По принципу измерения различают расходомеры переменного перепада давления, постоянного перепада (ротаметры) и индукционные.
Для анализа и подсчета расхода топлива за сутки (например, газа в туннельных печах обжига фарфоро-фаянсовых изделий) с целью выявления резерва экономии топливных ресурсов требуются данные о среднем значении расхода газа или жидкости, т. е. значение площади, ограниченной кривой на диаграммном диске вторичного регистрирующего расходомера. Эту площадь определяют планиметром.
Количество жидких и газообразных веществ измеряется счетчиками жидкостей и газосчетчиками.
Расходомеры переменного перепада давления
В комплект расходомера переменного перепада давления входят: сужающее устройство (диафрагма), установленное в трубопроводе, прибор для измерения перепада давления—дифманометр, а также связывающие их импульсные трубки с вспомогательными устройствами — уравнительными сосудами, запорной арматурой и др.
Внешний вид диафрагмы, применяемой на промышленных предприятиях в качестве сужающего устройства, показан на рис. 1.
Рис. 1. Бескамерная диафрагма: 1 — пластина, 2 — ушко, 3 — диск
На пластину 1 при установке диафрагмы наносят следующие данные: условное обозначение, значение давления среды, диаметр трубопровода, марку стали, из которой изготовлена диафрагма, и номер стандарта на диафрагму.
Для поддержания постоянства и равенства уровней конденсата в системе, передающей перепад давления от диафрагмы к дифманометру, при измерении расхода водяного пара применяют уравнительные конденсационные сосуды типа СКМ-40. Его конструкция представлена на рис. 2.
К обечайке 2 приварены два донышка 3. Трубки 4 и 1 служат для присоединения уравнительного сосуда соответственно к диафрагме и дифманометру.
Рис. 2. Уравнительный конденсационный сосуд типа СКМ-40: 1 — трубка присоединения к дифманометру, 2 — обечайка, 3 — донышко, 4 — трубка присоединения к диафрагме
В зависимости от принципа действия различают дифманометры поплавковые, колокольные, мембранные с силовой компенсацией и сильфонные пневматические.
Поплавковый дифманометр типа ДПМ, принципиальная схема которого приведена на рис. 3, состоит из двух герметичных сосудов — поплавкового (плюсового) 2 и сменного (минусового) 9, сообщающихся между собой соединительной трубкой 10 и заполненных жидкостью.
К плюсовому сосуду подводится большее, а к минусовому — меньшее давление, разность которых составляет перепад давления. В первом сосуде на поверхности жидкости находится пустотелый поплавок 1. При изменении уровня жидкости перемещение поплавка через рычаг 3 передается измерительному механизму. Высота, на которую перемещается поплавок, определяет значение измеряемого перепада давления. На линиях подвода давлений установлены запорные вентили 6 и 8 к устройствам для продувки соединительных линий и уравнительный вентиль 7.
Рис. 3. Принципиальная схема поплавкового дифманометра типа ДПМ:
1 — поплавок, 2 — плюсовой сосуд, 3 — рычаг, 4 — стрелка, 5 — шкала, 6, 8 — запорные вентили, 7 — уравнительный вентиль, 9 — минусовой сосуд, 10 — соединительная трубка
С целью уменьшения влияния температуры окружающего воздуха кривошип 6 (рис. 4) и рычаг поплавка снабжены биметаллическим компенсатором.
Движение поплавка посредством шарнирно связанного с ним рычага передается на ось 7 уплотнительной муфты; здесь линейное перемещение поплавка преобразуется в угловое. Угол поворота оси 7 уплотнительной муфты при помощи тяги 5, соединенной с кривошипом 6, передается на ось 3, на которой жестко закреплен сектор, и через сектор-трибку — на ось лекала 1. По профилю лекала, рассчитанного по квадратичной зависимости, скользит щуп 2, на оси которого крепится перо 4.
Рис. 4. Кинематическая схема дифманометра типа ДПМ-71 ОР: 1 — лекало, 2 — щуп, 3 — ось сектора, 4 — перо, 5 — тяга, 6 — кривошип, 7 — ось уплотнительной муфты
Колокольные дифманометры работают по принципу поплавковых. Колокол, подвешенный на постоянно растянутой винтовой пружине, плавает в трансформаторном масле, которое разделяет минусовую камеру (над колоколом) и плюсовую (под колоколом). Под воздействием перепада давления колокол поднимается, при этом изменяется взаимная индуктивность между первичной и вторичной обмотками дифференциального трансформатора, внутри которого перемещается плунжер, соединенный с колоколом. Сигнал, пропорциональный перемещению колокола, передается на вторичный прибор с дифференциально-трансформаторной дистанционной системой.
Принцип действия мембранных дифманометров с силовой компенсацией типа ДМ-Э показан на рис. 5.
Изменение перепада давления преобразуется на чувствительном элементе 10 измерительного блока в пропорциональное усилие, которое автоматически уравновешивается силовым устройством обратной связи 11. Усилие, с которым измерительный блок воздействует на преобразователь, создает момент, вызывающий незначительное перемещение рычажной системы и связанного с рычагом 2 флажка 3 индикатора рассогласования. Возникающий на индикаторе сигнал рассогласования преобразуется усилителем 1 в выходной сигнал в виде постоянного тока, который поступает в силовое устройство обратной связи и одновременно является выходным сигналом преобразователя. Блок обратной связи включает в себя силовое устройство, подвижный рычаг 2 с катушкой, индикатор рассогласования 4 и управляющий флажок 3.
Рис. 5. Схема мембранного дифманометра с силовой компенсацией типа ДМ-Э: 1 — усилитель, 2, 5, 6 — подвижные рычаги, 3 - управляющий флажок, 4 — индикатор рассогласования, 7 — ползун, 8 — пружина, 9 - тяга, 10 - чувствительный элемент, 11 — силовое устройство обратной связи.
В качестве силового устройства обратной связи используется магнитоэлектрический механизм (рис. 6), который состоит из стержневого магнита 1 и магнитопровода, представляющего собой основание 4 и полюсную накладку 3, образующую с цилиндрической шейкой магнита кольцевой зазор. В этот зазор помещена подвижная рамка 2, укрепленная на рычаге блока обратной связи преобразователя.
Рис. 6. Конструкция магнитоэлектрического механизма мембранного дифманометра с силовой компенсацией: 1 — стержневой магнит, 2 — подвижная рамка, 3 - полюсная накладка магнитопровода, 4 — основание магнитопровода
Усилие обратной связи возникает при взаимодействии протекающего по рамке постоянного тока с полем, которое создается постоянным магнитом в кольцевом зазоре.
Втягивающее усилие пропорционально току, протекающему по обмотке.
Принцип действия сильфонного пневматического дифманометра типа ДС-П3 основан на пневматической силовой компенсации (рис. 7).
Рис. 7. Схема сильфонного пневматического дифманометра типа ДС-П3: 1 - Т-образный рычаг, 2 — Г-образный рычаг, 3 — ползун, 4 — пружинный корректор нуля, 5 — заслонка, 6 — сопло, 7 — усилитель, 8, 12 — сильфоны, 9 — мембрана вывода, 10 — рычаг, 11 — шток
Перепад давления преобразуется в измерительном блоке, состоящем из двух сильфонов 8, 12, соединенных между собой штоком 11, в пропорциональное усилие. Это усилие при помощи рычага 10 с мембраной вывода 9 передается на Т-образный рычаг 1 и Г-образный рычаг 2 и автоматически уравновешивается усилием обратной связи, создаваемым давлением сжатого воздуха в компенсационном элементе — сильфоне 8.
При изменении перепада давления рычажный механизм и связанная с рычагом 1 заслонка 5 незначительно перемещаются относительно сопла 6. Возникающий в линии сопла сигнал рассогласования управляет давлением, поступающим в сильфон 8 с усилителя 7. Это давление подается одновременно в линию дистанционной передачи, являясь мерой контролируемого параметра.
Настройка на заданный диапазон измерения происходит путем плавного перемещения ползуна 3 вдоль рычагов 1 и 2, в результате чего изменяется передаточное отношение рычажного механизма. Начальное значение выходного сигнала точно устанавливают при помощи пружинного корректора нуля 4.
Дифманометры являются бесшкальными приборами, поэтому они работают в комплекте со вторичными приборами обычно дифференциально-трансформаторной системы типа КСД, КВД, ВМД и др.
На рис. 8 изображена кинематическая схема прибора ВМД.
Положение плунжера в катушке дифманометра зависит от значения измеряемой величины. Такая же дифференциально-трансформаторная индукционная катушка встроена в прибор ВМД. Плунжер в катушке прибора перемещается при помощи профилированного диска (кулачка 5), поворот которого осуществляется реверсивным двигателем. На одной оси с кулачком укреплена стрелка прибора, которая указывает значение расхода.
Рис. 8. Кинематическая схема вторичного прибора дифференциально-трансформаторной системы типа ВМД: 1 — сердечник, 2 — шток, 3 — вилка, 4 — рычаг кулачка переменной длины, 5 — кулачок ДТ — дифференциальный трансформатор
Ротаметры
Ротаметры называют расходомерами постоянного перепада давления, поскольку перепад давления контролируемого вещества на чувствительном элементе (поплавке, поршне) можно считать постоянным во всем диапазоне измерений.
Основными элементами ротаметра (рис. 9) являются конусная трубка 5 и поплавок 6, служащий сопротивлением измеряемой среде. Уплотнение в верхнем и нижнем концах трубки достигается за счет резиновых прокладок 3, 4. Для ограничения хода поплавка предусмотрены упоры 2. Расход измеряют по переменному сечению потока у поправка при постоянном перепаде давления на нем.
Рис. 9. Конструкция ротаметра: 1 — накидная гайка, 2 — упор, 3, 4 — прокладки, 5 — конусная трубка,
6 — поплавок, 7 — обойма
