Посібники з масового витратоміра: його принципи, типи та застосування

У сучасних системах управління промисловими процесами, комерційного зберігання та виставлення рахунків здатність точно вимірювати масову витрату рідини дуже важлива для забезпечення безперебійної роботи, забезпечення точного дозування у виробництві та справедливого виставлення рахунків у торговому обліку. Масові витратоміри зараз є важливими вимірювальними приладами в багатьох галузях, оскільки вони є точнішими та надійнішими, ніж прилади для вимірювання об'ємної витрати (такі як турбінні витратоміри, об'ємні витратоміри, магнітні витратоміри тощо). У цьому детальному посібнику розповідається про те, що таке масові витратоміри, для чого вони корисні, які різні типи та найважливіше їх використання.

Що таке масовий витратомір?

Масовий витратомір – це дуже точний інструмент, який вимірює масову швидкість потоку рідин, що рухаються трубопроводом. Масові витратоміри, з іншого боку, дають прямі вимірювання маси рідини в одиницях вимірювання потоку, таких як кг, тонна або фунти, які не змінюються залежно від температури, тиску, густини або в'язкості. Однак об'ємні витратоміри вимірюють об'єм рідини (одиниці вимірювання потоку, такі як м3/год, кубічні фути за хвилину або галони за хвилину). Завдяки цій здатності вони необхідні в ситуаціях, коли потрібна висока точність і стабільність.

Існує багато фізичних принципів, на яких працюють масові витратоміри, але ефект Коріоліса є найпоширенішим і водночас найточнішим. Коли рідина рухається через дві вібруючі вимірювальні трубки, це викликає фазові зсуви або зміни частоти, пропорційні масовій витраті. Передавач масової витрати Коріоліса може точно розрахувати масову витрату з великою точністю, відстежуючи ці зміни.

Чому вимірювання масової витрати є важливим?

У промислових застосуваннях вимірювання масової витрати набагато краще, ніж об'ємне вимірювання, з кількох причин:

• Краща точність

Масові витратоміри Коріоліса зазвичай вимірюють з точністю від ±0,1% до ±0,2%, що набагато краще, ніж традиційні об'ємні витратоміри (наприклад, ротаметри можуть мати точність лише 1,0~1,5%). Ця висока точність дуже важлива для комерційного обліку, дозування та контролю якості, де навіть невеликі помилки або неточні вимірювання можуть мати негативні наслідки.

• Незалежність від умов процесу

Зміни температури та тиску рідини не впливають на результат вимірювання датчика Коріоліса, тому немає потреби виконувати компенсаційні або коригувальні розрахунки (наприклад, витратомір газової турбіни EVC). Ця функція особливо корисна в деяких застосуваннях, де робочі умови, такі як тиск або температура, часто змінюються при вимірюванні витрати газу, оскільки об'ємні вимірювання потребують складних коригувань, що додають більше невизначеності.

• Дані прямого масового потоку

Для багатьох промислових процесів потрібні дані про масу, а не про об'єм. Маса важлива для хімічних реакцій, змішування матеріалів та визначення необхідної кількості енергії. Масові витратоміри надають цю інформацію безпосередньо, що зменшує похибки перетворення та спрощує керування процесом. Наприклад, якщо витрата азоту, розрахована за допомогою газового турбінного лічильника, становить 20 кубічних футів за хвилину, важко отримати точне значення густини для перетворення його в кг/год.

• Багатопараметричне вимірювання

Сучасні масові витратоміри можуть вимірювати більше одного параметра (одиниці масової витрати) одночасно, такого як густина, концентрація, шкала Брікса та температура. Ця багатофункціональність означає, що потрібно менше польових приладів, що знижує витрати на встановлення та робить всю систему простішою у використанні, а також підвищує надійність вимірювань.

• Широке використання

Масові витратоміри можуть працювати з багатьма різними рідинами, такими як рідини, гази, шлами; вони також можуть обробляти складні рідини, такі як вимірювання кисню за наднизької температури, вимірювання азоту за надвисокого тиску, вимірювання надв'язкого асфальту або сирої нафти, а також вимірювання високоабразивного шламу в гірничих робіт.

Різні види вимірювачів масової витрати

Існує два основних типи масових витратомірів залежно від принципу їхньої роботи:

Прилади для прямого вимірювання масової витрати

Прямі масові витратоміри вимірюють масову витрату без необхідності виконувати додаткові математичні обчислення чи перетворення:

• Масові витратоміри Коріоліса

Коріолісові витратоміри є найпоширенішим типом прямих масових витратомірів. Вони використовують принцип ефекту Коріоліса. Коли рідина рухається через одну або кілька вібруючих трубок, сили Коріоліса викликають зміни фази або частоти, які можна виміряти. Ці вимірювачі дуже точні (зазвичай ±0,1% або краще), можуть вимірювати як рідини, так і гази, а також одночасно вимірювати густину. Вони ідеально підходять для переміщення, точного дозування та вимірювання рідин з високими значеннями.

• Теплові масові витратоміри

Тепломіри використовують принципи теплопередачі для визначення масової витрати шляхом вимірювання тепла, яке переносить потік рідини. Вони призначені для вимірювання газу та особливо популярні у виробництві напівпровідників, моніторингу природного газу та системах стисненого повітря. Ці лічильники дешеві у використанні для газу та не потребують значного обслуговування.

Непряме вимірювання масової витрати

Непрямі масові витратоміри розраховують масову витрату, вимірюючи як об'ємну витрату, так і густину:

• Об'ємний витратомір з компенсацією щільності

Непряме вимірювання масової витрати пари за допомогою вихрового витратоміра

Цей метод використовує окремий густиномір та об'ємний витратомір, такий як турбінний, вихровий або електромагнітний. Щоб знайти масову витрату, помножте об'ємну витрату на густину. Це рішення може бути не таким точним, як прямі методи, але для деяких застосувань воно може бути дешевшим.

• Вимірювачі перепаду тиску з компенсацією

Вимірювач перепаду тиску

Ви можете вдосконалити традиційні витратоміри розподілу тиску (такі як діафрагми, V-подібні конуси, кільцеві трубки та трубки Вентурі), додавши датчик температури RTD та датчик тиску для реалізації компенсації та отримання оцінок масової витрати. Ці системи добре відомі та мають дуже довгу історію, але зазвичай вони не такі точні, як прямі масові витратоміри. Однак вони все ще мають широке застосування, таке як вимірювання природного газу високого тиску та вимірювання витрати перегрітої пари.

Непрямі масові витратоміри набагато дешевші, але вони зазвичай менш точні та надійні, ніж прямі методи вимірювання. Вони також потребують більше обслуговування, оскільки мають більше датчиків для отримання результату.

Застосування масових витратомірів

• Застосування у вимірюванні та управлінні процесами

Масові витратоміри Коріоліса використовуються в галузях, де потрібне точне дозування та суворий контроль процесу. У хімічній промисловості вони стежать за сировиною, яка потрапляє в реактори, щоб переконатися, що в реакціях бере участь правильна кількість різних хімічних речовин. У нафтогазовій промисловості їх використовують для вимірювання сирої нафти, природного газу, зрідженого нафтового газу для торгових цілей. Харчова та фармацевтична промисловість також покладаються на них для ретельного контролю додавання важливих або дорогих інгредієнтів, таких як цукри, ароматизатори та активні інгредієнти.

• Використання в суворих умовах та складних рідинах

Масовий витратомір Коріоліса чудово підходить для роботи зі складними та жорсткими рідинами. Він точно вимірює неньютонівські рідини, рідини з бульбашками та рідини з надзвичайно високою в'язкістю, такі як сира нафта, смола, меляса або шоколадна паста. Це ті види рідин, з якими інші витратоміри часто не можуть працювати. Крім того, він дуже добре працює в умовах високого тиску та високої температури, наприклад, при вимірюванні потоку воску, кріогенного пропану, бурового розчину, рідкої сірки тощо. Конструкція датчика масової витрати, яка не має мертвих зон та рухомих частин, полегшує його очищення та відповідає суворим санітарним стандартам для гігієнічного використання, такого як транспортування молочних продуктів або біофармацевтичних препаратів трубопроводами.

• Використання для вимірювання похідних параметрів та економії коштів

Коріолісові масові витратоміри вимірюють не лише масовий потік. Вони також вимірюють густину рідини та температуру. Ця додаткова функція значно розширює діапазон їх використання, дозволяючи непрямо вимірювати такі важливі фактори, як концентрація рідини, чистота спирту, вміст цукру (Brix) або концентрація сірчаної кислоти, а це означає, що вам не потрібно стільки окремих датчиків.