Измерение количества вещества. Счетчики

Количество вещества выражают в единицах объема или массы. Основной единицей объема принимается кубический метр (м³). Основной единицей массы принимается килограмм (кг). Количество жидкости с равной степенью точности может быть измерено и объемным и массовым методом, так как плотность жидкости при определенной температуре является величиной постоянной, характерной для каждой данной жидкости. При пере­ходе от объемных единиц к массовым необходимо учитывать темпе­ратуру измеряемой жидкости, так как плотность жидкости зави­сит от температуры. Количество газа измеряют исключительно объемным методом. Для твердых сыпучих тел пользуются понятием насыпной или объемной массы. Приборы, измеряющие количество вещества, называются счетчиками. Счетчики измеряют протекающий через них объем вещества за любой промежуток времени: сутки, месяц и т.д. Количество вещества при этом определяется как разность показаний счетчика. Счетчики, как правило, являются приборами прямого измерения, и отсчет по их шкале дает значение изме­ряемой величины без дополнительных вычислений.

Счетчики жидкости можно разделить на две большие группы: объемные и скоростные.

Принцип действия объемных счетчиков заключается в не­посредственном отмеривании объемов измеряемой среды с помо­щью мерных камер известного объема и подсчета числа порций, прошедших через счетчик.

Наиболее распространенным объемным счетчиком жидких ве­ществ является счетчик с овальными шестернями (рис. 10). Вну­три корпуса 3 размещены две находящиеся в зацеплении овальные шестерни 1 и 2. Набегающий на шестерни измеряемый поток соз­дает на них перепад давления. Под действием этого перепада поток в положении, показанном на рис. 1, а, создает на овальной ше­стерне 1 крутящий момент и заставляет вращаться эту шестерню, которая ведет шестерню 2. В положении, показанном на рис. 1, б, крутящий момент возникает на обеих шестернях, а в положении на рис. 1, в крутящий момент действует на шестерню 2, которая теперь ведет шестерню 1. Направление вращения шестерен указа­но на рисунке стрелками.

Благодаря высокой точности измерения (погрешность±(0,5... 1)% от измеряемого значения), малой потере давления, независимости показания от вязкости, значительному вращающему моменту счет­чики с овальными шестернями используются для измерения раз­личных жидкостей, в том числе нефти и нефтепродуктов.

Существенным недостатком этих счетчиков является необхо­димость хорошей фильтрации измеряемой среды от механических примесей, а также высокий уровень акустического шума. Предел измерений таких счетчиков 0,01... 250 м³/ч.

Принцип действия винтовых счетчиков жидкости заключается в том, что два винта, находящиеся в зацеплении, вращаются под действием потока жидкости, отмеряют при каждом обороте неко­торый объем.

Для измерения газовых потоков применяют ротационные га­зовые счетчики, принцип действия которых аналогичен принципу действия счетчиков с овальными шестернями. Они служат для из­мерения номинальных расходов от 40 до 40 000 м³/ч и классы точ­ности 2 и 3.

Рисунок 10 - Схемы (а — в) счетчика с овальными шестернями:

1,2 — шестерни; 3 — корпус прибора; V1, V2— отсекаемые объемы жидкости

Скоростные счетчики в отличие от объемных не имеют из­мерительных камер и производят косвенное измерение количества веществ в объемных единицах.

Чувствительным элементом скоростных счетчиков является турбинка, приводимая во вращение потоком жидкости, протекающим через счетчик. Принцип действия скоростных счетчиков основан на том, что число оборотов турбинки в единицу времени пропор­ционально скорости потока, омывающего турбинку.

Конструкция скоростных счетчиков показана на рис. 11. Тур­бинки в таких счетчиках делятся на аксиальные, ось вращения которых параллельна направлению потока (рис. 11, а), и танген­циальные, ось вращения которых перпендикулярна направлению потока (рис. 11, б). У счетчиков с аксиальной турбинкой выше предел измерения и точность.

Выходной сигнал счетчиков может формироваться двумя спосо­бами.

Первый способ — отображение показаний на шкале счетчика. Для этого подвижный элемент счетчика соединяется с отсчетным устройством, проградуированным в единицах расхода. Отображе­ние многоразрядных показаний происходит с помощью системы механических передач.

Второй способ — дистанционная передача электрического сиг­нала. Для этого прибор оснащается индукционным преобразовате­лем, позволяющим отслеживать число оборотов подвижного эле­мента из ферромагнитных сплавов и генерировать импульсы ЭДС, частота которых пропорциональна расходу. Также счетчик можно снабдить электрическим тахогенератором. Ротор этого генератора получает вращение от оси турбинки скоростного счетчика, а ин­дуцированная в статоре ЭДС измеряется вторичным прибором — вольтметром.

Счетчики, использующие второй способ формирования выход­ного сигнала, можно также использовать для измерения объемного расхода

Рисунок 11 - Скоростные счетчики:

а — с аксиальной турбинкой; б — с тангенциальной турбинкой; 1 — корпус; 2 — турбинка

Контрольные вопросы

1 Дать определение расходу вещества

2 Какие существуют основные виды расходов и их единицы измерения?

3 Перечислить наиболее распространенные виды расходомеров

4 В чем заключается принцип действия расходомеров переменного перепада давления?

5 В чем заключается принцип действия расходомеров постоянного перепада давления

6 В чем заключается принцип действия электромагнитных расходомеров?

7 В чем заключается принцип действия ультразвуковых расходомеров?

8 В чем заключается принцип действия вихревых расходомеров?

9 В чем заключается принцип действия кориолисовых расходомеров?

10 Дать определение количеству вещества? Какие приборы используются для его измерения?

11 Объяснить принцип действия объемных счетчиков

12 Объяснить принцип действия скоростных счетчиков