Расход 

Расход

4.2.3

Во многих процессах важную роль играет измерение расхода, который можно оценивать по-разному. Массовый расход характеризует массу жидкости, проходящей через данную точку в единицу времени (например, кг/мин). Объемный расход — это объем жидкости в единицу времени (например, л/с). В случае сжимаемых газов при измерении объемного расхода необходимо учитывать температуру и давление и приводить его к некоторым стандартным условиям (обычно это О °С и 1 бар, называемые STP — Standard Temperature and Pressure). Наконец, можно измерять скорость потока, которая выражается, например, в м/с.

Наиболее распространенный метод измерения расхода основан на оценке перепада давления по разные стороны сужающегося отверстия в трубопроводе. Простейшим примером является пластина с отверстием, изображенная на рис. 4.5 (а) (с характерными размерами d и d/2, где d — диаметр трубопровода). Разновидностями этого устройства являются трубка Вентури (рис. 4.5 (б)) и трубка Пито (рис. 4.5 (в)).

Рис. 4.5. Измерение расхода за счет перепада давления: (а) пластина с отверстием; (б) трубка Вентури; (в) трубка Пито (В - высокое давление, Н - низкое давление)

Существует, однако, один недостаток. Перепад давления пропорционален квадрату расхода, т. е.

Pd = kF2

где — перепад давления, F— расход, к — масштабирующий коэффициент. Это ограничивает отношение максимального расхода к минимальному почти до 4:1 и требует применения операции извлечения квадратного корня, чтобы линейно связать расход с перепадом давления (т. е. F = ВР^, где В — постоянный коэффициент). ПЛК способны считывать аналоговые входные сигналы, используя для этого функцию извлечения квадратного корня. Следует также отметить, что для того, чтобы не потерять точность, необходимо использовать числа с плавающей точкой (вещественные числа).

Если необходим больший диапазон измерений, то можно использовать турбинный расходомер, изображенный на рис. 4.6. Вращение лопастей турбины воспринимается детектором близости, который обеспечивает формирование сигнала, пропорционального расходу (извлечение квадратного корня при этом не требуется). Этот метод позволяет увеличить отношение максимального измеряемого расхода к минимальному до 10:1. Недостатком метода является износ подшипников.

Вихревой расходомер, изображенный на рис. 4.7, также обеспечивает получение сигнала, линейно зависящего от расхода. Измерение производится путем обнаружения небольших вихрей, образуемых вдоль течения жидкости резкой преградой. (Подобные вихри вы можете наблюдать при движении рукой в воде.) На рис. 4.7 для обнаружения вихрей использован ультразвуковой луч.

Рис. 4.6. Турбинный расходомер
Рис. 4.8. Измерение расхода с помощью эффекта Доплера

Наконец, на рис. 4.8 проиллюстрирован метод, в котором для измерения расхода также используется ультразвуковой луч, но измерение основано на эффекте Доплера (зависимости частоты от скорости). Преимущество этого метода в том, что не требуется введения в трубопровод никаких элементов.