Самостоятельная работа по МДК 01.01 тема 5. Автоматизация производственных процессов в рамках дистанционного обучения
учебно-методический материал

САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА

Задание 1. Подготовить рефераты согласно индивидуальному варианту. Вариант соответствует номеру в списке журнала. Рефераты оформить в соответствии с требованиями.

Выполненный реферат подготовить в срок до 27 марта и отправить на почту naila-88@mail.ru

1. Измерение, методы измерений, единицы физических величин.
2. Погрешность измерений и источник их проявления. Классификация погрешностей.
3. Меры и измерительные приборы, их категории по точности.
4. Способы числового выражения абсолютной, относительной, и приведенной погрешности.
5. Технические измерения. Методы измерений.
6. Государственная система промышленных приборов. Задачи, принципы, основные ветви ГСП.
7. Классификация измерительных приборов.
8. Определения: датчик, чувствительный элемент. Классификация электрических датчиков.
9. Принцип действия и устройство датчиков активного сопротивления.
10. Принцип действия и устройство магнитоупругих датчиков.
11. Принцип действия и устройство индукционных датчиков.
12. Принцип действия и устройство емкостных датчиков.
13. Основные понятия прямого и обратного пьезоэффекта.
14. Принцип действия и устройство ультразвуковых датчиков.
15. Принцип действия и устройство струнных датчиков.
16. Принцип действия и устройство фотоэлектрических датчиков.
17.  Основные методы неконтактной дефектоскопии.
18. Принцип работы мостовых измерительных схем. Пример включения датчика в схему.
19. Принцип сельсинной передачи показаний.
20. Понятие о давлении. Единицы измерения давления. Классификация приборов для измерения давления.
21. Принцип действия и устройство деформационных манометров.
22. Устройство и принцип действия преобразователя давления типа «Сапфир- 22ДИ».

23.Устройство и принцип действия дифференциального манометра.

24. Особенности измерения давления в скважине. Классификация глубинных манометров.
25. Устройство и принцип действия глубинных геликсных манометров.
26. Понятие о температуре. Температурные шкалы. Устройство и принцип действия жидкостных термометров расширения.
27. Устройство и принцип действия манометрических термометров.
28. Принцип действия термоэлектрических преобразователей.
29. Принцип действия и маркировка термометров сопротивления.
30. Устройство и принцип действия биметаллических термометров.
31. Классификация приборов для измерения уровня жидкости. Устройство и принцип действия поплавковых уровнемеров.

Задание 2.

При поверке термометра, измеряющего в диапазоне от Хн до Х к (˚С) образцовый термометр показал Тобр (˚С), а показания поверяемого прибора составили Траб (˚С). Класс точности термометра Кт. По абсолютной и приведенной погрешностям сделать вывод о пригодности прибора к эксплуатации.

Исходные данные к задаче 2

Задание 2 оформить в тетради, подготовить в срок до 06 апреля и отправить на почту naila-88@mail.ru

Задание 3.

На объекте управления необходимо поддерживать постоянное давление Рраб (МПа) с определенной точностью  ∆´. Выбрать диапазон измерения прибора и класс точности прибора, удовлетворяющий условиям поддержания параметра.

Примечание. Диапазон измерения выбрать из стандартного ряда диапазонов для манометров: 1; 1,6; 2,5; 4, 6, 10, 25, 40, 60, 100.

Исходные данные к задаче 3

Задание 3 оформить в тетради, подготовить в срок до 06 апреля и отправить на почту naila-88@mail.ru

Задание 4.

Определить дебит скважины при объемном методе измерения, если; объем измерительной камеры V (м3 ), t2 - t1  – промежуток времени, в течении которого производились измерения,( t1 – время начала измерения, t2 – время окончания измерения в часах), плотность нефти ρ= 0,9т/м3, количество циклов по счетчику n. Дебит определить в т.сут

Исходные данные к задаче 4

Задание 4 оформить в тетради, подготовить в срок до 07 апреля и отправить на почту naila-88@mail.ru

Задание 5. Изучить конструкцию и порядок проведения поверки рабочих манометров. Рассмотреть диаграмму геликсного манометра. Ответить на контрольные вопросы.

Задание 5 оформить в тетради, подготовить в срок до 08 апреля и отправить на почту naila-88@mail.ru

Методические указания

Давлением называется величина, выражающая отношение силы к единице площади.

В международной системе единиц (СИ) за единицу давления принята сила в один ньютон, действующая на поверхность в 1 м2 (Па),

Барометрическое, или атмосферное, давление- давление окружающего воздуха (переменная величина).

Избыточное давление - разность между абсолютным давлением и барометрическим:

р = ра - рб

Абсолютное давление - полное давление, под которым находится вещество (равное сумме барометрического и избыточного):

ра=рб + р

Разрежением называют разность между барометрическим и абсолютным давлением:

рр=рб-ра

Вакуум - глубокое разрежение - менее 66650 Па.

Приборы для измерения давления классифицируются по признакам.

По роду измеряемой величины

Барометры - для измерения атмосферного давления.

Манометры, микроманометры, напоромеры - для измерения избыточного давления.

Мановакуумметры - для измерения избыточного давления и вакуума.

Вакуумметры -  тягомеры - для измерения разрежения и вакуума.

Дифференциальные манометры - для измерения разности давлений.

По принципу действия: жидкостные, пружинные, поршневые, радиоактивные, пьезоэлектрические и тензометрические. На горно-буровых работах чаще применяют пружинные и электрические манометры.

Пружинные манометры. Для измерения избыточного давления, разрежения и вакуума, наибольшее распространение в технике получили пружинные манометры. Они просты по устройству, дешевы и в обычных условиях работы надежны в эксплуатации. Чувствительными элементами этих приборов могут быть: серповидная трубчатая пружина (трубка Бурдона), многовитковая трубчатая пружина (геликс) и мембраны.

Общий принцип действия пружинных манометров состоит в том, что под действием измеряемого давления чувствительный элемент деформируется и посредством передаточно - множительного механизма деформация преобразуется в круговое движение стрелки вдоль шкалы. При этом перемещение стрелки будет пропорционально деформации чувствительного элемента, а, следовательно, и измеряемому давлению.

Манометр с серповидной трубчатой пружиной Чувствительный элемент - трубчатая пружина - изготавливается из фосфористой (иногда бериллиевой) бронзы или латуни, а для давлений свыше 19,60 МПа - из стали.

Действие прибора основано на том, что полая трубчатая пружина, имеющая форму овала, под действием внутреннего давления стремится принять цилиндрическую форму и одновременно из серповидной стать прямолинейной. Раскручиваясь, пружина посредством передаточно - множительного механизма воздействует на стрелку.

Класс точности рабочих манометров - 1,5; 2,5; 4.

Манометры для измерения давления газов по конструкции не отличаются от манометров для измерения давления жидкостей, но имеют некоторые особенности. Так, один и тот же манометр нельзя использовать для измерения давления горючих и негорючих газов. С этой целью циферблаты манометров окрашиваются в разные цвета и на них делается надпись - название газа.

Манометры для измерения давления кислорода тщательно обезжириваются, так как соединение масла с кислородом приводит к взрыву. На циферблате этих манометров делается надпись: «Кислород, масло - опасно».

Вакуумметры имеют конструкцию, аналогичную манометру с трубчатой пружиной (могут быть сильфонные и мембранные), с той лишь разницей, что конец пружины при измерении вакуума не раскручивается, а наоборот закручивается. Это происходит вследствие того, что атмосферное давление более высокое, чем давление внутри трубки, сплющивает ее в еще большей степени, а, следовательно, и закручивает свободный конец трубки. Шкала вакуумметра отградуирована в мм рт. ст.

Мановакуумметрами измеряются давления больше и меньше атмосферного. Правая часть деления шкалы такого прибора служит для измерения давления, а левая - для разрежения. Соответственно правая часть шкалы проградуирована в единицах давления (кг/см2), а левая — в единицах разрежения (мм рт. ст.).

Электроконтактные манометры (ЭКМ). Для измерения давления и разрежения и одновременно для сигнализации о достижении измеряемым параметром минимально или максимально допустимого значения применяют манометры с электрическими контактами (ЭКМ).

Измерительная система такого манометра аналогична манометру с трубчатой пружиной. Но помимо одной показывающей стрелки такие манометры имеют еще две стрелки - уставки с электрическими контактами.

Положение этих стрелок может меняться оператором путем поворота головки, выведенной за защитное стекло наружу. Обычно одна стрелка - уставка устанавливается на минимально допустимое давление, а вторая на максимально допустимое. В процессе измерений показывающая стрелка, поравнявшись с одной из стрелок -уставок, замыкает контакты, в результате чего посылается импульс в сигнальное устройство или исполнительный механизм. Класс точности этих манометров - 2,5.

Манометр с многовитковой трубчатой пружиной  Чувствительным элементом такого прибора является многовитковая трубчатая пружина - геликс, расположенная по спирали с числом витков от 2,5 до 20. В связи с тем, что геликс представляет собой как бы ряд последовательно соединенных серповидных трубчатых пружин, свободный его конец может раскручиваться до 50о-60°, что обеспечивает большую чувствительность и точность измерений. Класс точности таких приборов - 1,5.

Манометры с трубчатой многовитковой пружиной могут быть показывающими, регистрирующими и с устройством для дистанционной передачи показаний по электрическим проводам.

Мембранные манометры. Эти приборы могут быть с плоской, плоско гофрированной, гармониковой (сильфоны) и коробчатой мембраной. Первый тип приборов применяют для измерения невысоких давлений до 2,45 МПа и разрежений -0,1 МПа, что вызвано предельно допустимыми значениями остаточных деформаций чувствительного элемента, в качестве которого служит тонкая стальная мембрана с антикоррозионным покрытием. Будучи зажатой между фланцами корпуса она воспринимает одностороннее действие давления и при этом деформируется. Прогиб мембраны посредством передаточно-множительного устройства преобразуется в движение стрелки. Так как максимальное перемещение центральной части мембраны не превышает 1,5—2 мм, то передаточно-множительное устройство имеет большое передаточное число, что снижает чувствительность и точность измерений.

Манометры с плоско - гофрированной мембраной используют для измерения давления в агрессивных или с повышенной вязкостью средах. Гофры могут быть круговой, трапециевидной и других форм. Наличие гофров снижает жесткость мембраны.

Сильфонный регистрирующий манометр имеет вид цилиндрической гармоники, помещенной в закрытый корпус. К штуцеру  корпуса подводится измеряемое давление, с изменением которого сильфон сжимается или растягивается. Во внутреннюю полость сильфона, сообщающуюся с атмосферой, вставлена пружина, противодействующая его сжатию. В донную часть сильфона упирается шток, воздействующий через передаточно - множительное устройство на стрелку прибора. Таким образом, измеряемое давление вызывает сжатие сильфона и в конечном счете - поворот стрелки. Сильфонные манометры выпускаются классов точности 1 и 1,5.

Коробчатые мембраны (анероиды) применяются для измерения избыточного давления, разряжения, атмосферного давления и разности давлений. Чувствительным элементом этого прибора является тонкостенная коробка из упругого материала. Изменение давления измеряемой среды вызывает соответствующее изменение прогиба мембранной коробки, что в свою очередь посредством передаточно - множительного механизма приводит в движение стрелку прибора,

Электрические манометры. Электрические манометры могут быть созданы на основе изменения электрических параметров некоторых материалов под воздействием давления или путем преобразования механического воздействия измеряемой величины в электрический параметр при помощи специального преобразователя. Так, под воздействием давления могут изменяться: активное сопротивление, магнитная проницаемость, индуктивность, емкость, электродвижущая сила (эдс). Следовательно, на одном из указанных принципов и может быть создан электрический манометр. Рассмотрим устройство и принцип действия одного из электрических манометров - МИД, основанных на изменении магнитной проницаемости при изменении давления, Магнитоупругий измеритель давления МИД - прибор предназначен для визуального наблюдения за давлением промывочной жидкости при разведочном колонковом бурении. Этот прибор наиболее целесообразно применять в тяжелых условиях работы: больших пульсациях жидкости, гидравлических перегрузках и вибрациях, где обычные пружинные манометры оказываются малонадежными. Надежность работы этого прибора и получение усредненных значений давления при значительной пульсации жидкости достигаются благодаря применению магнитоупругого преобразователя, стойкого к гидравлическим перегрузкам в сочетании с особенностями электрической схемы вторичного прибора. В состав прибора МИД входят: преобразователь, измерительный пульт, соединительный и силовой кабели. Измерительный пульт выпускается двух модификаций: МИД-1 и МИД-1А. Для питания измерителя МИД-1 используется напряжение 380 В и в схему прибора включен феррорезонансный стабилизатор напряжения. Прибор МИД-1 А питается напряжением 36 В и в его составе стабилизатора напряжения нет.

Вопросы для самоконтроля

1. Дайте определение давления.
2. Перечислите разновидность манометров.
3. Принцип действия пружинных манометров
4. Принцип действия  манометра с серповидной трубчатой пружиной.
5. Устройство и принцип действия электрических манометры.
6. Принцип действия вакуумметра.
7. принцип действия манометра с многовитковой трубчатой пружиной.
8. Назначение магнитоупругого измерителя давления МИД.

Задание 6. Изучить конструкцию и порядок поверки глубинного термометра. Ответить на контрольные вопросы.

Задание 6 оформить в тетради, подготовить в срок до 09 апреля и отправить на почту naila-88@mail.ru

Методические указания

Принцип действия манометрических термометров основан на изменении давления веществ, заключенного в замкнутом объеме, при изменении его температуры. В качестве термометрического вещества в манометрических термометрах могут быть газ, жидкость или пар.

Манометрический термометр представляет собой замкнутую систему, состоящую из термобаллона, капилляра и манометра, заполненных термометрическим веществом. Конструктивно манометрические термометры (газовые, жидкостные и паровые) сходны между собой и различаются в основном лишь термометрическим веществом, заполняющим систему.

Газовые манометрические термометры заполняют газом, химически инертным, с малой теплоемкостью, который легко получают в чистом виде. Таким газом является азот. Термометры, заполненные азотом, применяются для измерения температур от 0 до +600° С. Начальное давление в газовых термометрах устанавливают в зависимости от пределов измерения 0,98 - 4,7 МПа (10—50 кг/см"). Чем выше предел измерения, тем ниже давление и наоборот. Капилляр и манометрическая пружина окружена средой, температура которой отлична от измеряемой, где находится чувствительный элемент - термобаллон. Температура окружающей среды, если она не равна + 20°С, воздействуя на капилляр и манометрическую пружину вторичного прибора, может внести погрешность в показания термометра. В ряде случаев для компенсации погрешностей от колебаний температуры окружающей среды применяют компенсационное устройство. Такое компенсационное устройство представляет собой биметаллическую пружину, связанную с указателем прибора и действующую в направлении, противоположном действию манометрической пружины.

Недостатками газовых манометрических термометров являются сравнительно большая тепловая инерция, обусловленная низким коэффициентом теплообмена между стенками термобаллона и наполняющим его газом и малой теплопроводностью газа, а также большие размеры термобаллона, что затрудняет установку его на трубопроводах малого диаметра. Кроме того, в процессе эксплуатации газовых термометров возможны случаи нарушения герметичности и утечки газа, что не всегда можно заметить. Последнее обстоятельство  приводит к необходимости частой поверки этих приборов.

Манометрические жидкостные манометры заполняют жидкостью под некоторым начальным давлением. Жидкости, применяемые для термометров, должны обладать, возможно, большим термическим коэффициентом объемного расширения, высокой теплопроводностью и должны быть химически инертными к материалу термометра. В качестве таких жидкостей для манометрического термометра выбирают ртуть (диапазон измерений от -30 до +600° С) и ксилол (диапазон измерений от -40 до +200° С).

Чтобы жидкость не закипела, в термометре создают начальное давление 1,47-1,96 Па (15-20 кг/см2).

Конденсационные манометрические термометры. Термобаллон этих приборов заполняется на 2/з объема низкокипящей жидкостью. В замкнутой системе термометра всегда существует динамическое равновесие одновременно протекающих процессов испарения и конденсации. При повышении температуры усиливается испарение жидкости и увеличивается упругость пара, а в связи с этим усиливается также процесс конденсации. В результате этого насыщенный пар достигает некоторого определенного давления, строго отвечающего температуре. Давление пара, изменяясь с температурой, передается через среду, заполняющую капилляр, манометрической трубке. К достоинствам парожидкостного термометра следует отнести то, что изменение температуры манометрической трубки и капилляра не влияет на давление в системе. Это позволяет располагать вторичный прибор от термоприемника на расстояниях, больших, чем в газовом и жидкостном термометрах (до 75 м). К недостаткам парожидкостного термометра следует отнести нелинейность шкалы. Жидкость, применяемая в этих приборах, должна иметь точку кипения достаточно низкую, чтобы обеспечить необходимое давление в пределах измеряемых температур. Термобаллон парового термометра заполняют с таким расчетом, чтобы при наиболее низкой температуре в нем осталось некоторое количество пара, а при наиболее высокой - некоторое количество неиспарившейся жидкости.

Вопросы для самоконтроля

1. Термометры манометрические, принцип действия.
2. Из чего изготовляется капилляр?
3. Принцип действия манометрических жидкостных манометров.
4. Чем заполняют манометрические жидкостные манометры?
5. Конденсационные манометрические термометры. Принцип действия.

Задание 7. Изучить конструкцию дифманометра-расходомера и его поверку. Обработка диаграмм расходомеров переменного перепада давления.

Ответить на контрольные вопросы.

Задание 7 оформить в тетради, подготовить в срок до 10 апреля и отправить на почту naila-88@mail.ru

Методические указания

Количество нефти, воды и газа, добываемое 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 количеством рабочего агента и давлением, под которым его подают в скважину.

Глубинные расходомеры представляют собой одно из важнейших средств изучения нефтяного месторождения и исследования характера работы нефтяных и нагнетательных скважин.

Расходомеры по принципу действия можно разделить на объемные, скоростные, постоянного и переменного перепада давления.

К скоростным расходомерам можно также отнести индукционные, ультразвуковые и радиоактивные.

Объемные расходомеры

Принцип действия объемных расходомеров основан на периодическом или непрерывном отсчете порций измеряемого вещества прибором, имеющим измерительную камеру определенного объема.

Расход за любой промежуток времени при объемном методе измерения является суммой измеренных объемов, отнесенной к определенному периоду времени. Прибор отделяет непосредственно лишь определенный физический объем и фиксирует число прошедших через измерительную камеру объемов.

где q - объем измерительной камеры прибора;

п - число измеренных объемов;

t2+t1 - промежуток времени, в течение которого производились измерения.

Принцип работы шестеренчатого объемного счетчика тина СВШ с вальными шестернями. Шестерни размещены внутри пустотелого закрытого корпуса на двух параллельных осях. Ось одной из шестерен вращает счетный механизм, расположенный снаружи крышки. Поверхности шестерен должны как можно ближе прилегать к поверхности корпуса, так как от этого зависит точность измерения. При протекании жидкости через измерительную камеру под действием разности давлений на входе и выходе камеры возникает вращающий момент, обусловленный овальной формой шестерен. При каждом обороте шестерни подают определенный объем жидкости из входной полости камеры в выходную. Следовательно, объемное количество жидкости, протекающей через счетчик, равно произведению измерительного объема камеры на число оборотов шестерен. Такими счетчиками измеряют количества воды, легких нефтепродуктов и масел. Калибр выпускаемых счетчиков от 12 до 250 мм, предел измерения от 0,01до250м3/ч, погрешность от ±0,5 до ±1,0% от измеряемого значения.

На таком же принципе, как счетчики типа СВШ, работают ротационные газовые счетчики, в которых вместо шестерен на двух горизонтальных параллельных осях расположены два овальных гладких ротора, соприкасающихся друг с другом и внутренней поверхностью корпуса.

Вал одного из роторов, выведенный наружу, приводит в движение счетный механизм.

Предел измерения выпускаемых ротационных газовых счетчиков - до 600 м мэ/ч, погрешность ±2% от измеряемой величины.

К объемным расходомерам (счетчикам) относятся также лопастные, которые применяются для измерения количества светлых нефтепродуктов и других продуктов нефтепереработки (ЛЖУ, ЛЖУА). Различные конструктивные схемы этих приборов основаны на общем принципе измерения количества проходящей через счетчик жидкости путем периодического отсечения определенных объемов выдвигающимися лопастями.

Основным недостатком рассмотренных счетчиков является непосредственный контакт поверхностей измерительной камеры с лопастями, что приводит к их интенсивному износу и, как следствие, к потере метрологических качеств счетчика.

Количество жидкости, измеренное счетчиком, зависит от объема измерительной камеры q и числа оборотов п рабочего органа:

Q=qn

Расходомеры переменного перепада давления

Метод измерения расхода по переменному перепаду давления является наиболее универсальным, так как он позволяет измерять расход жидкостей газов и пара, протекающих в трубопроводах, практически при любых давлениях и температурах.

Измерение расхода связано с движением измеряемого вещества.

Для измерения расхода в трубопроводе на пути потока устанавливают сужающее устройство (дроссельный орган). Разность давлений до и после сужающего устройства служит мерой скорости потока в сужающем устройстве. Зная скорость потока и площадь поперечного сечения потока, можно определить расход:

Q=wF0,        (1)

где w — скорость потока в сужающем устройстве;

fo — площадь поперечного сечения сужающего устройства.

Формула, определяющая зависимость между скоростью потока и разностью давлений, выводится с использованием уравнения энергии потока несжимаемой жидкости и условия неразрывности струи и имеет следующий вид:

       (2)

где т = d2/D2 - отношение квадратов диаметров дроссельного органа и трубопровода; µ- коэффициент сужения струи; ξ - коэффициент, учитывающий место подключения импульсных трубок; ρ - плотность жидкости; p1 и p2 - давление до и после дроссельного органа.

Подставив в (1) значение w из (2), получим:

            (3)

где F0 - площадь поперечного сечения сужающего устройства. Величину

называют коэффициентом расхода, который учитывает неравномерное распределение скоростей по сечению потока, обусловленное вязкостью жидкости и трением ее о стенки трубопровода, форму сужающего устройства, а также тот факт, что давление измеряют не в центре потока, а у стенок трубопровода.

Коэффициент расхода для различных типов сужающих устройств определяется опытным путем.

Уравнения расхода для несжимаемой жидкости в объемных и массовых единицах будут иметь вид:

                        (4)

                      (5)

При измерении расхода сжимаемых сред (газов и паров) необходимо в формулы (4) и (5) ввести поправочный множитель ε, (коэффициент расширения), учитывающий расширение измеряемой среды:

                        (6)

                      (7)

Так как при понижении давления при прохождении вещества через сужающее устройство плотность вещества уменьшается, в формулах (6) и (7)принимается плотность среды перед сужающим устройством.

Коэффициент расхода, определяемый опытным путем, зависит от числа подобия Re - величины, связывающей геометрические данные потока, силы инерции (кинетической) и силы вязкости (работы сил внутреннего трения жидкости):

                          (8)

где w- средняя скорость среды в трубопроводе; D - внутренний диаметр трубопровода; µ - коэффициент динамической вязкости; v=µ/ρ - коэффициент кинематической вязкости. Параметр подобия Re - величина безразмерная.

При больших числах подобия коэффициенты расхода дроссельных органов становятся постоянными, т.е. не зависят от скорости, вязкости и плотности протекающего вещества.

Число подобия, при котором прекращается эта зависимость, называется предельным числом подобия Reпред. Оно зависит от формы сужающего устройства и величины m. Геометрически подобные сужающие устройства имеют одно и тоже значение Reпред .Коэффициент расхода для данного сужающего устройства является постоянной величиной только при условии

Re ≥ Reпред,

Поэтому для определения исходного коэффициента расхода необходимо знать величину Re. Вычислив постоянные величины и приведя к единице измерения расхода, получаем:

где коэффициент С включает все величины, постоянные для данной установки и не изменяющиеся в процессе измерения.

В комплект установки для измерения расхода по переменному перепаду давления входят: сужающее устройство, соединительные линии (импульсные трубки), дополнительные устройства (разделительные сосуды, отстойники, конденсационные сосуды) и измерительный прибор дифференциальный манометр.

Индукционные расходомеры

У приборов этого типа измеряемое вещество (жидкость или газ) проходит непосредственно через расходомер, причем площадь проходного отверстия изменяется в зависимости от расхода; перепад давления при прохождении вещества через расходомер остается постоянным.

Формулы объемного и массового расхода имеют вид:

где α- коэффициент расхода; φ - угол конусности измерительной трубки; Н - высота подъема поплавка; р - плотность измеряемого вещества; тП — масса поплавка.

Выразив все постоянные для данной измерительной установки величины коэффициентов С, можно записать формулу в виде:

Q = CH.

Существующие расходомеры постоянного перепада давления можно разделить на две основные группы: расходомеры со свободно перемещающимся погруженным поплавком и расходомеры с погруженным цилиндрическим поршнем. Наиболее широко применяют в технике приборы первой группы, которые известны под названием ротаметры. По способу передачи показаний ротаметры выпускаются следующих видов: стеклянные с непосредственным отсчетом показаний, бес шкальные с электрическим датчиком, бес шкальные с пневматическим датчиком.

Ротаметры со стеклянной трубкой выпускают на пределы измерений по воде до 3000 л/ч и по воздуху - до 40 м3/ч. Предельное статическое давление 0,58 МП. При более высоких статических давлениях применяют приборы с металлической измерительной трубкой.

Ротаметры типа РЭД с электрической дифференциально - трансформаторной передачей показаний на расстояние. Эти ротаметры рассчитаны на статическое давление до 6,27 МПа. Пределы измерения по воде до 16 000 л/ч.

Массовые расходомеры

Для измерения расхода многокомпонентных потоков, какими являются добываемые из нефтяных скважин газожидкостные смеси, содержащие нефть, газ и воду, а также для получения результатов измерения расхода в единицах массы независимо от изменения температуры и плотности целесообразно применять массовые расходомеры.

Принцип действия расходомеров для измерения массового расхода заключается в измерении инерционного момента, создаваемого в потоке жидкости. Если участок канала, через который проходит измеряемое вещество, перемещать с определенной скоростью vt в направлении, не совпадающем с направлением движения жидкости, то приобретаемая средой дополнительная кинетическая энергия будет непрерывно уноситься потоком среды, продолжающей двигаться в заданном направлении по выходе из канала. Мощность, необходимая для сообщения частицам жидкости движения, и дополнительная кинетическая энергия вытекающего из канала измеряемого вещества будут прямо пропорциональны массовому расходу.

В рассматриваемых здесь массовых расходомерах дополнительное движение частицам жидкости сообщает закручивание потока вокруг оси его движения. Момент вращения, который надо приложить к устройству, закручивающему поток, определяется по изменению момента количества движения среды на выходе из канала:

где J- момент инерции измеряемого вещества;

здесь m - масса измеряемого вещества; RИ - радиус инерции выходного сечения канала; ω - угловая скорость вращения.

Учитывая, что dm /dt - массовый расход вещества G, получаем общее состояние для всех расходомеров с закручиванием потока:

Измерение расхода массовым расходомером сводится к определению изменения силы тока, потребляемого прибором при наличии потока измеряемого вещества, относительно тока холостого хода.

Массовый расходомер может быть применен при измерении расхода жидкостей при высоких давлениях.

Индукционные расходомеры

К достоинствам индукционных расходомеров относится то, что у этих приборов отсутствуют механические части, связанные с измеряемым веществом; структура измеряемого потока не нарушается, так как в него не помещают какие-либо выступающие предметы. Показания приборов не зависят от давления и температуры измеряемого вещества.

Принцип действия индукционных расходомеров основан на измерении, зависящей от расхода электродвижущей силы, индуктированной в потоке электропроводной жидкости под действием электромагнитного поля.

Индукционные расходомеры с постоянным магнитным полем имеют ряд недостатков, являющихся следствием поляризации электродов.

Постоянный электрический ток вызывает в проводящих жидкостях процесс электролиза, что приводит к выделению газов, осаждающихся на электродах. Выделившийся газ изменяет сопротивление электрической цепи, что приводит к искажению результатов измерения. Вследствие этого в индукционных расходомерах используют электромагниты, питаемые переменным током. В этом случае магнитная индукция будет выражена уравнением

             (4)

где Вmaх - максимальная величина магнитной индукции; f- частота переменного тока. Подставляя уравнение (4) в (3) получаем

           (5)

Показания индукционного расходомера не зависят от параметров измеряемой жидкости (температуры, плотности, вязкости, давления, теплопроводности и др.), если последние не влияют на электропроводность.

К достоинствам индукционных расходомеров следует отнести то, что они не имеют каких-либо подвижных или неподвижных выступающих частей, препятствующих измеряемому потоку, обладают линейной шкалой, высокой чувствительностью, хорошей воспроизводимостью показаний и стабильной работой.

Этими расходомерами можно измерять расходы сред, обладающих высоким агрессивным воздействием, радиоактивных сред и расход различного рода пульп.

К недостаткам индукционного расходомера следует отнести то, что измеряемая им жидкость должна обладать некоторой минимальной проводимостью. Многие углеводороды (в том числе нефть и продукты нефтепереработки) этим свойством не обладают.

В настоящее время для измерения расхода бурового раствора на буровых установках применяют индуктивные расходомеры типа РГР-7. Принципиальная схема расходомера РГР-7.

Катушки, которые обтекает переменный ток, создают переменное магнитное поле, в котором по немагнитной изолированной трубе протекает измеряемая жидкость. Индуктируемая в жидкости э.д.с. снимается двумя электродами и измеряется потенциометрическим методом. При этом компенсирующее напряжение, создаваемое в катушках, снимается с потенциометра через фазовращатель, получающий питание от системы катушек компенсации, находящихся в магнитном поле датчика. Элемент сравнения  дает сигнал разбаланса на усилитель, откуда усиленный сигнал поступает на управляющую обмотку реверсивного двигателя. Двигатель поворачивает движок реохорда до тех пор, пока величина разбаланса будет меньше чувствительности двигателя. Положение движка реохорда будет пропорционально э. д. с., а следовательно, и расходу жидкости по трубе. Вместе с перемещением движка реохорда двигатель поворачивает ротор сельсина датчика. Предел измерения расходомера 75 л/с. Основная приведенная погрешность ±2%. Прибор питается от сети переменного тока 220 В, 50 Гц.

Вопросы для самоконтроля

1. Расскажите принцип действия расходомеров постоянного перепада давления.
2. Назовите две основные группы расходомеров постоянного перепада давления.
3. Назовите недостатки и достоинства массовых расходомеров.
4. Расскажите принцип действия индукционных расходомеров.
5. Назовите приборы для измерения расхода объема жидкости, пара и газа.
6. Расскажите принцип работы объемных расходомеров.
7. Назовите предел измерения выпускаемых ротационных газовых счетчиков.
8. Где применяются лопастные счетчики?
9. Расходомеры переменного перепада давления. Перечислите достоинства и недостатки.
10. От чего зависит коэффициент расхода?