Расходометрия. Методы, типы расходомеров, применимость, плюсы и минусы конкретных моделей.

Часть 1. Теория. Методы измерения расхода.

Думаю что раз вы читаете эту статью, не нужно объяснять причины, по которым необходимо вести учет расхода различных веществ (в данном случае будем рассматривать жидкости). В этой статье я приведу основные доводы, что в свою очередь может помочь либо с выбором типа расходомера, либо понять работу уже приобретенных (существующих).

Опять же это скорее общая теория, но с ней тоже стоит ознакомиться, прежде чем приступать к детальному изучению какого-то конкретного вида.

Под расходом жидкости (или газа) понимается количество вещества, проходящее через сечение потока в единицу времени. Если это количество измеряется в единицах массы, то расход называется массовым, в случае использования для измерения количества единиц объема – объемным.

Если требуется обеспечить технологию или режим в промышленных процессах, создается система автоматического управления (САУ), которая в качестве обратной связи принимает данные с расходомера. Также на предприятиях создаются системы учета различных жидких и газообразных продуктов, используются в коммерческих и технологических целях (дозирование).

Терминологически следует различать расходомеры и счетчики количества вещества. Если расходомер, вообще говоря, дает информацию о количестве вещества в единицу времени, то счетчик показывает общее количество вещества, прошедшее через поперечное сечение потока за период с начала процесса и до его окончания. Иногда эти функции совмещаются, в этом случае прибор называется расходомером со счетчиком (или счетчик-расходомер). И те и другие могут выдавать определенный тип сигнала, удобный для учета, например импульсы.

Расходомеры, использующие различные физические принципы и методы, можно разделить на несколько групп:

– приборы, использующие гидродинамические методы (расходомеры переменного перепада давления, расходомеры обтекания, вихревые и т. д.);

– приборы с движущимся рабочим органом (тахометрические, вибрационные, с автоколеблющимся телом);

– приборы, использующие различные физические явления (тепловые, электромагнитные, акустические, оптические, ядерно-магнитные, ионизационные);

– приборы, основанные на применении особых методов (метод меток, корреляционные и концентрационные методы).

Указанные разновидности расходомеров и их преобразователей приведены в ГОСТ 15528–86.

Все устройства основанные на гидродинамических методах, которые используют перепад давления можно сгруппировать, но выделить ряд особенностей.

Итак расходомеры перепада давления. Принцип действия расходомеров переменного перепада давления заключается в использовании зависимости от расхода протекающих через установленное в трубопроводе устройство жидкости или газа перепада давления между определенными частями устройства.

В состав расходомеров этого типа входят:

– преобразователь расхода (первичный преобразователь), создающий перепад давления; Кстати такое деление характерно не только для этого типа расходомеров, первичный преобразователь можно выделить и у электромагнитных и других прибров, где есть промежуточная величина, которая пока не характерезует расход в целом, а будет обработана во вторичном преобразователе, часто вторичный преобразователь выносят в другое место, подальше от непосредственно первичного преобразователя.

– соединительные трубки для подключения преобразователя к дифманометру (датчику);

– дифференциальный манометр (датчик или несколько датчиков), измеряющий этот перепад (вторичный преобразователь), в котором перемещение подвижного элемента или действие силы давления трансформируется в электрический сигнал, а разность давлений после преобразования трансформируется в унифицированный сигнал, соответствующий расходу.

В зависимости от конструктивного исполнения преобразователя расхода рассматриваемые расходомеры подразделяются на несколько групп.

• Расходомеры с сужающими устройствами – важнейший и наиболее распространенный в практике тип расходомеров с этим физическим принципом (перепад давления). Принцип их действия основан на зависимости перепада давления, создаваемого в сужающем устройстве, от расхода жидкости или газа, проходящего через него. Происходящие при этом физические процессы обусловлены преобразованием части потенциальной энергии потока в кинетическую энергию.

• Расходомеры с гидравлическим сопротивлением – устройства, принцип действия которых основан на зависимости перепада давления, вызываемого гидравлическим сопротивлением от препятствия (капилярные трубки, засыпка), от расхода текучей среды. Режим течения в таких устройствах, как правило, ламинарный, и применяются они для измерения малых расходов. В этом случае, как известно, перепад давления пропорционален расходу.

• Центробежные расходомеры – устройства, принцип действия которых основан на зависимости перепада давления, образующегося в закруглении трубопровода в результате действия на частицы текучей среды центробежной силы.

• Расходомеры с напорным устройством – приборы, в которых перепад давления создается в результате местного перехода кинетической энергии потока в потенциальную, но при этом он зависит от расхода. Преобразователями расхода в таких устройствах могут быть, например, трубка Пито или осредняющие (интегрирующие) напорные трубки с различной формой и расположением в потоке.

• Расходомеры с напорным усилителем – сочетают в преобразователе расхода напорное и сужающее устройство.

• Расходомеры ударно-струйные – используют зависимость от расхода перепада давления, возникающего при ударе струи о преграду.

Если глянуть на формулу, по которой определяется расход, можно заметить, что между расходом и перепадом давления в сужающих устройствах имеется квадратическая зависимость. Это существенный недостаток, поскольку уменьшается динамический диапазон измерений расходомера. Например, при расходе Q = 25 % Qmax измеряемый перепад составляет лишь около 6 % от максимального. Следовательно, точные измерения таким расходомером можно проводить только в пределах 30–100 % от Qmax. Вследствие влияния погрешностей ряда величин, входящих в формулу для расхода, предельная приведенная погрешность расходомеров с сужающими устройствами обычно не меньше 2 %.

Несмотря на вышесказанное, расходомеры этого типа получили весьма широкое распространение благодаря трем важным достоинствам:

1. Универсальность применения. Эти расходомеры можно использовать для измерений в любых однофазных (а нередко – и в двухфазных) текучих средах. При этом за счет изменения конструкции и размеров диапазон изменения давлений, температур и расходов может быть весьма велик.

2. Удобство и простота массового производства. Самые сложные узлы прибора – дифманометр и вторичный прибор – не зависят от природы среды и значений расхода, их можно изготавливать независимо, крупными сериями. Преобразователь же расхода прост по конструкции и не требует сложного оборудования для изготовления.

3. Отсутствие необходимости в образцовых установках для градуировки и поверки в случае применения нормализованных сужающих устройств в трубах диаметром не менее 12,5–50 мм.

Преимущества:

• Отсутствие движущихся частей.

Недостатки:

• Механические препятствия в сечении: шайба или сопло.
• Малый динамический диапазон измерений.
• Любые осадки на сужающем устройстве приводят к значительным погрешностям.

Все устройства основанные на гидродинамических методах, которые используют метод обтекания тоже можно сгруппировать и выделить ряд отличий.

Расходомерами обтекания называются измерители расхода, в которых чувствительный элемент перемещается под действием динамического давления потока (до тех пор пока сила потока не сравнится с компенсирующей силой), либо измеряется сила, действующая на чувствительный элемент со стороны потока. Перемещение или величина силы в итоге связывается с расходом.

Обычно расходомеры обтекания делятся на три группы:

1) расходомеры постоянного перепада давления, в которых обтекаемое тело перемещается вертикально, а противодействующая сила создается его весом (как поплавок, поднимаемый потоком);

2) расходомеры с изменяющимся перепадом давления, в которых траектория движения обтекаемого тела может быть не только вертикальной, а противодействующая сила может создаваться упругим элементом;

3) расходомеры с поворотной лопастью, в которых противодействующая сила создается не только весом, но и упругим элементом, а также посторонним источником энергии.

Во всех расходомерах обтекания между стенками трубопровода и обтекаемым телом остается небольшое проходное сечение. Поэтому условия обтекания тела существенно отличаются от его обтекания свободным потоком, в частности, возникает довольно значительная разность статических давлений.

Одним из представителей метода №1 является ротаметр, который состоит из расширяющейся вверх (конической) трубки, внутри которой перемещается поплавок. Если трубка стеклянная, на ее поверхность может быть нанесена шкала. Длина трубки может быть от 70 до 600 мм, а ее диаметр – от 1,5 до 100 мм. Использовать ротаметры со стеклянной трубкой можно при температурах до 150 ºС и давлениях до 0,5 МПа. Достоинства ротаметров заключаются в простоте устройства и эксплуатации, наглядности показаний, надежности и удобстве применения для измерения малых расходов различных жидкостей и газов (в том числе – агрессивных), в значительном динамическом диапазоне и достаточно равномерной шкале. Однако получить расчетным путем характеристику ротаметра, т. е. связь между положением поплавка и расходом, практически не удается вследствие комплексного влияния на нее ряда факторов, которые не вполне поддаются расчету. В этой связи каждый ротаметр на заводе-изготовителе градуируется на воде или на воздухе. Применять же ротаметры приходится для измерений в различных средах, т. е. возникает необходимость пересчета заводской градуировки.

Есть еще Поплавковые расходомеры, они тоже входят в группу расходомеров постоянного перепада давления. По принципу действия они похожи на ротаметры, поэтому рассмотренные выше теоретические положения справедливы и для них. Однако от ротаметров эти приборы отличаются конструктивно: в них отсутствует стеклянная коническая трубка, а также внешняя форма поплавка иная и ход его небольшой.

Остальные типы расходомеров обтекания аналогичны, с той лишь разницей, что в дополнение к весу используются дополнительные силы: упругости, электромагнитные итп.

Вихревые расходомеры используют эффект вихревой дорожки Кармана для измерения расхода. За телом обтекания в потоке образуется система вихрей. Частота вихрей пропорциональна скорости потока. Пульсации давления, возникающие в потоке вихрей за телом обтекания, регистрируются датчиками. Такой тип расходомеров обеспечивает низкую относительную погрешность +(0,2-1,5)% в широком динамическом диапазоне.

Вихревые расходомеры являются самыми «всеядными» в плане измеряемых сред. Расход холодных и горячих жидкостей, независимо от их электропроводящих свойств, насыщенного и перегретого пара, природного и технических газов может быть измерен с помощью расходомеров данного типа. Но и у них есть свои ограничения связанные с используемым методом измерения: вихревые датчики расхода не предназначены для измерения вязких и загрязненных сред и сред склонных к образованию отложений. Кроме того расходомеры данного типа наиболее чувствительны к турбулентности и неоднородности потока и вибрации трубопровода.

К относительным достоинствам можно отнести опять же относительно высокую точность измерения - погрешность всего 0,75% от шкалы. Распространены, потому широкий выбор приборов среди фирм - производителей. Средний ценовой сегмент на рынке расходомеров.

Преимущества:

• Подходят для измерения не только жидкостей, но и расхода газов, технического воздуха.
• Отсутствие движущихся частей.

Недостатки:

• Механические препятствия в сечении расходомера.
• Малый динамический диапазон.
• Температурная чувствительность.
• Неустойчивость характеристик при осадках и загрязнении на теле обтекания.
• Влияние вибраций на результаты измерений.

Постепенно переходим к расходомерам с движущимся рабочим телом.

Турбинными или тахометрическими называются расходомеры и счетчики, имеющие вращающийся элемент, скорость вращения которого зависит от расхода. Измеряя скорость вращения в реальном времени, имеем расходомер, а измеряя общее количество оборотов (накопленное за определенный интервал времени), получаем счетчик количества (объема или массы) прошедшего через него вещества.

Широкое распространение такие счетчики получили в коммунальном хозяйстве и энергетике, поскольку для регистрации количества с его помощью нужно лишь вал турбинки соединить через зубчатый редуктор со счетным механизмом (иногда связь физическая отсутствует, а сила вращения передается через магниты, как на домашних водосчетчиках). Для реализации же расходомера скорость вращения следует преобразовать в сигнал, пропорциональный расходу, поэтому необходим двухступенчатый преобразователь, в котором турбинка вращается со скоростью, пропорциональной расходу, а скорость ее вращения воспринимается прибором-тахометром. Поэтому тахометрические расходомеры появились позже счетчиков и не получили столь широкого распространения. Достоинства указанных приборов – в их относительном быстродействии, точности измерений и большом динамическом диапазоне. Турбинные расходомеры могут применяться для труб диаметром от 4 до 750 мм, давлений до 250 МПа и температур от –240 до +700 ºС. Основной недостаток турбинных расходомеров – износ опор, в которых устанавливается ось турбинки ( и собственно оси), поэтому они непригодны для сред, содержащих механические примеси. Кроме того, с увеличением вязкости может изменяться их характеристика, в частности, уменьшаться ее линейная часть. В то же время смазывающая способность измеряемых сред положительно сказывается на работе таких расходомеров.

Преобразование скорости вращения может быть индукционным, индуктивным, фотоэлектрическим.

Расположение турбины может быть аксиальным (как вентилятор осью вдоль потока), и тангенциальным (как колесо водяной мельницы, когда поток попадает прямо на лопатку и сила непосредственно прикладывается к ней, а плечом является расстояние до оси вращения).

Преимущества:

• Невысокая стоимость. Простые и дешевые модели.
• Работают без источника питания.

Недостатки:

• Для трубопровода большого диаметра (то есть в промышленном учете) тахометрические расходомеры будут слишком дорогими из-за повышенной металлоемкости, а также чересчур громоздкими.
• Механические препятствия в сечении расходомера.
• Малый динамический диапазон.
• Недостаточная точность учета: на результаты влияют примеси и посторонние предметы в потоке.
• Неустойчивость измерений.
• Невысокая надежность.
• Примеси и посторонние предметы в воде влияют на результаты измерений.
• Небольшой срок эксплуатации. Подходит для бытовых условий, но не для промышленности.

Далее идет наверное самая технологичная часть расходомеров: электромагнитные, акустические (ультразвуковые), кориолисовые, тепловые, оптические,

Электромагнитные (индукционные) расходомеры. В основе устройства электромагнитных расходомеров – закон электромагнитной индукции, часто можно встретить описание принципа работы расходомеров по закону Фарадея, но это будет не совсем корректно и запутано, тк проще понимать принцип измерения через силу Лоренца (сила действующая на заряженную частицу), тк закон Фарадея про замкнутый контур, а с прямым проводником, как на картинке этот принцип не очень понятен, ведь тут контур как бы отсутствует, но в общем случае основы едины - это влияние изменения магнитного поля относительно заряженной частицы на нее.

Когда проводящая жидкость, например вода, проходит через силовые линии магнитного поля, на заряженные частицы проводящей жидкости (ионы) прикладывается электродвижущая сила, для понимания дана картинка слева, электроды для определения электродвижущей силы (ЭДС) размещаются по краям трубы расходомера, для понимания можно представить их на концах цилиндра, изображающего проводник. Сила Лоренца равна произведению заряда частицы на скорость и вектора магнитной индукции (Fл=|q|*Մ*B*sina), Работа A=Fл*l, где l - это длина проводника, ну а ЭДС для каждой частицы равна Ei=A/|q|. Жидкость конечно в участке расходомера конечно не представляет цилиндр (точнее она как раз таки может быть цилиндром, только вдоль оси трубы, но у нас именно поперек), но в целом если выделить участок проводящей жидкости между электродами, это будет как раз цилиндр. Кстати не важно какой при этом будет траектория движения заряженной частицы, учитывая вывод формулы идет через работу, и значит сила совершая работу проходит путь, а он как мы помним из законов физики отличается от траектории и в итоге работу электродвижущей силы по перемещению заряженных частиц будет определять именно расстоянием между электродами (считай l по формуле), это кстати говорит о том, что в формуле нет ни диаметра проводника, ни его формы. В целом принцип измерения определяется двумя формулами Մ=E/Bl, где l - это длина проводника, по сути расстояние между электродами, говорит нам о том, что скорость пропорциональна скорости движения проводника, то есть жидкости, а объем определяется как Q=Մ*S, где S - сечение трубы расходомера. При этом направление измеряемого ЭДС – перпендикулярно направлению движения проводника, а самое главное из формул видно, что данный тип измерения требователен к тому, чтобы участок трубы, где проводится измерение был заполнен.

Если участок не заполнен совсем, то электроды просто не касаются жидкости (на этот случай у некоторых производителей предусмотрена вторая пара электродов либо датчики, определяющие отсутствие измеряемой жидкости), если заполнен до электродов но не полностью, то определив скорость мы не сможем посчитать объем, тк не знаем точного сечения заполненного участка (оно берется как сечение трубы, но не провдника-измеряемой среды), либо расходомер должен содержать какой-то дополнительный метод, позволяющий измерять уровень жидкости и рассчитывать объем.

Вообще классически прибор измеряет напряжение между двумя электродами, которое кстати очень маленькое (мкВ), что требует осторожности с применением там, где высокий риск словить наводки от «шумящего» оборудования типа преобразователей частоты, так вот зная напряжение между электродами рассчитывется объем проходящей через трубопровод жидкости. В целом это надежный и точный метод, потому что сам прибор не влияет на скорость течения жидкости, а за счет отсутствия движущихся частей оборудование долговечное и сам процесс измерения имеет хороший отклик (отсутствие задержки на изменение расхода).

Обычно изготавливаются из немагнитных материалов и покрыты изнутри электрической изоляцией (резиной, эмалью, фторопластом и т.п.).

Преимущества электромагнитных расходомеров:

• Умеренная стоимость.
• Нет движущихся и неподвижных частей в поперечном сечении, в которых скорость продукта может резко изменяться, что недопустимо по технологии.
• Большой динамический диапазон измерений.
• Работает с густыми, вязкими средами.
• Слабо инертны и позволяют измерять очень малые расходы.

Недостатки:

• На работу прибора влияют магнитные и проводящие осадки. Они же кстати могут скапливаться в трубе будучи примагниченными.
• Если в жидкости будут магнитные и токопроводящие загрязнения, то прибор будет работать с искажениями.
• Не работают со средами с малой электропроводностью (обычно нужно чтобы было выше 5-20 мкСм в зависимости от модели).
• Чувствительны к неоднородностям, турбулентностям в потоке, а также чувствительны к паразитным токам заземления.
• Часто без доп методов, не могут точно определять расход при неполном заполнении трубы, что требует определенных хитростей при установке с предпочтением вертикальных участков или изгибов, или иных методов, в результате которых материалы типа пульпы могут образовывать места застоя и осаждения.

Ультразвуковые расходомеры. В конструкции расходомеров есть передатчик ультразвуковых сигналов (УЗС). К ультразвуковым расходомерам относятся:

• ультразвуковые время-импульсные;
• ультразвуковые фазового сдвига;
• ультразвуковые доплеровские;
• ультразвуковые корреляционные.

Но наибольшее применение получили ультразвуковые расходомеры, которые измеряют разность времени прохождения колебаний по потоку и против него.

Когда жидкость движется по трубопроводу, происходит снос ультразвуковой волны. Из-за этого меняется время, за которое сигнал от передатчика достигает приемника. Скорость прохождения сигнала от передатчика до приемника будет меняться каждый раз при движении жидкости. Если ультразвуковой сигнал идет по направления потока, то время уменьшается, если против – увеличивается. По разности времени прохождения сигнала по потоку и против него и рассчитывается объемный расход жидкости, эта разность пропорциональна скорости движения и объему воды.

Тоже можно заметить, что прибор требователен к заполнению трубы, как и электромагнитный (дублирую оттуда картинку), в таких случаях рекомендуют ставить либо расходомер на вертикальный участок с направлением потока вверх, либо в приямок (в изгиб трубы, где уровень гарантировано будет заполнен при слабом потоке/давлении/самотеке).

Достоинства ультразвуковых расходомеров:

• К относительным достоинствам можно отнести возможность работать со средами, не проводящими ток, что невозможно например для электромагнитного расходомера.
• Стабильный долговечный корпус.

• Невысокая стоимость.
• Нет движущихся и неподвижных частей в поперечном сечении.
• Средний динамический диапазон измерений.
• Возможность монтажа на трубопроводы большого диаметра.

Недостатки:

• Относительный недостаток в том, что прибор плохо работает с газами в силу их слабых акустических свойств.
• Чувствительность измерений к отражающим и поглощающим ультразвук осадкам и взвесям. Длина волны должна быть на порядок больше диаметра твердых частиц.
• Чувствительность к вибрациям, а также чувствительность к завихрениям, как следствие требование по выравниванию однородности потока.
• Чувствительность к перекосам потока для однолучевых расходомеров.

Кориолисовы расходомеры. Принцип действия этих расходомеров опирается на эффект Кориолиса: изменение фаз механических колебаний U-образных трубок, по которым движется жидкость, газ или пар. Сдвиг фаз зависит от массового расхода. Сила Кориолиса, которая воздействует на стенки колеблющейся трубки, меняется под напором воды или пара.

Преимущества:

• Прямое измерение массового расхода.
• Осадки не влияют на измерения.
• Нет препятствий во внутреннем сечении.
• Измерение расхода жидкостей не зависит от их электрической проводимости.

Недостатки:

• Высокая стоимость.
• Строгие требования к технологии изготовления и к монтажу.
• Влияние вибраций на метрологические характеристики.

Тепловые (калориметрические) расходомеры. При движении жидкость в зависимости от скорости может сильнее или слабее охлаждать помещенный в нее предмет, а также сама нагреваться. Принцип основанный на измерении скорости потока по эффекту теплового нагрева потока или тела в потоке на основе расчета переноса калорий заложен в тепловые или калориметрические расходомеры (иногда это просто датчики потока, выдающие сигнал в масштабе 0-100%). Тепловые расходомеры делятся на следующие виды: калориметрические, термоконвективные и термоанемоментрические.

Калориметрические и термоконвективные расходомеры измеряют разность температур при постоянной мощности нагрева. Достоинством калориметрических и термоконвективных расходомеров является постоянство теплоемкости при изменении расхода. Кроме того термоконвективные расходомеры не контактируют с веществом, так как распологаются снаружи трубопровода. Но эти виды тепловых расходомеров имеют большую инерционность.

Термоанемометрические расходомеры основаны на зависимости между потерей тепла нагреваемого тела и скоростью вещества, в котором оно находится. В расходомерах данного типа измеряется сопротивление, по которому определяется скорость потока. Термоанемометры малоинерционны, но применяются в основном для измерения местной скорости и вектора скорости.

Часть 2. Выбор расходомера.

На вопрос: «Какой метод лучше?» однозначно ответить нельзя. В каждом конкретном случае либо потребитель, либо грамотный установщик должны сами оценить все достоинства и недостатки каждого из методов и сделать оптимальный выбор с учетом возможностей потребителя. Также какие-то моменты определяются технологией, то есть расходомер в силу своей конструкции может обеспечить какие-то возможности по противодейтсвию агрессивности среды либо условиям эксплуатации.

Можно пойти прямым путем или обратным. Если рассматривать обратный, то можно методом перебора по критериям сравнить предлагаемые виды расходомеров, а по их характеристикам делать выбор. Не очень быстрый метод.

К основным критериям для анализа покупатель обычно рассматривает:

• Требования к измеряемой среде (физико-химические свойства);
• Возможность измерения реверсивных потоков или массового расхода;

• Заявляемый динамический диапазон измерения;

• Точность измерения и межповерочный интервал, а также наличие возможности поверки расходомера без его демонтажа;

• Надежность, эксплуатационные характеристики.

Если пойти прямым путем, то обычно покупателя просят заполнить опросник, а расходомер подбирается либо по опыту инженерами техподдержки, тут можно попробовать самому сформировать себе такой опыт и попробовать себя в этой роли, но все же потом придется проверить себя обратный путем - соответствует ли выбранный прибор запрошенным характеристикам. Так что же хотят консультанты узнать из опросника?

Ну в первую очередь конечно физико-химические свойства измеряемой среды. Даже по этому критерию отсеивается ряд расходомеров, например если среда имеет слабую электропроводность ниже 5-20мкСм, то не подходит электромагнитный расходомер, это можно назвать первым критерием. Критерии потом можно встретить в таблицах выбра, по ним то и можно подбирать расходомер.

В данной части руководства рассмотрим применимость популярных моделей - расходомеров с кориолисовым, ультразвуковым, электромагнитным и вихревым методом измерения в зависимости от характеристик измеряемой среды.

Физико-химические свойства измеряемой среды играют определяющее значение при выборе метода измерения расхода и конструктивного исполнения расходомера. К физико-химическим свойствам среды относятся такие параметры как агрегатное состояние среды, ее температура и давление (номинальные, минимальные и максимальные), вязкость и химическая активность, наличие в ней примесей, склонность к образованию отложений и т.п.

В тех случаях, когда измеряемая жидкость обладает высокой химической агрессивностью (пусть это будет второй критерий), оптимальным выбором является электромагнитный метод - тут основной момент не в том, что метод хорош, а в том, что для данного вида измерений есть удобные варинаты футеровки и материалов электродов и самого расходомера. Также вариант с ротаметрами позволяет работать с агрессивной средой, но такие приборы не так распространены для промышленности с ее расходами. Также достоинствами являются минимальные длины измерительных участков и расширенный динамический диапазон (1:100 и выше). Но минус - цена на больших диаметрах растет (возможно более предпочтительным будет ультразвук).

Как уже писал, жидкость должна относиться к электропроводным, тогда можем использовать электромагнитный расходомер. При подборе такого расходомера необходимо руководствоваться определенными таблицами по выбору футеровки, тк от нее зависит температурная и коррозионная стойкость измерительной части датчика.

Обычно применяются следующие виды:

Электромагнитные расходомеры, в зависимости от конструктивного исполнения, способны работать в диапазоне температур измеряемой среды от -30 до +180°С, давлении до 16 МПа и выше, вязкости измеряемой среды от 0,1 до 100 000 мПа*с. Следует учитывать, что некоторые электромагнитные расходомеры, в зависимости от материала футеровки, могут иметь ограничения на установку на всасывающем трубопроводе насосов, так как понижение давления может привести к отслаиванию футеровки.

Электромагнитные расходомеры в российских публикациях последних лет представляются как приборы, которые по сравнению с другими типами измерителей расхода имеют более высокие метрологические характеристики (погрешность ±1–2 %) в чрезвычайно широком диапазоне измерения, достигающем 1:500 и даже 1:1000, но появились приборы с еще более широким диапазоном, намного превышающим уже и 1:1000 (хотя ряд исследований делает вывод, что это не более чем рекламный ход, а реальный расход в 5-10 раз ниже). Правда последующая многолетняя эксплуатация в условиях с загрязненным средами (металлические примеси, взвеси и пр.) снижает характеристики из-за отложения металлических частиц, накипи и шлама на внутренней поверхности электромагнитных расходомеров. Кстати следует иметь ввиду, что и межповерочный интервал в подобных случаях есть смысл пересмотреть, тк к концу этого срока расходомеры просто начинают «врать».

Вихревые расходомеры являются самыми универсальными в плане измеряемых сред, но есть ограничение по вязкости не более 7 мПа*с, это можно назвать третьим критерием. Расход холодных и горячих жидкостей, независимо от их электропроводящих свойств, может быть измерен с помощью расходомеров данного типа. Но и у них есть свои ограничения связанные с используемым методом измерения: вихревые датчики расхода не предназначены для измерения не только вязких, но и загрязненных сред и сред склонных к образованию отложений (тут стоит посмотреть на ультразвук). Пусть это будет четвертый критерий. Кроме того расходомеры данного типа наиболее чувствительны к турбулентности и неоднородности потока и вибрации трубопровода (к ритериям это тоже можно отнести, но уже не с точки зрения свойств среды, а как критерий техпроцесса, собственно они потом все будут в таблице).

Учитывая, что измерительная часть вихревых расходомеров выполнена из металла, без применения полимерных футеровок, данный тип датчиков расхода может использоваться для измерения с температурой от -40 до +250°С. Давление среды обычно не должно превышать 10 МПа, максимальная вязкость ограничена величиной примерно 10 мПа*с.

При измерении высокотемпературных сред для защиты электроники электронного блока расходомера от перегрева и обеспечения удобной и безопасной их эксплуатации рекомендуется использовать разнесенное исполнение (независимо от типа расходомера и метода измерения, я уже писал что первичный преобразователь и вторичный могут иметь раздельное исполнение, это тоже обычно можно указать в опроснике). При разнесенном исполнении измерительная часть расходомера располагается на трубе, а блок электроники и индикации на некотором удалении от нее, в удобном для обслуживания месте с нормальным температурным режимом.

Вихревой и механический прежде всего ориентированы на такого потребителя, который желает приобрести расходомер по минимальной стоимости (и это тоже можно назвать критерием, хотя конечно это не спрашивается в опроснике, но не мешает записать это в комментарий) и для которого высокие метрологические характеристики в широком диапазоне измерений не принципиальны. Вихревые производят многие фирмы. Одни из таких YOKOGAWA, KROHNE, ENDRESS+HAUSER, из отечественных фирм можно назвать ЭМИС. Если же финансовые возможности заказчика позволяют, и нужен прибор с высокими метрологическими характеристиками в более широком диапазоне измерения, то ему часто предлагают расходомеры, построенные на базе электромагнитных преобразователей расхода.

Ультразвуковые расходомеры предназначены для измерения расходов чистых (гомогенных) и загрязненный (гетерогенных) жидкостей в зависимости от метода измерения. Для измерения чистых однородных сред следует выбирать ультразвуковой расходомер с время-импульсным методом измерения. Для измерения загрязненный многофазных сред следует выбирать расходомер с доплеровским методом измерения.

Ультразвуковые расходомеры имеют наиболее широкий диапазон применения по температуре и давлению измеряемой среды. Так для расходомеров с врезными датчиками температура измеряемой среды может быть в пределах от -200 до +200°С, давление до 4 МПа, вязкость среды от 0 до 350 мПа*с. Расходомеры с накладными датчиками рассчитаны на температуру измеряемой среды от -40 до +120°С и не имеют ограничений по максимальному давлению (величина максимального давления ограничивается только прочностными характеристиками самого трубопровода). Вязкость измеряемой среды может быть в пределах от 0,5 до 2500 мПа*с.

Для ультразвуковых расходомеров чаще всего упоминают всего лишь один недостаток: необходимость длинных прямых участков до и после приборов для выравнивания однородности потока жидкости, на практике эти длинные участки составляют всего лишь 50–100 см, что не так уж и много, чтобы считаться прям проблемой.

Кориолисовые расходомеры используются для высокоточного измерения расхода (массы) жидкостей, в том числе жидкостей с высокой вязкостью, а также жидкостей с включением твердых компонентов и растворенных газов (до нескольких процентов по объему). При этом плотность среды может начинаться от 1 кг/м3, а минимальная погрешность - от 0,3 кг/м3 при калибровке на рабочей среде. Он может эксплуатироваться на вязких, а также на двухкомпонентных жидкостях. Наибольшее применение расходомеры данного типа получили для измерения расхода и дозирования коррозионно-активных веществ, топлива и сжиженных углеводородных газов. Но это думаю самые дорогие расходомеры. Думаю можно назвать одним из корифеев-производителей в России это фирма Элметро.

Универсальность заключается в возможности работать в двух направлениях.

Кориолисовые расходомеры обеспечивают высокоточное измерение массового расхода при изменении температуры и давления измеряемой среды в широких пределах, не чувствительны к турбулентности потока, поэтому не требуют прямолинейных участков до и после расходомера. Рассчитаны на измерение расхода среды с температурой от -50 до +180°С, давлением до 40 МПа и вязкостью от 0 до 100 000 мПа*с.

Кроме этого есть еще РОТАМЕТРЫ, но они как правило, применяются для измерения малых расходов. Измерение расхода адгезионных, абразивных сред и сред с механическими примесями с помощью ротаметров невозможно. Зато они способны работать на агрессивных средах, для чего используется футеровка из фторопласта.

Кроме того, существует ограничение по монтажу данного типа расходомеров: их установка допускается только на вертикальных трубопроводах с направлением потока измеряемой среды снизу вверх. Современные ротаметры, кроме индикаторов, могут оснащаться микропроцессорным электронным модулем с выходным сигналом 4…20 мА, счетчиком суммарного количества и конечными переключателями для работы в режиме реле потока.

В числе оборудования, рекомендуемого для измерения объема и объемного расхода вязких жидкостей, можно применить роторные счетчики. Обычно их ставят на учет дизельного топлива, бензина, керосина и сжиженного газа на установках слива/налива, дозирования и перекачки нефтепродуктов.

В таблице ниже приведены значения динамического диапазона измерения расхода и максимальные значения скорости потока для расходомеров различного принципа действия.

В таблице ниже приведены метрологические характеристики измерителей расхода с различным способом измерения (ориентиры).

СВОДНАЯ ТАБЛИЦА ПРИМЕНЕНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ РАСХОДОМЕРОВ:

При прочих равных условиях определяющими факторами, которые влияют на такие характеристики датчика расхода как точность, повторяемость результатов, стабильность показаний являются:

• Качество и геометрическая точность изготовления расходомерных трубок у кориолисовых расходомеров;
• Конструкция узла «вихресъемника» и программные алгоритмы обработки сигнала и подавления помех у вихревых расходомеров;
• Качество нанесения и материал футеровки и конструкция измерительных электродов у электромагнитных расходомеров;
• Конструкция пьезоизлучателей и количество лучей у ультразвуковых расходомеров.

На надежность работы и отсутствие поломок в течении заявленного срока службы расходомера влияют:

• Соответствие выбранного исполнения расходомера характеристикам измеряемой среды и условиям эксплуатации;
• Монтаж и электрическое подключение в соответствие с рекомендациями производителя;
• Использованная при производстве датчика расхода элементная база, материалы, конструкционные и схематические решения;
• Квалифицированное техническое обслуживание с требуемой периодичностью.