Классификация и назначение расходомеров

Для уменьшения погрешности  следует в момент, когда наполнение очередной камеры заканчивается, автоматически  снижать расход поступающей жидкости по аналогии с тем, как это делается у ковшевых весов. Это делает значение mx малым и не зависящим от расхода. Тогда погрешность можно снизить до 0,1 %, как, например, в водосчетчиках, опорожнявшихся с помощью сифонов. Но при этом устройство счетчика существенно усложнится.

Опрокидывающиеся счетчики пригодны для измерения расходов при повышенном давлении, но при  условии, что они помещены в прочный  и герметичный корпус, внутрь которого подан воздух  под определенным давлением.

Ниже на рисунке приведен пример устройства счетчика мазута (на расходы до 700 кг/ч) конструкции Кирмалова, рассчитанного на давление до 0,6 МПа и температуру мазута 50-60 °С. 
Внутри цилиндрического корпуса, покрытого теплоизоляцией, снабженного люком  для осмотра и закрывающегося крышкой, размещены два призматических ковша, имеющих сечение в виде равнобедренных треугольников. Центр тяжести ковша при заполнении будет перемещаться строго по вертикали, и изменение плотности жидкости (например, из-за изменения ее температуры) не внесет дополнительной погрешности. Мазут поступает по трубе 2 в распределительный желоб и оттуда в один из ковшей. Когда масса жидкости заполнит этот ковш, момент, создаваемый его весом, преодолеет момент контргруза, и подвижная стрелка повернется вокруг оси. Мазут из опрокинувшегося ковша выливается и по трубе 3 поступает к потребителю. После заполнения левого ковша подвижная система повернется против часовой стрелки и вернется в исходное положение. Каждый поворот вызывает срабатывание счетного механизма. Чтобы счетчик не переполнялся, предусмотрен специальный регулятор уровня жидкости, который  состоит из поплавка, связанного с клапаном на впускной трубе 2.

Рисунок 4 -Опрокидывающийся гравиметрический счетчик мазута (1 - цилиндрический корпус, 2 - труба1 (для подачи воздуха), 3 - теплоизоляция, 4 - люк, 5 - крышка, 6 - призматический ковш, 7 - труба 2 (для подачи мазута), 8 - распределительный желоб, 9 - контргруз, 10 - труба3, 11 - поплавок)

3.2 Барабанные счетчики. Состоят из барабана, разделенного перегородками той или иной формы на несколько равновеликих измерительных камер. Смещение центра тяжести барабана от вертикали, проходящей через ось его вращения, при поступлении в него жидкости вызывает периодический или непрерывный поворот барабана. В счетчиках газа барабан непрерывно поворачивается под действием разницы давлений газа на входе и выходе. Барабанные счетчики применяют только при измерении объемно-го количества жидкости или газа. Однако он может применяться и для измерения массы прошедшей жидкости (барабанный счетчик с противодействующим контргрузом).

На рисунке,  приведен наиболее распространенный пример устройства  трехкамерного барабанного счетчика жидкости. Вокруг оси счетчика имеется кольцевая трубка, по которой поступает жидкость, выливающаяся затем во внутренний цилиндр. Последний имеет три щелевых отверстия, сообщающиеся с измерительными камерами. Из цилиндра жидкость через нижнюю щель  перетекает в измерительную камеру 1. При этом равновесие счетчика не нарушается, так как камера занимает симметричное по-ложение относительно центральной вертикальной оси. После заполнения камеры 1 станет повышаться уровень в цилиндре  и жидкость через щель начнет заполнять камеру 2. Тогда центр тяжести сместится влево, и счетчик повернется на 120° против часовой стрелки. Жидкость через отверстие 7 выльется из камеры 1  в корпус прибора, соединенный с выходной трубкой, а камера 2, продолжая заполняться, займет нижнее положение. Трубочки, заканчивающиеся открытыми концами в торцевой стенке счетчика, служат для удаления воздуха из камер. Стаканчики, которые впаивают в торцевые стенки камер, позволяют точно подогнать объем последних к заданному расчетному значению. Для того чтобы камеры не опорожнялись слишком быстро, а так же чтобы избежать возможное проскакивания барабана с преждевременным попаданием жидкости в соседнюю камеру делают перегородки (на рисунке 5 отмечены  штриховой линией), которые тормозят выливание жидкости.

Рисунок 5. Барабанный трехкамерный счетчик: 
(1 - кольцевая трубка;  2 - внутренний цилиндр;   3 - нижняя щель;  4 - измерительная камера 1;   5 - щель во внутреннем цилиндре;   6 - измерительная камера 2;   7 - отверстие истечения камеры 1;   8 - трубочка;  9 - стаканчик;  10 - измерительная камера 3;   11 - корпус)

Промышленностью выпускаются  барабанные счетчики с номинальным  объемом каждой камеры 0,33, 1, 2, 5, 10 и 20 л.

Погрешность измерения в  диапазоне (1 – 100) qmax не более 1 %, а в диапазоне (0-1)qmax не более 2 %.

Такие счетчики применяют  для измерения количества различных  жидкостей, причем для агрессивных их изготовляют из керамических материалов.

Существуют конструкции  счетчиков с большим числом измерительных  камер (см. рис. 1, г), но без внутреннего  цилиндра. Поэтому жидкость из отверстия  в кольцевой трубке, которая идет вдоль оси, поступает в одну или  сразу две измерительные камеры, находящиеся под этим отверстием. Форма камер несимметрична относительно вертикали, проходящей через ось, и  по мере заполнения камер центр тяжести  счетчика сдвигается вправо. В этом и заключается основная причина  постоянного вращения такого барабана по часовой стрелке.

Погрешность  барабанного счетчика зависит:

• от поверхностного натяжения жидкости,
• от ее температуры,
• от вязкости и плотности,
• от трения в опорах.

Причем чем больше расход, тем больше будет влияние вышеперечисленных  факторов на погрешность.

Рисунок 6. Зависимости погрешности  δ_q барабанного счетчика жидкости от расхода (1 - вода; 2 – спирт; 3 – масло малой вязкости; 4 – машинное масло повышенной вязкости;  5 -  вода при повышенном трении  в приборе.)

При измерения воды (кривая 1, рис. 6) чем меньше ее расход, тем сильнее влияние капиллярных сил, вызывающих утечку части жидкости из измерительной камеры обратно во внутренний цилиндр. Поэтому при малых расходах кривая 1 поднимается и имеется небольшая положительная погрешность. При больших  расходах снова есть небольшой подъем, кривой 1 из-за того, что воздух не успевает выделиться из жидкости и занимает часть объема измерительной камеры.  При очень большом расходе кривая 1 резко падает, потому что уровень жидкости во внутреннем цилиндре повышается и неучитываемая ее часть переливается через воздушную трубку в камеру 10 и далее в корпус прибора. У спирта, который имеет малое поверхностное натяжение, кривая погрешности 2 близка к горизонтальной. Поэтому, если у воды в диапазоне 100:1 погрешность равна 1 %, у спирта она снижается до 0,4 % . При вязкой жидкости стенки камер покрываются слоем жидкости и полезный объем их уменьшается. Это ведет к большой положительной погрешности в начале кривых 3 и 4. Кроме того, уровень во внутреннем цилиндре повышается и при расходах, значительно меньших, чем у воды или спирта, начинается перетекание неучитываемой жидкости через воздушную трубку в камеру 5, что приводит к резкому падению кривой.

Очевидно, что все, вышеуказанные, явления проявляется тем сильнее, чем больше вязкость жидкости. Измерять вязкие жидкости в уменьшенном диапазоне  расходов с учетом уменьшения полезного  объема камер.

Возрастание трения в опорах или уменьшение плотности жидкости, ведет к увеличению уровня во внутреннем цилиндре в момент поворота барабана, а значит, и уменьшению расхода, при  котором начинается падение кривой погрешности (кривая 5).

Благодаря хорошим метрологическим  характеристикам барабанные счетчики применяют всегда, когда нужна  высокая точность измерения, а измеряемая жидкость находится под атмосферным  или небольшим избыточным давлением.

Принципиальная схема  барабанного счетчика газа показана на рис. 1, в. Он имеет четыре камеры, измерительный объем которых  ограничивается уровнем затворной  жидкости (обычно воды), расположенным  немного выше оси барабана. Под  действием разности давлений газа на входе и выходе барабан постоянно  вращается. Для увеличения площади  проходных отверстий перегородки, разделяющие камеры, дополняют торцевыми  поверхностями, близкими по площади  к четверти круга. Одна из этих поверхностей направлена в сторону вращения, а  другая отогнута в обратном направлении. Эти поверхности слегка перекрываются  такими же поверхностями соседней перегородки, из-за чего образуются большие щели для входа и выхода газа. Ра-нее  газосчетчики с подобными барабанами широко применялись в качестве бытовых, и назывались «мокрыми газовыми часами». Потом их заменили на «сухие газовые часы», принципиальная схема которых показана на рис. 7. Круглый жестяной диск, прикрепленный эластичными стенками (мехами) из кожи или ее заменителя к основанию, совершает возвратно-поступательное движение, вытесняя определенные объемы газа.

Рисунок 7- Камерный преобразователь  расхода с эластичными стенками

Барабанные счетчики газа на производстве не применяются, они  сохранили свое значение только для  лабораторных работ. У газосчетчиков 1-ГСБ-160 и 1-ГСБ-400 полные измерительные  объемы 2 и 5 л, погрешность 1-2 %.

4 Поршневые расходомеры и счетчики жидкости

Поршневые счетчики жидкости, благодаря высокой точности измерения (погрешность около 2%), главным образом  используются для измерения нефтепродуктов, ранее их применяли для измерения  расхода воды.

Эти счетчики изготавливаются  с различным числом поршней. Чаще всего встречаются счетчики с  одним, двумя, четырьмя и шестью поршнями. Распределительное устройство обычно золотниковое, иногда в виде четырехходового  поворотного крана.

Немного истории.

Одним из первых поршневых  счетчиков отечественного производства был одноноршневой  водосчетчик с вертикальным ходом поршня на калибры 40 и 50 мм и максимальным расходом  равным 12 и 20 м³/ч. Позже стали применять расходомер мазут типа МП со счетчиком [012], имеющей четыре вертикально расположенных цилиндра с поршнями, штоки которых упираются в распределительный диск и вызывают как его движение, так и вращение связанного с ним центрального вала. Кривошип последнего управляет движением золотника, обеспечивающего последовательное соединение цилиндров с входным и выходным отверстиями. Счетчик числа оборотов центрального вала измеряет количество прошедшего мазута, а фрикционный тахометр, измеряющий частоту вращения этого вала, — расход мазута. С помощью ферродинамического преобразователя показания расходомера могут быть переданы на вторичный прибор. Расходомеры МП имеют три калибра: 15, 25 и 32 мм — и соответствующие максимальные пределы измерения: 0,25, 1,25 и 4,0 м³/ч. Погрешность измерения расхода 5 % у калибра 15 мм, у двух остальных ±1,5 %. Погрешность измерения количества 2 %. Предельное давление 1 МПа, потеря давления 35 кПа, допустимая вязкость жидкости от 20,4 • 10⁶ до 89 • 10⁶ м²/с.

Одним из преимуществ поршневого счетчика, в отличие от других камерных приборов, имеющих зазор между  корпусом и подвижным элементом, поршень имеет уплотнение в виде манжет из кожи, пластмассы, мягкого  материала или в виде колец  из резины иногда меди. Поршневые счетчики и расходомеры сейчас применяются  лишь при малых расходах в трубах, диаметр которых обычно не превышает 50 мм. Из-за возвратно-поступательного  движения поршней скорость их маленькая  и при больших размерах поршневые  приборы становятся слишком громоздкими.

Все мы хоть раз бывали на заправке и видели бензоколонки. Так  вот, чаще всего на них стоят  четырехпоршневые счетчики бензина (рис. 8). В четырехцилиндровом блоке 1 перемещаются четыре поршня, штоки которых 14 через кулисы 17 и ролики 12 приводят во вращение коленчатый вал 11, а вместе с ним золотник 9 и валик 5, связанный со счет-ным механизмом. Золотник 9, имеющий форму усеченного конуса, расположен в распределительной головке 2 и притерт к опорной поверхности блока 1. Плотность прилегания золотника обеспечивается двумя пружинами: гофрированной цилиндрической 7 с опорным кольцом 6 и расположенной внутри нее винтовой пружиной 4. В положении, показанном на рисунке, жидкость через отверстие 3 начинает поступать к поршню 3, находящемуся в крайнем положении, и продолжает поступать к поршню 15, уже прошедшему половину пути. Одновременно поршни 10 и 16, соединенные штоками с поршнями 13 и 15, перемещают уже отмеренную жидкость через отверстие 8 к выходному штуцеру. Когда поршень 15 дойдет до своего крайнего положения, золотник 9 сообщит пространство у поршня 16 с входным 3, а у поршня 15 с выходным 8 отверстиями, и эти поршни начнут обратное движение. Поршни же 13 и 10 будут продолжать свое первоначальное движение, пока не придут в крайнее положение.

Рисунок 8 - Четырехпоршневой счетчик бензина

5 Счетчики жидкости с овальными шестернями

Рассматриваемые счетчики состоят  из двух овальных шестерен, который  находятся в зацеплении (см. рис. 3) и вращаются в противоположные  стороны. Под влиянием разности давлений жидкости в подводящей и отводящей трубах и перемещающих при этом определенные ее объемы.

Их применяют для измерения  количества жидкостей, с вязкостью (0,55 -300)• 10 6 м2/с, давление до 6,4 МПа, температурой - от 40 до +120 °С и давление до 6,4 МПа в трубах диаметром от 15 до 80 мм. Их габаритные размеры и масса значительно меньше, чем у поршневых счетчиков, благодаря вращательному движению разделительных элементов.

Счетчики с овальными  шестернями широко применяют для  измерения различных нефтепродуктов. Они должны изготовляться согласно ГОСТ 12671-81*Е классов 0,25 и 0,5.. 
Счетчики изготовляют на давления 0,6, 1,6, 2,5, 4,0, 6,4 МПа и на три диапазона температур измеряемой жидкости: от -40 до +50 °С; от -10 до +60 °С и от +60 до +120 °С.