Успешные примеры применения массовых расходомеров: измерение газовых сред

В бытовом и промышленном использовании есть много ситуаций использования измерений газообразных сред: самый обычный природный газ (Nature Gas), с которым тесно связана наша повседневная жизнь, на промышленных площадках сжатый воздух, участвующий в химических реакциях водород, использующийся для подогрева пар, предохраняющий азот или инертный газ и другие.

1. Обывательские знания об измерениях газообразных сред и реальная информация

a) Общепринятое определение: газ – это бесформенная, объёмная, текучая, способная принимать любую форму жидкая среда.

b) Обывательские представления

i. Пар: для измерений всегда используют массу в качестве единицы измерений (тонны или килограммы)

ii. Другие газообразные среды: обычно в качестве единицы измерения выступает объём (Nm3), но следует обращать внимание на то, что газообразные среды, посчитанные через объём, все имеют одинаковые требования – мерой объёма должен быть нормальный метр кубический (Nm3)

- Объём газа изменяется вместе с изменениями температуры и давления

- Поэтому смысл в данных измерений будет только в том случае, если установить определённые условия, под нормальным метром кубическим подразумевается объём в условиях определённой температуры и определённого давления (для нормальных условий также есть международные стандарты)

c) Реальная информация: когда определённые газообразная среда, температура и давление установлены, плотность среды тоже фиксирована, поэтому реальные измерения газообразной среда не являются объёмом потока как таковым, а являются количеством массы.

2. Сравнение применения традиционных методов измерения расхода и решения с использованием массового расходомера (подробнее см. таблицу 1)

3. Для измерения газовых сред применяются различные технические расчётные схемы потока (масса, стандартный объём/габариты должны учитываться)

a) Анализ расчётной схемы традиционного расходомера: Здесь мы в качестве примера избрали обычно используемые на площадках скоростные расходомеры

i. Qm=ρ1Qv1=ρ2 Qv2---------------------------------------------(формула 1)

Qm：массовый расход

ρ1, Qv1- плотность в нормальных условиях, расход потока в нормальных условиях

ρ2, Qv2- плотность в рабочих условиях, расход потока в рабочих условиях

ii. Прежде реальным качественным измерением особо чистого газа был массовый расход. Из формулы 1 мы знаем, что если использовать Qm=ρ2 Qv2, то понадобятся два вида измерительных приборов, чтобы было возможно получить массовый расход газообразной среды, при этом стоимость денсиметра газа высока, а установка довольно сложная. Поэтому на площадке обычно используют Qm=ρ1Qv1, что является фиксированной величиной ρ1 для особо чистой газовой среды. Далее обсудим измерение QV1.

iii. QV1=V1/t--------------------------------------------------------(Формула 2)

Если газообразная среда представлена идеальным газом, то она удовлетворяет формуле P1*V1/T1=P2*V2/T2, то есть V1= V2P2T1/P1T2 -----------------------(Формула 3)

P1、T1- Давление и температура в нормальных условиях (фиксированная величина)

P2、T2- Давление и температура в рабочих условиях (требуется измерить)

V1、V2- Объём газообразной среды в нормальных и в рабочих условиях

t – время

iv. QV2= v*(πr2)=V2/t, следовательно V2= v*(πr2)*t--------------------------------(формула 4) Формулу 4 используем вместо в формулы 3 и можем получить V1= vπr2tP2T1/P1T2-----------------------------(формула 5)

v - скорость потока (измеряется расходомером)

r-радиус расходомерной трубы

π- Постоянная величина числа Пи (3,14), отношение длины окружности к её диаметру

v. Вместо формулы 5 используем формулу 2, и можем получить QV1=V1/t= vπr2tP2T1/P1T2/t= vπr2P2T1/P1T2--------------------(формулу 6)

Известные величины: ρ1、π、r、T1、P1

Неизвестные величины: v、P2、T2

vi. Формулой 6 заменяем формулу 1, и можем получить Qm=ρ1Qv1=ρ1vπr2P2T1/P1T2---------------------------------(формулу 7)

vii. Предварительный итог: из формулы 6 следует, что для применения традиционной техники измерения газообразных сред необходимо:

Измерить скорость потока с помощью расходомера;

Одновременно с этим необходимо иметь измерения температуры(T2) и давления (P2) (хорошо, что техника замеров температуры и давления зрелая и отработанная), интегрирующий прибор расхода производит компенсацию расчётов

b) Анализ расчётной схемы массовых расходомеров

i. Qm=ρ1Qv1, Массовый расходомер может напрямую измерять Qm

ii. Очень просто заметить Qv1=Qm/ρ1

4. Преимущества и недостатки массовых расходомеров при измерении параметров газовых сред:

а) Преимущества:

i. Требования к оборудованию: С помощью таблицы 1 можно заметить, что независимо от того стандартные это измерения объёма или измерения массы, все решения с использованием массового расходомера очевидно значительно проще в реализации, чем использование традиционных методов измерения потока.

ii. Влияние известной величины: реальный радиус расходомерной трубы прибора – r, а также число Пи могут в той или иной степени привести к отклонениям в измерениях.

b) Недостатки: у массовых расходомеров потеря давления больше, чем во время измерений расхода традиционными методами.

с) Современная ситуация с применением: опираясь на приведённое выше сопоставление, можно отметить, что массовые расходомеры получают всё большее применение в области измерения газообразных сред.

5. Проектное решение применения массовых расходомеров WeMetro для измерения газообразных сред

a) Современная ситуация

i. Если говорить о массовых расходомерах, то диапазон расхода газообразной среды обычно намного ниже диапазона расхода жидкой среды, в отличие от полной шкалы расхода жидкой среды, во время измерений газа обычно соотношение пределов ниже 50~100:1

ii. Поэтому точность измерений газообразных сред у всех производителей ниже точности измерений жидких сред, погрешность измерений газа выше погрешности измерений жидкости примерно в 3~5 раз.

b) Дизайн, используемый WeMetro

i. Тонкостенная конструкция труб

1) Применение специальных расходомерных труб с более тонкими стенками, что снижает жёсткость расходомерных труб

2) Разность фаз при одинаковом массовом расходе больше, оригинальный сигнал расхода сильнее, измерения точнее, подробнее смотрите в таблице 2.