Далее рассмотрим правила установки средств измерения температуры на трубопроводах.

Температуры среды измеряют на прямолинейном участке ИТ до или после сужающего устройства.

Во всех случаях необходимо стремится к тому, чтобы ПТ или его защитная гильза (при ее наличии) как можно меньше перекрывли проходное сечение ИТ.

ПТ или его защитную гильзу погружают в ИТ на глубину от 0,3D до 0,7D.

Рисунок 1.1 – Схема установки дифманометра с сужающим устройством при измерении расхода пара (дифманометр расположен ниже СУ):

1 – трубопровод; 2 – сужающее устройство; 3 – конденсационные сосуды;

4 – отстойные сосуды; 5 – дифманометр

Наилучшим расположеием ПТ или его защитной гильзы при их установке является радиальное, схема которого приведена на рисунке 1.2 (а).

Допускается и наклонное расположение ПТ или его защитной гильзы, как показано на рисунке 1.2 (б).

Рисунок 1.2 – Схема установки преобразователя температуры:

а – радиальное расположение ПТ; б – наклонное расположение ПТ

При измерении температуры потока после сужающего устройства, следует выполнять следующие требования:

- ПТ или его защитную гильзу не допускается устанавливать от СУ на расстоянии более 15D;

- ПТ или его защитную гильзу устанавливают на расстоянии не менее 5D от СУ;

- Между СУ и ПТ или его защитной гильзой должны отсутствовать местные сопротивления.

При установке ПТ в гильзу обеспечивают надежный тепловой контакт, заполняя гильзу, например, жидким маслом. ПТ погружают в гильзу на полную ее глубину (с монтажным зазором). Рекомендуется, чтобы зазор между боковыми стенками гильзы и ПТ не превышал 0,5мм.

Часть ПТ, выступающая над ИТ, должна иметь термоизоляцию, если температура потока отличается от температуры окружающей среды более чем на 40°С.

Рекомендуется ПТ или его защитную гильзу термоизолировать от стенки измерительного трубопровода.

Выбор устройств и приборов

Произведем выбор сужающего устройства [1]. К стандартным сужающим устройствам относятся дисковые диафрагмы, сопла и трубы Вентури. Стандартные сужающие устройства удовлетворяют требованиям РД 50-213-80 по измерению расхода газа, жидкости и пара. Для них справедливы табличные значения модуля m, коэффициента расхода a и граничного числа Рейнольдса Re_гр.

При выборе СУ необходимо руководствоваться следующими соображениями:

- потеря давления в СУ увеличивается в следующей последовательности: труба Вентури, длинное сопло Вентури, короткое сопло Вентури, сопло, диафрагма.

- при одних и тех же m и ΔP и прочих равных условиях сопло позволяет измерять больший расход, чем диафрагма, обеспечивает большую точность (при малых m).

Стандартная диафрагма является самым распространенным типом сужающего устройства. Она представляет собой тонкий металлический диск с концентрическим цилиндрическим отверстием, переходящим в коническое. Угол между цилиндрической и конической частью отверстия должен быть в пределах 35-45°.

Устройство диафрагмы с угловым отбором давления (верхняя часть рисунка) и кольцевыми камерами (нижняя часть рисунка) показано на рисунке 1.3.

Рисунок 1.3 – Основные геометрические размеры стандартной диафрагмы

1 – измерительный трубопровод; 2 – диск диафрагмы;

3 – корпус кольцевой камеры

Диафрагмы бывают двух основных типов: камерные (рисунок 1.4, а) и бескамерные (рисунок 1.4, б). Бескамерные диафрагмы отличаются от камерных отсутствием кольцевых камер, а также наличием металлического «ушка», приваренного к боковой поверхности диска [3].

Рисунок 1.4 – Диафрагмы: а) камерная; б) бескамерная

Камерная диафрагма состоит из диска и корпусов кольцевых камер (рисунок 1.5), служащих для замера статического давления.

Рисунок 1.5 – Камерная диафрагма:

1 – диск; 2 – кольцевые камеры

Стандартные сопла рекомендуется применять при измерении расхода газов и перегретого пара при диаметрах трубопроводов до 200 мм при модулях в пределах m = 0,05 ¸ 0,6.

Устройство сопла с угловым отбором давления (верхняя часть рисунка) и кольцевыми камерами (нижняя часть рисунка) показано на рисунке 1.6.

Рисунок 1.6 – Основные геометрические размеры стандартного сопла:

1 – измерительный трубопровод; 2 – сопло; 3 – корпус кольцевой камеры

Оно представляет собой сужение, выполненное в виде насадки с плавно закругленным профилем со стороны входа струи, переходящим в короткую цилиндрическую часть. Сопла изготавливают из тех же материалов, что и диафрагмы, и устанавливают в кольцевых камерах.

Стандартные трубы Вентури устанавливаются на трубопроводах диаметром от 50 до 1400 мм при модулях m = 0,1 ¸ 0,6. Трубы Вентури применяются в тех случаях, когда требуется повышенная точность измерения, а величина остаточной потери давления имеет решающее значение. Измерение перепада давления осуществляется не менее чем шестью отверстиями через кольцевые камеры. Отверстия для отбора перепада давления располагаются на расстоянии D₂₀/2 и d₂₀/2 от начала и конца входного конуса. Схема устройства трубы Вентури показана на рисунке 1.7.

Рисунок 1.7 – Труба Вентури

Она состоит из входного конуса, цилиндрической средней части и выходного конуса. Трубы Вентури бывают длинными и короткими. Труба Вентури называется длинной, если наибольший диаметр выходного конуса равен диаметру трубопровода, и короткой, если этот диаметр меньше диаметра трубопровода.

Исходя из выше рассмотренных требований к СУ, а также проанализировав заданные параметры, целесообразным является использование как стандартной диафрагмы, так и стандартного сопла.

Для обеспечения экономичности проектируемого канала примем в качестве СУ стандартную диафрагму.

Произведем выбор дифманометра. Выбор промышленного дифманометра–расходомера производится исходя из технических характеристик прибора и условий измерения.

Предельный номинальный перепад давления ΔP_Н дифманометра выбирается из нормального ряда чисел исходя из того, что при заданном расходе среды, чем больше перепад, тем меньше относительная площадь (модуль) сужающего устройства.

В практике измерения расходов наибольшее применение имеют дифманометры типа ДМ и типа "Сапфир 22М ДД" с электрическим выходным сигналом и дифманометры типа ДМ-П с пневматическим выходным сигналом [4].

Согласно заданию выбираем ДМ типа "Сапфир 22М ДД" (рисунок 1.8)

Рисунок 1.8 - ДМ типа "Сапфир 22М ДД"

1 – электронное устройство; 2 – гермоввод; 3 – прокладки;

4 - тензопреобразователь; 5 – камера (+); 6 – внутренняя полость;

7 – гафрированные мембраны; 8 – корпус; 9 – фланцы;

10 – внутренняя полость; 11 – камера (-)

Чувствительным элементом тензопреобразователя является пластина из монокристаллического сапфира с кремниевыми пленочными тензорезисторами, прочно соединенными металлической мембраной тензопреобразователя.

Измеряемый перепад давления действует на мембраны, которые передают давление через кремнийорганическую жидкость на тензорезистор. Последний изменяет свое электрическое сопротивление. Электронный блок преобразует это изменение сопротивления в токовый выходной сигнал.

БИК- одноканальный блок извлечения корня предназначен для линеаризации статической характеристики и питания дифманометров комплекса преобразователей "Сапфир" при измерении расхода газообразных и жидких сред. Необходим, так как зависимость между перепадом давления и расходом измеряемой среды носит квадратичный характер [5].

В качестве вторичного прибора комплекта расходомера задан автоматический регистрирующий прибор КСУ, который предназначен для измерения, регистрации и регулирования (при наличие регулирующего устройства) величин, изменение значений которых может быть преобразовано в унифицированные сигналы силы, напряжения постоянного тока или в активное сопротивление [6].

В качестве первичного преобразователя температуры, согласно заданию, выбираем термопару.

Термопара представляет собой цепь, состоящую из двух соединенных между собой разнородных проводников А и В (рисунок 1.9) [3]. Эти проводники называются термоэлектродами, места соединения термоэлектродом – спаями. Спай с температурой t, погружаемый в измеряемую среду, называется рабочим (измерительным) спаем термопары, второй спай с температурой t₀ носит название свободного (соединительного).

Рисунок 1.9 – Схема контура термопары

В качестве вторичного прибора используется автоматический регистрирующий прибор КСП, который предназначен для измерения, регистрации и регулирования (при наличии регулирующего устройства) величин, изменение значений которых может быть преобразовано в изменение напряжения постоянного тока.