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