихре- вые и вихреакустические расходомеры. В вихревых расходомерах определение час- тоты вихреобразования производится при помощи двух пьезодатчиков, фиксирую- щих пульсации давления в зоне вихреобразования («съем сигнала по пульсациям давления»). В вихреакустических расходомерах в качестве тела обтекания применя- ется призма трапецеидального сечения, а детектирование вихрей производится с помощью ультразвуковых преобразователей.
Вихреакустические расходомеры применяются в чистых жидкостях с низкой вязкостью без завихрений, которые движутся со средней или высокой скоростью. В потоке не должно быть завихрений, поскольку они могут повлиять на точность из- мерений. Любая эрозия, коррозия или отложения, которые могут изменить форму плохо обтекаемого тела могут повлиять на калибровку расходомера, и поэтому иде- альные условия предусматривают чистые жидкости.
Принцип действия калориметрических расходомеров основан на нагреве по- тока жидкости или газа посторонним источником энергии, создающим в потоке раз- ность температур, зависящую от скорости потока и расхода теплоты в нагревателе.

35
Тепло к потоку в калориметрических расходомерах подводится обычно элек- тронагревателями.
Калориметрические расходомеры обладают достаточно высокой точностью, оцениваемой (в условиях индивидуальной градуировки) приведенной погрешностью
± (0,5 - 1,0)%, большим диапазоном измерений (10:1 и выше), малой инерционно- стью. Недостатками их являются сложность измерительных схем и нестабильность характеристик, связанная с коррозией приемных устройств и осаждением на них различных частиц, переносимых потоком.
Данные приборы можно применять для измерения массового расхода как жидкостей, так и газов, но в настоящее время ими измеряют, главным образом, ма- лые (в трубках диаметром 2-3 мм) и средние расходы чистых газов.

36
Лекция № 7
СРЕДСТВА ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ ТЕМПЕРАТУРНЫХ
ПАРАМЕТРОВ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ
Температурой называют величину, характеризующую тепловое состояние те- ла. Согласно кинетической теории температурой называют физическую величину, количественно характеризующую меру средней кинетической энергии теплового движения молекул какого-либо тела или вещества.
Из определения температуры следует, что она не может быть измерена непо- средственно и судить о ней можно по изменению других физических свойств тел
(объема, давления, электрического сопротивления, термо-ЭДС, интенсивности из- лучения и т.д.). Эти свойства тел называют термометрическими, а вещества, харак- теризующиеся такими свойствами, также называются термометрическими. По этой причине невозможно создать эталон температуры, подобно тому, как создаются эта- лоны других величин.
В системе СИ основной единицей является Кельвин, который является едини- цей измерения в так называемой абсолютной термодинамической шкале. Градус
Кельвина определяется как 1/273,16 часть температуры тройной точки воды. По- следняя есть температура равновесного состояния водяного пара, жидкой воды и льда. Для воспроизведения Кельвина интервал между абсолютным нулем темпера- туры и температурой тройной точки воды делится на 273,16 части.
Для обеспечения единства измерений температуры в качестве международно- го стандарта в 1990 году была введена Международная температурная шкала
(МТШ-90). А. Цельсием была предложена привычная нам десятичная температур- ная шкала, в которой расстояние по шкале между точкой таяния льда и точкой ки- пения воды делилось на 100 частей. В странах Западного полушария общепринятой является шкала Фаренгейта, также встречаются термометры, отградуированные в градусах Реомюра.
7.1. Классификация средств измерения температуры
Средство для измерения температуры называют термометром. Все типы тер- мометров принято разбивать на два класса в зависимости от методики измерений
(см. рис. 7.1) – контактные и бесконтактные.
Традиционный и наиболее массовый вид термометров – контактные термо- метры, отличительной особенностью которых является необходимость теплового контакта между датчиком термометра и средой, температура которой измеряется.
Вторую группу составляют бесконтактные термометры, для измерения которыми нет необходимости в тепловом контакте среды и прибора, а достаточно измерений собственного теплового или оптического излучения.
Контактные приборы и методы по принципу действия разделяются на: а) термометры расширения, принцип действия которых основан на зависимо- сти объемного расширения жидкости и линейных размеров твердых тел от темпера- туры;