Принцип работы электронного ротаметра MASS-VIEW

Содержание статьи:

1. Электронные ротаметры MASS-VIEW – массовые расходомеры
2. Устройство и принцип действия измерительного сенсора
3. Измерение расхода различных газов
4. Точность измерения расхода и перепады давления
5. Регулирование расхода газа
6. Цифровые возможности и применения

 

Какими бывают ротаметры газа? Классическими с цилиндрической стеклянной трубкой и поплавком-шариком. Поплавок может быть выполнен в форме конуса, цилиндра, катушки и т.п. Считывание показаний ротаметра может быть автоматизировано, в результате чего ротаметр можно подключать к АСУ ТП. Нередко встречаются металлические ротаметры. А бывают электронные ротаметры MASS-VIEW.

Электронные ротаметры MASS-VIEW – массовые расходомеры

Для такого противопоставления есть все основания. Представим ситуацию, когда есть источник, от которого под давлением 2 атм (абс) газ подается в магистраль. Для простоты предположим, что расход в этой системе задает игольчатый клапан, а дальнейшая технологическая схема не создает подпора. Таким образом давление после игольчатого клапана можно считать практически равным атмосферному. Показания любого поплавкового ротаметра при его установке до клапана будут примерно в 1,5 раза ниже, чем при его установке после клапана. При том, что клапан задает один и тот же расход!

Совершенно по-другому ведут себя электронные ротаметры MASS-VIEW. Разница в показаниях прибора при установке до и после клапана не превысит 0.1%. Всё дело в том, что эти расходомеры измеряют массовый расход газа, в то время как поплавковые ротаметры измеряют объемный расход. В нашем примере через игольчатый клапан проходит определенное количество вещества (молекул газа) в единицу времени. Это и есть массовый расход. И он одинаков как до клапана, так и после. А величина объемного расхода зависит от рабочих условий: температуры и давления. А у нас в примере давление изменяется практически в 2 раза.

Устройство и принцип действия измерительного сенсора

Как же работают электронные ротаметры MASS-VIEW? По принципу действия они относятся к тепловым анемометрическим расходомерам (CTA - Constant Temperature Anemometry, тепловой анемометрический метод). Измерительный сенсор MASS-VIEW представляет собой прямую трубку, внутри которой расположены два стальных зонда: первый по ходу движения газа – нагреватель, второй – датчик температуры (см. рисунок).

Между двумя зондами с помощью нагревателя должна поддерживаться постоянная разность температур (ΔT). Протекающий газ охлаждает зонды, перенося часть тепла от зонда-нагревателя к зонду-датчику. Компаратор управляющей платы регистрирует уменьшение разности температур между двумя зондами. Для поддержания постоянного значения ΔT на нагреватель подаётся дополнительная электрическая мощность. Это увеличение мощности нагревателя оказывается прямо пропорциональным массовому расходу газа. Чем больше расход, тем больше мощности подается на нагреватель. Пропорциональность сохраняется в очень широком диапазоне расходов. Таким образом, соотношение между расходом газа и сигналом сенсора описывается уравнением:

V_signal - выходной сигнал;

К – константа, зависит от тепловых свойств газа;

Ф_m - массовый расход.

Измерение расхода различных газов

Константа К в формуле заслуживает отдельного упоминания. Она определяется такими физическими свойствами газа, как теплопроводность, удельная теплоемкость, динамическая вязкость и плотность. Для каждого газа значение К будет своим. Поэтому внутри прибора на заводе прописываются калибровки для 10 наиболее часто используемых газов: Воздух, N₂, O₂, CO₂, CO, N₂O, Ar, CH₄, C₃H₈ и C₄H₁₀. Есть специальные версии приборов для работы с H₂ и He, поскольку их физические свойства очень сильно отличаются от других газов.

Для получения максимальной точности измерения расхода выбранного газа следует также учитывать зависимость его физических свойств от рабочих температуры и давления. А, как следствие, и зависимость константы К от рабочих условий. Сразу следует отметить, что корректировка показаний по температуре и давлению не превышает нескольких процентов. И это при том, что рабочий диапазон температур составляет 0…50°С, а диапазон давлений 0…10 бар (изб). Производитель предлагает удобный онлайн сервис для коррекции показаний www.fluidat.com (FOTN), раздел CFMassView.

При необходимости использовать электронный ротаметр MASS-VIEW с газами, не входящими в число 10 уже записанных в прибор, или смесями газов необходимо:

• проверить совместимость газа с материалом корпуса (алюминий) и уплотнений (Viton)
• определить коэффициент перевода показаний расходомера с выбранной воздушной калибровкой на используемый газ/смесь газов с помощью FOTN.

Следует обратить внимание, что для электронных ротаметров MASS-VIEW без регулирующего клапана условиями, при которых коррекция показаний не требуется, являются 20°C и 4 бар (изб). Для ротаметров MASS-VIEW с регулирующим клапаном такие условия: 20°C и 0 бар (изб).

Точность измерения расхода и перепады давления

Описанный принцип действия позволяет получать высокую точность измерения расхода газа. Приборы внесены в Госреестр СИ РФ с точностью 1,5% ВПИ. Они имеют широкий динамический диапазон, достигающий 1:500. Вся линейка ротаметров MASS-VIEW охватывает диапазон расходов от 0,01 до 500 н.л/мин по воздуху. И в отличие от поплавковых ротаметров, их показания не зависят от угла установки.

Измерение расхода может происходить при очень низком перепаде давления на приборе, которое, в основном, вызвано наличием фитингов и сеток, установленных для поддержания нужного режима потока. На рисунках ниже показаны графики перепада давления в зависимости от величины расхода воздуха для электронных ротаметров MASS-VIEW моделей MV-102, MV-104, MV-106 и MV-108.

По сравнению с тепловыми массовыми расходомерами с байпасом для измерительного сенсора, расходомеры MASS-VIEW, работающие по принципу прямого измерения расхода, менее чувствительны к влажности и загрязнениям.

Регулирование расхода газа

Регулирование расхода газа осуществляется с помощью дополнительно устанавливаемого ручного игольчатого клапана. Он имеет орифайс с длинным коническим седлом. Плунжер клапана также имеет соответствующую коническую форму и находящийся на конце винта. При повороте винта плунжер втягивается, и поток между ним и седлом возрастает. Даже для небольшого поднятия плунжера требуется несколько оборотов винта, поэтому расход газа регулируется с максимальной точностью.

Цифровые возможности и применения

Ротаметры MASS-VIEW являются цифровыми приборами, наделенными богатым функционалом. Расходомеры измеряют мгновенный расход, но при этом имеют встроенный счетчик прошедшего количества газа. Прибор имеет функцию сигнализатора, два релейных контакта и аналоговый выход 0…5 В. Расходомеры также оснащены цифровыми интерфейсами RS232 с протоколом Flowbus и RS485 с протоколом Modbus ASCII/RTU. Кроме того, MASS-VIEW имеет яркий графический экран, отлично читаемый с любого угла и имеющий несколько режимов отображения. Экран позволяет легко настраивать прибор через дружественное меню с помощью удобного четырёхходового джойстика. В том числе и переключаться между сохраненными калибровками.

 

Благодаря своим характеристикам электронные ротаметры нашли применение в таких задачах как:

• Управления газовыми потоками в горелках
• Сварка
• Измерение утечек (контроль качества, экология)
• Технологии нанесения (производство оборудования)
• Регулирование состава газов в атмосфере (биотехнологии)
• Измерение потребления газа (медицина)
• Тестовое оборудование (тех. обслуживание продукции)
• Локальное смешение газов
• Измерение скорости потока газа (лаборатории)
• Резка стали
• Производственный учет

• Аналитическое оборудование
• Аэрация/барботирование (пищевые продукты, мороженное, масла)
• Ферментация (фармацевтическое и пищевое производство, биотехнологии)

 

Вы можете посмотреть видео, подробно описывающее принцип действия электронного ротаметра MASS-VIEW, здесь >>>