Что такое к фактор расходомера

Турбинный расходомер: принцип работы с газом и жидкостью

Турбинный (роторный) расходомер – это прибор, позволяющий контролировать объёмный расход среды, проходящей через трубопровод за единицу времени, за счёт измерения скорости потока жидкости или газа.

Схема турбинного расходомера

Упрощенная схема турбинного расходомера состоит из 3-х основных деталей:

Турбинка состоит из вала, который закрепляется в трубопроводе и рабочего колеса. На рабочем колесе размещаются лопасти (лопатки или крыльчатка). Такая крыльчатка устанавливается аксиально или тангенциально относительно оси потока (см. картинку). В аксиальных устройствах поток направлен параллельно оси вала, а у тангенциальных он проходит по окружности. На конце каждой из лопаток установлен магнитный полюс.

Материал ротора и подшипников подбирается в зависимости от типа среды и необходимой точности. Вращение ротора происходит с помощью подшипников малого трения (в основном шариковыми).

Измерительный датчик состоит из индукционной катушки, или датчика Холла и преобразователя сигнала. Индукционная катушка вырабатывает электрические импульсы прямо пропорционально скорости вращения ротора передает их регистрирующему прибору, который находится на корпусе расходомера. Иногда устройства оборудуются двумя катушками, чтобы делать замеры в прямом и обратном направлениях потока. Датчик Холла просто фиксирует изменение в магнитных полях.

Корпус прибора сделан из немагнитной стали и содержит в себе и измерительный датчик и ротор. Наиболее популярные фланцевые расходомеры, которые монтируются на трубопровод с помощью фланцев.

Принцип действия турбинного расходомера

Основной целью роторного расходомера как мы описывали выше является измерение объемного расхода, через скорость потока. Этот принцип основан на зависимости скорости вращения турбины, приводимой в действие потоком жидкости или газов.

Это очень похоже на езду на велосипеде. Чем быстрее вы крутите педали, тем быстрее вы двигаетесь. В качестве движущей силы у нас будет поток, а в качестве колес – ротор турбины. Давайте рассмотрим подробнее:

Жидкость или газ, попадает из трубопровода в сечение с турбинкой. Струевыпрямители разделяют поток и направляют его равномерно на лопасти. Поток воздействует на эти лопатки и заставляет их двигаться. Чем больший объем вещества проходит через трубопровод, тем быстрее скорость вращения ротора и тем выше угловая (вращательная) скорость лопастей.

Лопатки с магнитами проходят рядом с датчиком на определенной скорости и вызывают изменения магнитных полей. Если устройство имеет индукционную катушку, то в ней индуцируется электрический импульс. Если установлен датчик Холла то он просто фиксирует изменения. Частота с которой происходят эти изменения передается в преобразователь.

Частота таких сигналов прямо пропорциональна скорости движения потока. Упрощенная формула соотношения между объемным расходом и частотой импульсов выглядит так:

F= k * Q

Дальше преобразователь анализирует полученные данные и конвертирует их с аналогового в цифровой сигнал.

Особенности использования (K-фактор и работа с разными скоростями)

К-фактор – это специальный множитель, который отображает количество импульсов на единицу объёма или массы среды, величина постоянная для большого диапазона расходов.

Он необходим для правильного отображения величины в измерительных приборах. После калибровки этот коэффициент указывается в сертификате оборудования.

Точность результатов во время нормальной и малой скорости потока

Роторные расходомеры одними из самых точных приборов для измерения расхода рабочей среды трубопровода. Стандартная погрешность измерений составляет всего 0,5-1%. В некоторых устройствах она достигает всего 0,1-0,2%.

Установка и калибровка

Турбинный расходомер устанавливается на прямых участках вертикальных и горизонтальных трубопроводов в соответствии со стрелкой на корпусе прибора, обозначающей желаемое направление потока среды. На газовых трубопроводах он устанавливается только горизонтально.

Длина прямого участка до однотурбинного прибора должна составлять не менее 10 диаметров трубы, после него – не меньше 5. Расстояние от центробежного насоса или клапана до расходомера должно быть более 20 диаметров трубопровода. Двухтурбинные приборы можно устанавливать на прямых участках меньшей длины.

На вертикальном трубопроводе расходомер лучше устанавливать так, чтобы поток жидкости был направлен сверху вниз. В этом случае случайно попавшие в прибор пузырьки воздуха будут быстро из него выходить. Также если предстоит работа с загрязненными средами, то стоит установить дополнительный фильтр, чтобы избежать повреждения твердыми частицами.

Калибровка

Калибровка прибора осуществляется в лабораторных условиях на воде. Если прибор предполагается использовать в вязкой среде (2-300 сСт), для калибровки берутся жидкости со свойствами, аналогичными свойствам рабочей среды.

В результате для каждой цели присваивается свой К-фактор. Производитель может приложить к прибору графики универсальных калибровок по вязкости. По ним можно определить уже просчитанный К-фактор для разных типов среды.

Достоинства и недостатки

Итак, рассмотрев принцип действия и особенности, можно выделить основные плюсы и минусы этого типа расходомеров.

Достоинства:

Недостатки:

Вывод: Турбинные расходомеры являются отличным устройством для измерения очень разных типов среды:

Измеритель объемного расхода турбинного типа применяется со следующими средами:

Благодаря высокой точности подсчета такие расходомеры часто используются в счетчиках для коммерческого подсчета затрат объема углеводородов и природного газа. Тем не менее он обладает недостатками механического типа устройств, поэтому его не стоит применять с загрязнёнными веществами, а также с потоком очень низкой скорости и большой вязкости.

Подписывайтесь на наши обновления:

Источник

Kessler-Ellis Products

Flow Products • Flat Panel Monitors • Industrial Instruments • Operator Interfaces • HMI Software

Пример 1
Если необходимо выводить информацию о скорости потока в американских галлонах в секунду, а для расходомера указан К-фактор 210 импульсов на галлон США, то К-фактор индикатора скорости потока нужно будет установить в значение 210.
Если сумматор должен подсчитывать в десятках литров, то К-фактор нужно установить в значение 210/10=21
Пример 2
Если на дисплее измерителя скорости необходимо отображать значение измерения в американских галлонах в минуту, а К-фактор расходомера составляет 210 импульсов на галлон США, то К- фактор сумматора нужно установить в значение 210/60=3,5.
3. К-фактор для аналоговых входных сигналов
Если при дозировании входным сигналом является аналоговый сигнал, то сначала сигнал 4-20 мА преобразуется в импульсный сигнал 0. 10000 Гц. К-фактор вычисляют для приведенной частоты в соответствии с данными единицами измерения.
Пример 3
Вихревой расходомер с выходом 20 мА измеряет поток 2000 американских галлонов в минуту. Мы хотим отображать скорость в галлонах в минуту.
К-фактор для скорости будет 10000/2000=5
Значение К-фактора сумматора будет зависеть от того, в каких единицах дана скорость потока (в единицах в секунду, в минуту или в час) и какой формат суммирования желателен.
Если скорость потока дана в единицах в секунду, то К-фактор счетчика получается путем умножения К-фактора расходомера на 1.
Если скорость потока дана в единицах в минуту, то К-фактор сумматора получается путем умножения К-фактора расходомера на 60.
Если скорость потока дана в единицах в час, то К-фактор сумматора получается путем умножения К-фактора расходомера на 3600.
В третьем случае К-фактор сумматора будет 5х60=300 при условии что суммирование будет идти в галлонах.
Если необходимо суммировать в десятках литров, то К-фактор будет 5Х60/10=30.
Пример 4
Электромагнитный расходомер выдает сигнал 20 мА, когда поток составляет 20 литров в секунду. Мы хотим отображать значение расхода в литрах в секунду и получить сумму в метрах кубических.
К-фактор расходомера составит 10000/20=500
К-фактор сумматора составит 500х1/0.001=500000
4. К-фактор для нескольких точек
В некоторых случаях нам необходимо определять К-фактор для нескольких точек. Например:
использование расходомера с нелинейным выходом
широкий динамический диапазон измерений
Приборы KEP дают возможность пользователю вводить от 3 до 16 значений К-фактора. Данная опция доступна как для импульсных так и для аналоговых входных сигналов.
5. К-фактор для нескольких точек в случае импульсного входного сигнала
Первым делом необходимо вычислить значения К-фактора для всего диапазона измерений. Это делается путем обработки данных о калибровке полученных от производителя расходомера и вычисления К-фактора как указано в части 2. Альтернативным решением может быть проведение испытаний на месте.
На втором этапе устанавливают взаимосвязь между диапазонами импульсных сигналов от расходомера и рассчитанным К-фактором.
На заключительном шаге полученные значения заносят в прибор.
Пример 5
Имеем следующий набор данных для калибровки турбинного расходомера:

На основании имеющихся в таблице данных можно связать импульсный входной сигнал и К-фактор следующим образом:

В данном случае можно провести программирование по 16 точкам следующим образом

Примечание: поскольку для последних двух точек значение К-фактора идентично, то можно считать что для любой частоты выше 43,67 Гц значение К-фактора будет составлять 52,4. На этом настройка завершена.
6. К-фактор для нескольких точек для аналогового входного сигнала
Процедура в данном случае будет схожа с процедурой для импульсного сигнала.
На первом шаге выполняется расчет К-фактора для каждого диапазона расхода. Это можно сделать на основании данных о калибровке расходомера с использование методики расчета К-фактора приведенной в разделе 3. В качестве альтернативы использованию данных производителя можно провести калибровочные испытания на месте.
На втором шаге вычисляют соотношение входного сигнала от расходомера к данным расхода К-фактора.
На третьем шаге выполняется внесение собранных данных в прибор КЕП.
Пример 6.
Вихревой расходомер имеет следующие данных калибровки.
Базовый К-фактор 10000/100=100

К-фактор может быть запрограммирован следующим образом.

Следует отметить что последнее введенное значение расхода (1000) намного больше чем истинный максимальный расход расходомера. Заметим так же что два последних значения К-фактора равны между собой и равны 104. Теперь настройка завершена.

Источник