Приборы для измерения количества и расхода

Оглавление

Введение 2
1. Понятия 4
2. Единицы измерения расхода 7
3. Классификация и диапазоны измерений расходомеров 10
Заключение 14
Список литературы 17

Введение
Актуальность темы исследования. Современное общество невозможно представить без измерений. Важнейшим условием развития экономики, промышленности, строительства и других областей деятельности человека - это контроль и управление любыми технологическими процессами. И если в древности человек мог обойтись без специальных устройств, то сейчас, в период научно-технологического развития, не обойтись без измерительных приборов и установок.
Современные измерительные приборы и установки помогают решать самые сложные инженерные, производственные и научные задачи. Множество сфер применения этого оборудования поражает взгляд. С самого начала производственного процесса за работу берутся контрольно-измерительные приборы, контролируя создание продукции на различных стадиях ее внедрения в жизнь человека.
Измерительные приборы и установки позволяют надлежащим образом использовать современные технологии на благо человека. Создание и поддержание новых качественных, более точных приборов и установок на должном уровне входит в число важных задач метрологии.Цель исследования. Дать понятие читателю, что представляют собой измерительные приборы и установки в метрологии , их классификации, характеристики.
Основные задачи, рассматриваемые в данном реферате:
дать основные понятия и определения;
раскрыть классификацию измерительных приборов и установок;
описать метрологические характеристики приборов и установок;
Метод изучения данной темы основан на анализе научно-методической литературы. Методология построена на изучении теории по теме.Объектом исследования являются измерительные приборы и установки - как средство измерений в метрологии.
Структура работы, соответствует последовательному раскрытию темы реферата. Данная работа состоит из введения, трех глав, заключения и списка использованных источников и литературы.
1. Понятия
Измерительные приборы – это средства измерений, предназначенные для получения значений измеряемой физической величины в установленном диапазоне. Прибор, как правило, содержит устройство для преобразования измеряемой величины и ее индикации в форме, наиболее доступной для восприятия.
Во многих случаях устройство для индикации имеет шкалу со стрелкой или другим устройством, диаграмму с пером или цифроуказатель, с помощью которых могут быть произведены отсчет или регистрация значений физической величины. В случае сопряжения прибора с мини-ЭВМ отсчет может производиться с помощью дисплея.
Выработка измерительной информации может основываться на использовании различных физических принципов. Например, для измерения длины применяют механические, оптические, пневматические и электрические измерительные приборы.
Физический принцип, положенный в основу построения измерительного прибора, называют принципом действия прибора, который часто отражается в названии прибора, например, электродинамический ваттметр, термоэлектрический термометр.
Принципиально измерительный прибор состоит из ряда измерительных преобразователей, каналов связи, согласующих элементов, измерительного механизма, которые в совокупности образуют измерительную цепь прибора. Измерительная цепь осуществляет все преобразования сигнала измерительной информации.
Измерительная цепь начинается чувствительным элементом, являющимся составной частью первичного преобразователя. На элемент непосредственно воздействует измеряемая величина. Оканчивается цепь отсчетным устройством, с помощью которого наблюдатель определяет значение измеряемой величины, выраженное в принятых единицах измерения. Это значение называют показанием средства измерения, которое образуется от отсчета (отвлеченного числа), снятого при измерении с отсчетного устройства прибора. Переход от отсчета к показанию осуществляется умножением отсчета на цену деления шкалы, под которой понимается разность значений величины, соответствующих двум соседним отметкам шкалы.
Измерительные приборы можно классифицировать по различным признакам: структуре преобразования; виду выходной информации; способу ее выдачи; роду измеряемой величины; условиям применения и т.д.Совокупность измерительных приборов, измерительных эталонов, стандартных образцов, вспомогательных средств измерений и инструкций, необходимых для проведения измерений, называется измерительным оборудованием.
Измерительные приборы включают в себя: измерительный преобразователь (датчик), преобразователя сигнала в аналоговую или цифровую форму, усилитель сигнала.
Современные приборы, кроме того, могут быть оснащены различными электронными устройствами. Например, цифровыми отсчётными устройствами, самописцами или магнитными накопителями, а также устройствами сочленения прибора с компьютером. В случае наличия у измерительных приборов цифровых выходов в виде быстродействующих портов пользователя появляются дополнительные возможности, например статистическая обработка результатов при проведении измерений в динамическом режиме, измерение параметров быстро протекающих процессов.
В зависимости от программного обеспечения процедуры измерений, появляются также многие сервисные возможности, например компьютер, может управлять процессом измерений, проводить анализ текущей измерительной информации и т.д.
Измерительный преобразователь - это устройство, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для её передачи, преобразования, обработки и хранения. Принцип их действия основан на различных физических явлениях. Измерительные преобразователи преобразуют любые физические величины х(электрические, неэлектрические, магнитные) в выходной электрический сигнал Y = f(х).Вспомогательные средства измерений. К этой группе относятся средства измерений величин, влияющих на метрологические свойства другого средства измерений при его применении или поверке. Показания вспомогательных средств измерений используются для вычисления поправок к результатам измерений (например, термометров для измерения температуры окружающей среды при работе с грузопоршневыми манометрами) или для контроля за поддержанием значений влияющих величин в заданных пределах (например, психрометров для измерения влажности при точных интерференционных измерениях длин).
Измерительные установки. Для измерения какой-либо величины или одновременно нескольких величин иногда бывает недостаточно одного измерительного прибора. В этих случаях создают целые комплексы расположенных в одном месте и функционально объединенных друг с другом средств измерений (мер, преобразователей, измерительных приборов и вспомогательных средств), предназначенных для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для непосредственного восприятия наблюдателем. В качестве примера можно привести измерительные установки для измерений удельного сопротивления электротехнических материалов, для поверки счетчиков электрической энергии и др.
Измерительные установки в большинстве случаев обладают большей или меньшей универсальностью как в отношении номенклатуры измеряемых величин, так и в отношении диапазонов измерения. Иногда установки более узкого назначения называют измерительными машинами. К измерительным машинам относятся силоизмерительные машины и машины для измерения больших длин.
Измерительные системы - это средства и устройства, территориально разобщённые и соединённые каналами связи. Информация может быть представлена в форме, удобной как для непосредственного восприятия, так и для автоматической обработки, передачи и использования в автоматизированных системах управления. Измерительные системы широко используются для автоматизации технологических процессов в различных отраслях промышленности, сельского хозяйства и энергетики.
С развитием вычислительной техники, совершенствованием измерительных систем открываются возможности перехода на автоматизированную технологию во многих отраслях народного хозяйства. В этом случае управление технологическим процессом берет на себя вычислительно-измерительный комплекс, включающий широко разветвленную измерительную систему, функционально связанную с ЭВМ.Таким образом, измерительная информация, вырабатываемая измерительной системой, является основой для автоматизации технологических процессов.
2. Единицы измерения расхода
Под расходом жидкости (газа) понимают количество вещества прошедшее через сечение трубопровода за единицу времени. Более полное определение можно посмотреть в ГОСТ 15528-86. Количество вещества может быть выражено в единицах массы, объема или иных физических единицах. Время (в зависимости от потребностей пользователей) может быть выражено в единицах СИ, англо-американских единицах измерения или внесистемных единица.
В зависимости от типа единиц измерения количества вещества выделяют следующие виды расхода:
массовый (количество вещества измеряется в единицах массы: г, кг, тонна и т.д.);
объемный (количество вещества измеряется в единицах объема: метры кубические, литры и т.д.);
молярный (количества вещества измеряется в молях)
Примечание: Классификация единиц измерения
В настоящее время на практике на территории РФ используют единицы метрических систем измерения: СИ, СГС, МКС и др. В промышленности достаточно широко используют внесистемные единицы измерения. Часть из внесистемных единиц допускается использовать наравне с единицами СИ (например: тонна, литр, минута, час секунда). При изготовлении оборудования на экспорт могут быть использованы единицы измерения традиционных систем мер (в основном это относится к англо-американской системе мер).
Единицы измерения объемного расхода
В системе СИ объемный расход может быть измерен в следующих единицах измерения:
м. куб./сек. – метры кубические в секунду
При использовании внесистемных единиц измерения выбор намного шире:
л/с – литры в секунду
л/м – литры в минуту
л/ч – литры в час
л/сут – литры в сутки
При использовании традиционных систем мер можно использовать следующие единицы объемного расхода:
галлон амер./с – галлон в секунду
галлон амер./ч – галлон в час
Обратите внимание, что традиционные системы мер имеют много нюансов. Например, галлон в Англии и США не одно и то же. 1 Американский галлон = 0,833 Английских галлона = 3,784 л. Для получения более полной информации рекомендуем обратится к Википедии
Единицы измерения массового расхода
Система СИ предполагает измерение массового расхода в следующих единицах измерения:
кг/с – килограмм в секунду
Для практического использования единиц СИ явно недостаточно, по этой причине используют внесистемные единицы:
т/сут – тонны за сутки
т/ч – тонны за час
Для экспортного оборудования могут быть актуальны единицы измерения традиционных систем:
тонна большая /сут – тонна британская большая в сутки
фунт/ч – фунт за час
3. Классификация и диапазоны измерений расходомеров
В настоящее время в России и за рубежом создано большое число разновидностей расходомеров из-за сложности требований, предъявляемых к ним. При выборе расходомеров учитывают свойства измеряемого вещества, его параметры, обоснованность требований к точности измерения, сложность измерительного устройства и условия его эксплуатации и поверки.
Отечественные и зарубежные фирмы предлагают широкий ассортимент счётчиков и расходомеров с различными принципами устройства, конструкциями и назначением для нефтяной и газовой промышленности, магистральных газонефтепроводов с большим расходом транспортируемой продукции.
В соответствии с ГОСТ 15528-86 и разработок ВНИИМ расходомеры и счётчики подразделяют на четыре группы.
Группа А: Приборы, основанные на гидродинамических методах:
1) переменного перепада давления;
2) переменного уровня;
3) обтекания;
4) вихревые;
5) парциальные.
Группа В: Приборы, основанные на различных физических явлениях: 8) тепловые; 9) электромагнитные; 10) акустические; 11) оптические; 12) ядерно-магнитные; 13) ионизационные.
Группа Г: Приборы, основанные на особых методах: 14) корреляционные; 15) меточные; 16) концентрационные.
Среди приборов группы Аисключительно широкое применение получили расходомеры с СУ, относящиеся к приборам переменного перепада давления. Для малых расходов жидкостей и газов служат ротаметры и поплавковые приборы, относящиеся к расходомерам обтекания. Весьма перспективны вихревые расходомеры.
Из группы Б значительное применение находят различные разновидности тахометрических расходомеров: турбинные, шариковые и камерные (роторные, с овальными шестернями и др.), последние – в качестве счётчиков газа, нефтепродуктов и других жидкостей.
Среди приборов группы В чаще всего применяют электромагнитные расходомеры для измерения расхода электропроводных жидкостей и ультразвуковые (разновидность акустических) для измерения жидкостей и частично газа. Реже встречаются тепловые – для измерения малых расходов жидкостей и газов.
Расходомеры группы Г: меточные и концентрационные служат для разовых измерений, например, при проверке промышленных расходомеров на месте их установки. Корреляционные приборы перспективнее, в частности, для измерения двухфазных сред.
Расходомеры обтекания – это приборы, чувствительный элемент которых воспринимает динамическое давление потока и перемещается под его воздействием, причём величина перемещения зависит от расхода.
Обтекаемым телом может быть поплавок, диск, поршень и т.д. В отдельных случаях обтекаемым телом является лопасть, диск, поворачивающиеся вокруг оси подвеса.
Подразделяют на три группы:
- постоянного перепада давления, где обтекаемое тело перемещается вертикально, а противодействующая сила создаётся весом тела.
- с изменяющимся(переменным) перепадом давления, в котором имеется противодействующая пружина и помимо вертикальной может быть и другая траектория перемещения обтекаемого тела.
- с поворотной лопастью. Противодействующая сила в них создаётся не только весом тела, но во многих случаях ещё и пружиной. Кроме того, имеются компенсационные расходомеры с поворотной лопастью, в которых противодействующая сила создаётся посторонним источником энергии.
Расходомеры, работающие на принципе переменного перепада давления, используются на газопроводах при транспорте, распределения и использования большого количества газа для его учёта. Зависимость перепада давления и количество транспортируемого газа определяется формулой, где Q – количество газа; H – перепад давления; K – коэффициент.
В России и за рубежом выпускаются различные виды расходомеров переменного перепада давления, такие как Метран-350(метран, г.Челябинск)(рис. 7.18.), Torbar, EJA 110A/120A/130A, EJX 110A(Эталон прибор, г.Челябинск), Sitrans F O delta p (Siemens, ФРГ)(рис. 7.16.), Senior, Simplex, Junior (Daniel, США) и др.
Диафрагма предназначена для создания перепада давления при измерении в комплекте с дифманометром расхода пара, жидкостей и газов. Она представляет собой металлический диск, устанавливаемый в трубопровод. В центре диска имеется отверстие, диаметр которого рассчитывается в зависимости от количества измеряемого газа. Диафрагмы изготавливаются двух типов: дисковые (нормальные) и камерные.
Оптические расходомеры представляют собой приборы, в которых используется какой-либо оптический эффект в зависимости от расхода вещества. Имеется несколько разновидностей этих приборов:
доплеровские, основанные на измерении разности частот, возникающей при отражении светового луча движущимися частицами потока;
основанные, на эффекте Физо-Френеля, в которых измеряется какой-либо параметр (сдвиг интерференционных полос или сдвиг частоты световых колебаний), связанный с зависимостью скорости света в движущемся прозрачном веществе от скорости последнего;
на особых оптических эффектах, например, зависимости оптических свойств фибрового световода от скорости обтекающего его потока;
на измерении времени перемещения на определённом участке пути оптической метки, введённой в поток;
корреляционные оптические.
Принцип работы ионизационных расходомеров основан на измерении того или другого зависящего от расхода эффекта, возникающего в результате непрерывной или периодической ионизации потока газа или (реже) жидкости. Они разделяются на две группы:
расходомеры, в которых измеряется зависящий от расхода ионизационный ток между электродами, возникающий в результате обычно непрерывной искусственной ионизации потока газа (или жидкости) радиоактивным излучением или электрическим полем;
расходомеры, в которых измеряется зависящее от расхода время перемещения на определённом участке пути ионизационных меток, возникающих в результате периодической ионизации потока газа ионизирующим излучением или электрическим разрядом; эти расходомеры называются меточными ионизационными.
Заключение
Измерение расхода протекающей по трубопроводу жидкости, газа или пара за определенный отрезок времени или в каждый данный момент имеет большое значение для учета нефтепродуктов, газа и пара при отпуске их, а также для контроля и регулирования технологических процессов бурения, добычи, транспорта и переработки нефти и газа. Объем или масса нефти, воды и газа, добываемые из каждой скважины, является не только учетным фактором, но представляет собой важнейший параметр, по которому определяют ход разработки нефтяного месторождения и геолого-техническое состояние данной скважины- Режим эксплуатации газокомпрессорной скважины определяется объемом вещества и давлением, под которым в нее подается рабочий агент.
Технологический процесс подготовки нефти на промыслах (обезвоживание, обессоливание и стабилизация) протекает при определенных расходах сырой нефти, воды и химического реагента, значение которых необходимо контролировать и регулировать. Метод поддержания пластового давления нефтяного месторождения законтурным и внутриконтурным заводнением предусматривает закачку в пласт через нагнетательные скважины больших объемов воды, учет которых для контроля процесса заводнения обязателен. Технологический процесс гидравлического разрыва пласта возможен только при непрерывном контроле расхода и объема жидкости, закачиваемой в пласт. Измерение расхода сырья, полуфабрикатов, реагентов и целевых продуктов является важнейшим условием управления технологическим процессом переработки нефти и газа.
Обзор методов и средств измерения расхода жидкости показал большое разнообразие разработанных и применяемых в настоящее время приборов. Вместе с тем, анализ каждого типа расходомера обнаружены характерные их особенности и недостатки, которые ограничивают применение этих приборов для измерения расхода жидкости в трубах больших диаметров. На основании проведенного анализа можно сделать следующие выводы:
1. Расходомер переменного перепада давления с сужающими устройствами имеют простую конструкцию, благодаря чему они получили широкое применение в расходоизмерительные практике. Но они малопригодны для использования в трубопроводах больших диаметров из-за относительно больших погрешностей, большие габариты и массу, высокую материалоемкость сужающих устройств, значительные потери напора и невозможность монтажа и демонтажа без остановки потока. Расходомеры с напорными устройствами требуют большие длины прямых участков перед местом установки первичного преобразователя и после него.
2. Традиционные тахометрические расходомеры не применяются на трубах большого диаметра из-за большой массы и большых габаритов первичного преобразователя. Расходомеры с гидрометрическими вертушками, устанавливаемые в поперечном сечении трубы в точке средней скорости, вследствии наличия в гидравлическом тракте постоянно подвижного элемента требуют постоянного ухода. В противном случае износ опор и подшипников подвижного элемента приводит к необходимости частой переградуировки прибора.
3. Применение вихревых расходомеров с телом, расположенным в потоке, в трубах больших диаметров препятствуют совпадению частоты свободных колебаний тела с частотой схода вихрей и низкая эффективность вихреобразования на малых значениях относительного диаметра тела, а также неприемлемости больших его значений из-за громоздкости первичного преобразователя и уменьшения частоты вихреобразования. Аналогично расходомеров со сужающими устройствами они создают значительные потери напора.
4. Ультразвуковые расходомеры моноблочной конструкции, имеют относительно высокую точность, требуют для монтажа и демонтажа полной остановки потока в трубе. Расходомеры с накладными излучателями не обеспечивают требуемой точности измерений.
5. Традиционные электромагнитные расходомеры больших размеров имеют значительные массу, габариты, материалоемкость и высокую стоимость, для их монтажа и обслуживания требуется полная остановка потока в трубе.
Список литературы
Дивин А.Г. Методы и средства измерений, испытаний и контроля. - Тамбов: ТГТУ, 2012. — 108 с.
Мазин В.Д. Метрология и теплотехнические измерения. - СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2010. - 77 с.
Шишмарев В.Ю. Средства измерений. - Учебник для студентов - 3-е изд., стер. - Москва, Академия, 2009. - 320 с.
Нубарян С.М. Контрольно-измерительные приборы в теплотехнических измерениях. - Курс лекций. – Харьков: ХНАГХ, 2006. – 283 с.
Лепявко А.П. Расходомеры и счётчики жидкости и газа. - Учебное пособие — Москва: АСМС, 2005. - 98 с.
Кулаков  М.В.  Технологические измерения и  приборы  для химических производств.-М.:Машиностроение.-1983.
Прохоров В.А.  Основы автоматизации аналитического контроля химических производств.-М.:Химия -I984.
Автоматизация   производственных   процессов   и   АСУ   ТП в   пищевой   промышленности/ Л.А.Широков. В.И.Михаилов и др.; под ред. Л.А.Широкова.-М.: Агропромиздат.-1986.
Петров И.К.  Технологические измерения и приборы в пищевой промышленности.-М.: Агропромиздат -I986.
Пронько В  Технологические приборы и КИП в пищевой промышленности.-М.: Агропроиздат. -1989