Российский производитель и эксклюзивный представитель известных мировых брендов КИПиА
Российский производитель и эксклюзивный представитель известных мировых брендов КИПиА
Массовый расходомер является одним из видов расходомеров и представляет собой устройство, которое точно измеряет массовый расход жидкости, движущейся по трубе. Массовый расход измеряет массу в единицу времени, отличаясь от объемного расхода, который измеряет объем в единицу времени.
Измерение массового расхода лежит в основе большинства рецептур, определения материального баланса, выставления счетов и операций по передаче ответственного хранения в промышленности. Поскольку это наиболее важные измерения расхода на перерабатывающем предприятии, надежность и точность определения массового расхода имеют первостепенное значение.
Для измерения массового расхода используются две технологии: инерционная и тепловая. Инерционные расходомеры, известные как кориолисовые расходомеры, используют эффект Кориолиса для измерения массового расхода. Когда жидкость течет в трубе и на нее действует ускорение Кориолиса за счет механического придания трубе видимого вращения, величина отклоняющей силы, создаваемой инерционным эффектом Кориолиса, будет являться функцией массового расхода жидкости.
Тепловые массовые расходомеры также измеряют массовый расход жидкостей и газов напрямую и работают на принципах теплопередачи с использованием нагревательного элемента и датчиков температуры.
Кориолисовые массовые расходомеры вводят в поток искусственное ускорение Кориолиса — кажущуюся силу, действующую относительно вращающейся рамки, — и измеряют массовый расход, определяя возникающий угловой момент.
Если жидкость течет в трубе и подвергается воздействию ускорения Кориолиса путем механического введения кажущегося вращения в трубу, величина отклоняющей силы, создаваемой инерционным эффектом Кориолиса, будет функцией массового расхода жидкости.
Тепловые массовые расходомеры также измеряют массовый расход газов и жидкостей напрямую. Эти расходомеры работают либо путем введения известного количества тепла в поток и измерения связанного с этим изменения температуры, либо путем поддержания постоянной температуры зонда и измерения энергии, необходимой для этого. Компоненты базового теплового массового расходомера включают два датчика температуры и электрический нагреватель между ними. Нагреватель может выступать в поток жидкости или находиться снаружи трубы.
Массовые расходомеры часто используются для мониторинга или управления процессами, связанными с массой (например, химическими реакциями), которые зависят от относительной массы непрореагировавших ингредиентов, например, при составлении рецептур, определении материального баланса, выставлении счетов и передаче прав собственности. Поскольку это наиболее критичные измерения расхода на перерабатывающем предприятии, надежность и точность измерения массового расхода очень важны.
Кориолисовые массовые расходомеры используются во многих различных областях промышленности, а также в научных приложениях — для измерения как агрессивных, так и чистых газов и жидкостей. Они обеспечивают высокую точность измерения массового расхода, плотности, температуры и вязкости. Тепловые массовые расходомеры часто используются для мониторинга или управления процессами, связанными с массой, например, химическими реакциями, которые зависят от относительных масс непрореагировавших ингредиентов.
Среди распространенных областей применения тепловых массовых расходомеров — измерение расхода воздуха для сжигания в больших котлах, измерение расхода полупроводникового газа в химической и нефтехимической промышленности, исследования и разработки, газовая хроматография, а также проверка фильтров и утечек. При определении массового расхода сжимаемых паров и газов на измерение не влияют изменения давления и/или температуры. Одной из возможностей тепловых массовых расходомеров является точное измерение малых расходов газа или малых скоростей газа (менее 25 футов в минуту) — гораздо меньше, чем можно определить с помощью любого другого устройства. Тепловые расходомеры обеспечивают высокий диапазон (от 10:1 до 100:1), если они работают в режиме постоянной разницы температур.
С другой стороны, при постоянном подводе тепла способность обнаруживать очень малые перепады температуры ограничена, и точность и дальнобойность снижаются. При нормальном расходе погрешности измерений обычно находятся в диапазоне 1-2% от полной шкалы.
Массовые расходомеры могут иметь очень высокий диапазон и высокую точность, но у них есть и серьезные ограничения. Переменные окружающей среды, ошибки при считывании, вычислении и настройке могут привести к снижению эффективности, потенциальному повреждению оборудования и, в конечном счете, к снижению точности.
К потенциальным проблемам массовых расходомеров относятся:
В прошлом массовый расход часто рассчитывался по показаниям объемного расходомера и плотномера. Плотность либо измерялась напрямую (рис. 1-A), либо рассчитывалась по показаниям датчиков температуры и давления процесса. Эти измерения были не очень точными, поскольку зависимость между давлением или температурой процесса и плотностью не всегда точно известна — каждый датчик вносит свою отдельную погрешность в общую погрешность измерения, а скорость реакции таких расчетов обычно недостаточна для обнаружения ступенчатых изменений расхода.
Рисунок 1: Традиционные массовые расходомеры
Одна из ранних конструкций автономных массовых расходомеров работала на основе углового момента (рис. 1-B). Он имел крыльчатку с приводом от двигателя, которая придавала угловой момент (вращательное движение), разгоняя жидкость до постоянной угловой скорости. Чем выше плотность, тем больше угловой момент требовался для получения этой угловой скорости. Ниже по течению от приводного рабочего колеса этот угловой момент передавался подпружиненной стационарной турбине.
Возникающий при этом крутящий момент (кручение пружины) служил показателем массового расхода. Все эти измерительные приборы имели подвижные части и сложную механическую конструкцию. Впервые разработанные для измерения расхода топлива в самолетах, некоторые из них используются до сих пор. Однако из-за своей сложности и высокой стоимости обслуживания они постепенно заменяются более надежными и менее требовательными к обслуживанию конструкциями.
Массовый расход также может быть измерен путем порционного взвешивания или сочетания точного датчика уровня с плотномером. Другой метод заключается в установке двух датчиков d/p на нижней части атмосферного резервуара на разной высоте. В этом случае выходной сигнал верхнего датчика d/p будет меняться в зависимости от уровня в резервуаре, а нижний будет измерять гидростатический напор на фиксированном расстоянии по высоте. Эта разность давлений дает плотность материала в резервуаре. Такие системы используются для измерения общего массового расхода суспензий.
Измерение массового расхода и измерение объемного расхода — оба важных метода, используемых для измерения количества потока в системе. Хотя эти два понятия связаны между собой, они различаются по нескольким ключевым параметрам. Измерение массового расхода связано с количеством массы, которая перемещается через систему за определенный период времени, обычно измеряется в граммах в секунду.
Измерение объемного расхода связано с объемом пространства, которое масса занимает за определенное время, обычно измеряется в литрах в секунду. Сходство между этими двумя измерениями заключается в том, что они оба измеряют скорость, с которой что-то протекает через систему. Кроме того, оба измерения обычно используются в сочетании с другими измерениями для лучшего понимания системы в целом.
