Массовые расходомеры

3. Массовые расходомеры (массомеры)

         Массовые расходомеры (называемые в России массомерами) предназначены для прямого измерения массы продуктов в динамике. Они появились в 70-х годах, непрерывно совершенствовались и стали одним из прогрессивных средств измерений массы самых разнообразных продуктов. В России применение массовых расходомеров для учета нефти и нефтепродуктов началось в 90-х годах. Практика применения выявила ряд несомненных преимуществ массомеров:

§ прямое измерение массы;

§ высокая точность измерения;

§ отсутствие влияния свойств жидкости - вязкости, плотности;

§ высокая надежность;

§ отсутствие движущихся частей и малые затраты на обслуживание.

         В настоящее время массовые расходомеры изготавливаются и поставляются рядом зарубежных фирм: Miсro Motion (Fisher-Rosemount), Bopp&Reuter, Daniel и др. Наибольшее распространение получили так называемые кориолисовые расходомеры, действие которых основано на эффекте Кориолиса. Расходомер состоит из сенсора и электронного преобразователя сигнала (датчика). Сенсор имеет одну или две измерительные трубки (обычно U-образные), концы которых закреплены неподвижно.

Под воздействием электромагнита, расположенного в центре трубки, и контура обратной связи трубка совершает колебания с собственной резонансной частотой (амплитуда около 1мм., частота около 80 циклов в секунду). Благодаря этому жидкость, протекающая по трубке, приобретает вертикальную составляющую движения. Во время первой половины цикла при движении трубки вверх жидкость, протекающая через первую половину трубки, сопротивляется движению вверх и оказывает давление на трубку сверху вниз. Жидкость, движущаяся во второй (выходной) половине трубки, сопротивляется уменьшению вертикальной составляющей движения, оказывая давление на трубку снизу вверх. Это приводит к закручиванию трубки (рис.3.10). Во время второй половины цикла колебания, когда трубка движется вниз, она закручивается в противоположную сторону.

Рекомендуемые материалы

         Для определения зависимостей рассмотрим отрезок трубки с движущейся в ней жидкостью, совершающей вращательно-колебательное движение (см. рис. 3.11).

Рис. 3.11

Частица жидкости массой М, движущаяся поступательно со скоростью V и вращающаяся с угловой скоростью w вокруг точки О, имеет две составляющие ускорения:

§ радиальное ускорение, равное

  a_r = w²r                                             (3)

§ окружное ускорение, равное

  a_t = 2wV                                   (4)

Кориолисова сила, действующая на частицу массой М и действующая в обратном направлении на трубку, равна

F= a_t^.M = 2wVM                                                               (5)

Любой отрезок трубки длиной DL испытывает действие кориолисовой силы, равной

                                                                       (6)

Обратите внимание на лекцию "15 Гетерогенные линименты".

где    S - площадь поперечного сечения трубки;

r - плотность жидкости;

Учитывая, что массовый расход равен Q_m = V^.S^.r, имеем

                                                                         (7)

При колебании измерительной трубки угловая скорость ее изменяется в диапазоне -w<0<w по синусоидальному закону, поэтому кориолисова сила также изменяется по такому же закону. Трубка закреплена в точках входа и выхода и колеблется таким образом, что максимальная амплитуда находится в средней точке между точками закрепления. Кориолисовы силы, образуемые в каждой половине трубки, имеют одинаковую величину, но противоположное направление. Эта пара сил создает изгибающий момент, который закручивает трубку и вызывает асимметричную деформацию ее. Величина деформации трубки (угла ее закручивания) прямо пропорциональна массовому расходу жидкости. В кориолисовых расходомерах фирмы Micro Motion деформация трубки преобразовывается в выходной сигнал путем измерения временного сдвига между сигналами детекторов, расположенных с двух сторон трубки симметрично и фиксирующих ее прохождение. При отсутствии потока жидкости между сигналами детекторов временной сдвиг отсутствует, при наличии потока вследствие закручивания трубки появляется сдвиг, прямо пропорциональный массовому расходу.

С сенсора можно также получить сигнал, позволяющий измерять плотность жидкости. Вибрирующая трубка сенсора аналогична трубке вибрационного плотномера. Трубка сенсора колеблется с собственной резонансной частотой, которая зависит от размеров и массы трубки с жидкостью. Поскольку размеры и масса трубки постоянны, резонансная частота колебаний трубки пропорциональна плотности жидкости. Управление сенсором, преобразование сигналов и выдача их осуществляется электронными преобразователями различных типов.

         В таблице 3.1 приведены технические характеристики массомеров, поставляемых ведущими фирмами мира.