Датчики расхода

Масса или объем вещества, проходящего через сечение канала за определенный промежуток времени, называется расходом вещества, а измеряющие его приборы – расходомерами. Расходомер, снабженный интегратором для суммирования показаний за какой-то промежуток времени, называют счетчиком.

Для измерения расхода жидкости при ее течении по трубопроводам постоянного сечения применяются дроссельные датчики. Сужение сечения при помощи такого датчика, например, диафрагмы, достигается путем установки в трубопроводе тонкого диска диаметром D с концентрическим отверстием определенного диаметра d_о и профиля (рис. 64,а). В суженном сечении происходит увеличение скорости и падение статического давления потока. По измеренному дифманометром перепаду давления  р определяют скорость жидкости и ее расход (рис. 64,б). В качестве других устройств используются сегментные диафрагмы (рис. 64,в), сопла (рис. 64,г) и трубы Вентури и Фостера (рис. 64,д и 64,е).

 

 Из расходомеров с постоянным перепадом давления наибольшее распространение получили ротаметры (рис. 65,а). Основной элемент прибора – конический поплавок 1, вертикально перемещающийся под действием динамического давления потока внутри кольцевой диафрагмы 2. Перемещение поплавка прекращается при уравновешивании сил тяжести поплавка и давления потока, при этом каждому значению расхода соответствует определенное положение поплавка. Обычно перемещение поплавка передается в электроизмерительную схему вторичного прибора.

В основу скоростного метода положено измерение при помощи стационарных напорных трубок средней скорости потока v_m, связанной с расходом: V = v_m·F (F – площадь поперечного сечения потока). Для косвенных измерений скорости потока используются счетчики с лопастными колесами, вертушками, взаимодействующими с потоком, средняя скорость движения которого влияет на частоту вращения датчика, например, в анемометрах (рис. 65,б), водомерах (рис. 65,в) . В электротермоанемометре степень охлаждения датчиков-термопар или терморезисторов пропорциональна скорости потока и формируется электрический сигнал об изменении расхода.

Широкое распространение для измерения нестационарных расходов получили бесконтактные методы – индукционные, ультразвуковые, СВЧ, ионизационные, радиоизотопные и др. Их сущность заключается в том, что под воздействием излучения от какого-либо источника И в потоке происходит соответствующая флуктуация, например, образуется ионное облачко-метка О, движущееся вместе в потоком (рис. 66). Зная момент подачи t₁ частотного импульса генератором Г, расстояние l и момент t₂ прохождения облачком чувствительного элемента приемника-регистратора Р, определяют расход вещества V. Так, в газоснабжении измеряется расход газа с помощью радиоактивных меток – порций криптона или ксенона, поступающих из специального баллончика-дозатора.

 

 

 

Измерение количества теплоты

Необходимость оперативного определения расхода теплоты и теплопотерь с особой остротой выявилась в последнее время в связи с требованием экономии топливно-энергетических ресурсов. Тепловая мощность потока определяется как q = Mi, где М – массовый расход теплоносителя; i – удельная энтальпия теплоносителя. Отпуск теплоты Q находят интегрированием q по времени. При этом в соответствии с видом теплоносителя энтальпия зависит от температуры и давления.

Процесс измерения сводится к комплексному измерению давлений, перепадов давлений (расходов) и температур с последующими расчетными операциями.

Измерительная система теплосчетчика “Квант” (рис. 67) состоит из электромагнитного (индукционного) расходомера (ИР), платиновых терморезисторов – датчиков температуры прямого и обратного потоков и автоматического вычислительного прибора (АВП). Подающий трубопровод расположен между полюсами электромагнита М, под действием которого ионы жидкости отдают заряды измерительным электродам Э, создавая ток, пропорциональный расходу V. Измерительный блок ИБ трансформирует сигнал о расходе и передает на АВП, куда также поступают сигналы от терморезисторов RK1 и RK2. АВП производит счетные операции с выходом на регистрирующий прибор РП и АСУ.

На рис. 68 показан комплект приборов теплосчетчика НПТО “Термо”. В состав комплекта входят: электромагнитный расходомер РОСТ-1; измерительный преобразователь ЭП-8006; термометры сопротивления КТСПР для измерения разности температур.

Теплосчетчик отличается высокой точностью измерения, отсутствием требований к прямолинейности участков трубопровода, отсутствием подвижных элементов в потоке. Комплект имеет цифровой шестиразрядный счетчик количества теплоты в гигаджоулях, цифровую индикацию расхода теплоносителя, аналоговые выходные сигналы постоянного тока, частотный выходной сигнал, телеметрический датчик для передачи данных в систему учета энергии ИИСЭ.

Индивидуальные тепломеры, широко распространенные в ряде европейских стран, оценивают расход теплоты индивидуальными потребителями, например радиаторами центрального отопления. Стеклянная градуированная трубочка, заполненная тетралином, прикрепляется к поверхности радиатора. Систематический ее нагрев приводит к испарению жидкости, по уровню которого судят о расходе теплоты.

                                    ПРИМЕРЫ СХЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ

1). На схеме (рис. 69) показан блочный тепловой пункт (БТП), разработанный СП “Термоблок” для присоединения к тепловым сетям систем отопления и горячего водоснабжения зданий и сооружений.

Помимо основных технологических процессов – подогрева воды для горячего водоснабжения в пластинчатом теплообменнике и стабилизации гидравлического и теплового режимов системы отопления за счет совместной работы элеватора Э и циркуляционных насосов Н – предусмотрены:

автоматическое регулирование отпуска теплоты на отопление регулятором типа “Рацион”, измеряющим температуры наружного воздуха t_н, теплоносителя t_т и воздействующим на регулирующий клапан РО1 с электроприводом; регулятор может работать по программе, снижая теплопотребление в нерабочие дни и ночное время (для гражданских зданий);

автоматическое регулирование температуры воды t в системе горячего водоснабжения регулятором “Рацион ГВ” с возможностью ее снижения в ночное время;

измерение температур и давлений в различных точках технологической схемы термометрами и манометрами, расхода холодной воды расходомером Р;

учет расхода тепловой энергии теплосчетчиком, получающим сигналы от датчиков температуры теплоносителя в подающей (t₁), обратной (t₂) магистралях и расходомера РР, который также регулирует расход в системе.

2). Известно, что фасады зданий находятся в неодинаковых условиях по отношению к внешним воздействиям. Так, южная часть перегревается от влияния солнечной радиации, северная – подвергается охлаждению ветровым воздействием и т.п.

На рис. 70 изображена схема энергоресурсосберегающей пофасадной системы центрального отопления с повторным использованием обратного теплоносителя и насосным смешением. Система включает ввод тепловой сети 1, подсистему северного (восточного) фасада 3 с параметрами теплоносителя 105...80  С, регулятор температуры этой подсистемы 2 с регулирующим клапаном и датчиками температуры наружного воздуха ТЕ1, внутреннего воздуха ТЕ2 и теплоносителя ТЕ3. Подсистема южного (западного) фасада 4 с параметрами теплоносителя 105...70  С имеет регулятор температуры этой подсистемы 5 с регулирующим клапаном и датчиками температуры наружного воздуха ТЕ4, внутреннего воздуха ТЕ5 и теплоносителя ТЕ6. Циркуляционный насос является общим для обеих подсистем.

Насос обеспечивает циркуляцию теплоносителя во всей системе отопления, включая подсистемы северного (восточного) и южного (западного) фасадов. При этом обратный теплоноситель подсистемы северного (восточного) фасада с температурой 80 С направляется к насосу для повторного использования в системе отопления. Обратный теплоноситель подсистемы южного (западного) фасада с температурой 70 С, соответствующей температуре обратного теплоносителя в системе теплоснабжения, направляется в теплосеть и, частично, на всасывание насоса. Таким образом, в подсистеме северного (восточного) фасада поддерживается повышенная температура обратного теплоносителя 80 С, а в теплосеть возвращается только обратный теплоноситель подсистемы южного фасада с расчетной температурой 70 С, соответствующей расчетной температуре системы теплоснабжения (система разработана в БГПА).

В системе может быть установлен блочный тепловой пункт БТП СП “Термоблок” с комплектом контрольно-регулирующей аппаратуры и учетом теплоты.

Такая система позволяет экономить до 20 % теплоты и 5 % радиаторов, включая монтажные работы, обеспечивает хорошие тепловые и гидравлические режимы, особенно в аварийных ситуациях. Подбор комбинаций характеристик водоструйного и центробежного насосов позволяет оптимизировать режим системы отопления в широком диапазоне нагрузок. При использовании регулируемого элеватора качество регулирования повышается.

3). Потребление газа на бытовые нужды связано с давлением, под которым газ направляется к потребителям. Системы газоснабжения оборудуются в обязательном порядке ГРП – газорегуляторными пунктами. В ГРП основным устройством является автоматический регулятор давления газа, схема которого представлена на рис. 71.

Действие регулятора осуществляется следующим образом. Изменившееся давление р по импульсной трубке И передается в верхнюю полость датчика давления и действует на гибкую мембрану 1, которая прогибается и передает перемещение клапану 3. Клапан изменяет расход газа, возвращая изменившееся давление к прежнему значению. Задать желаемое (требуемое) давление можно задающим устройством 2 при помощи изменения натяжения противодействующей пружины.

Если задающее устройство связать с программирующим блоком, то можно изменять давление газа в сети по заданной программе.

4). Регулирование отпуска электрической энергии производится, как правило, централизованно.

Электропотребление регулируется главным образом вручную при помощи отключения приборов или уменьшения их потребляемой мощности реостатами, автотрансформаторами. В некоторых случаях применяются автоматические отключатели, оборудованные часовыми механизмами (реле времени), например, в коридорах общественных зданий, в подъездах. Реле времени отключают уличное освещение, хотя имеются системы, работающие от фотоэлементов по интенсивности природной освещенности. Учет энергопотребления осуществляется известными электросчетчиками.