MĂSURAREA DEBITULUI
1. OBIECTIVUL LUCRĂRII
- cunoaşterea structurii şi a funcţiei unui
sistem de măsurare a debitului;
- cunoaşterea principiului de funcţionare şi
determinarea caracteristicii statice a unui
traductor de debit cu diafragmă.
2. NOŢIUNI RECAPITULATIVE DE
BAZĂ
Pentru măsurarea debitului există
numeroase metode şi mijloace care au fost
folosite în trecut iar altele au fost realizate
relativ recent.
Senzorii şi traductoarele de debit, după
fenomenul sau efectul care stă la baza
funcţionării lor, se clasifică astfel:
- traductoare bazate pe măsurarea căderii
de presiune;
- traductoare bazate pe măsurarea presiunii
dinamice;
- traductoare bazate pe echilibrarea
forţelor;
- traductoare bazate pe antrenarea
mecanică;
- traductoare bazate pe conservarea
impulsului;
- traductoare bazate pe măsurarea
volumelor;
- traductoare bazate pe turbionarea jetului
de fluid;
- traductoare bazate pe inducţia
electromagnetică;
- traductoare pentru măsurat debit în
canale deschise;
- traductoare bazate pe propagarea
ultrasunetelor;
- traductoare bazate pe urmărirea
trasorilor;
- traductoare combinate şi speciale.
În această lucrare vom studia
traductoarele de debit bazate pe măsurarea
căderii de presiune.
La baza funcţionării acestor traductoare stă
dependenţa dintre viteza de curgere şi căderea
de presiune pe care o produce o rezistenţă
hidraulică locală sau o linie asupra fluidului
atunci când acesta curge prin rezistenţa
respectivă. Căderea de presiune prelevată de un
senzor corespunzător constituie o măsură a
vitezei de curgere, şi deci - o măsură a
debitului de fluid.
Traductoarele de acest tip sunt constituite
deci din cel puţin două elemente esenţiale:
Senzorul de debit, care este alcătuit din
rezistenţa hidraulică şi care produce o cădere
de presiune dependentă de debit.
Manometrul diferenţial, care serveşte la
măsurarea căderii de presiune pe senzor.
În sistemele mai evoluate semnalul obţinut
ca efect al căderii de presiune în manometrul
diferenţial este convertit în semnal electric, de
obicei curent electric, pentru a fi mai uşor de
transmis, prelucrat şi măsurat.
Din cele arătate rezultă, deci, că în acest
caz măsurarea debitului constă în fond în
măsurarea căderii de presiune produsă de
senzor. Dependenţa debit - cădere de presiune
este determinată de regimul de curgere şi de
tipul senzorului.
În cele mai multe cazuri dependenţa dintre
debit şi căderea de presiune este neliniară ceea
ce are drept consecinţă o scară cu gradaţii
neuniforme. Pentru a obţine o scară cu gradaţii
uniforme senzorul de debit sau elementul de
convertire şi adaptare se cuplează cu un
element de liniarizare, un extractor de rădăcină
pătrată.
Traductorul de debit prezentat în figura 1
este format din elementul sensibil tip diafragmă
ES-D, care sesizează şi transformă debitul de
lichid Q într-o diferenţă de presiune p = p1 -
p2 proporţională cu pătratul debitului,
convertorul C, care transformă diferenţa de
presiune p într-o deplasare unghiulară şi
adaptorul AD, la ieşirea căruia se obţine un
semnal electric I1 = 2…10 mA (sau 4…20
mA), de asemenea proporţional cu pătratul
debitului:
I1 = k . Q2
Pentru protejarea burdufurilor
convertorului C la suprapresiune, interiorul
acestora este umplut cu un lichid special.
Capetele libere ale burdufurilor sunt unite
prin tija de legătură 1, a cărei deplasare este
controlată de resortul elastic. Sub acţiunea
presiunilor p1 şi p2 aplicate pe suprafeţele
exterioare ale burdufurilor, tija se deplasează
orizontal şi transmite mişcarea axului 3, cuplat
printr-un sistem special de etanşare la intrarea
adaptorului AD.
Fig.1. Schema de principiu a traductorului de
debit cu diafragmă:
ES-D-element sensibil tip diafragmă; C-
convertor presiune diferenţială-deplasare
unghiulară; AD-adaptor; 1-tijă de legătură; 2-
resort elastic; 3-ax de ieşire.
În cazul sistemelor de măsurare a debitului
de lichid formate numai din traductor şi
element de vizualizare, scala acestuia din urmă
trebuie să aibă gradaţia pătratică. Dacă însă
sistemul de măsurare conţine şi un bloc de
calcul de tip extractor de radical, semnalul
generat de acesta va avea o variaţie liniară în
raport cu debitul, iar scala elementului de
vizualizare va avea gradaţia normală
(uniformă).
Caracteristica statică a unui extractor de
radical unificat, cu semnal de intrare I1 = 2…10
mA şi semnal de ieşire I2 = 2…10 mA, este
descrisă de ecuaţia:
I I2 12 8 2 ( ).
În multe cazuri interesează atât măsurarea
debitului cât şi evaluarea cantităţii de fluid care
a circulat prin conductă într-un anumit interval
de timp. Problema poate fi rezolvată prin
introducerea în sistemul de măsurare a
debitului a unui contor care să afişeze
cantitatea de fluid, pe baza integrării debitului.
Dacă contorul este montat la ieşirea
adaptorului (vezi figura 2), valoarea afişată A
la momentul de timp t este obţinută prin
extragere de radical şi integrare:
A K I dt At
1 1
0
02 .
În cazul unui contor montat la ieşirea
extractorului de radical, valoarea afişată A este
obţinută numai prin integrare:
A K I dt At
2 2
0
02( ) .
3. DESFĂŞURAREA LUCRĂRII
* Identificarea elementelor componente ale
traductorului de debit cu diafragmă.
* Preluarea de pe tabliţa indicatoare şi
consemnarea în referat a caracteristicilor
ansamblului convertor-adaptor, referitoare la
domeniile lui p şi I1.
* Identificarea elementelor componente ale
sistemului de măsurare a debitului prezentat în
figura 2.
Fig.2. Sistem de măsurare a debitului de lichid
prin metoda diafragmei:
C-convertor presiune diferenţială-deplasare
unghiulară; AD-adaptor; FQ-contor de debit;
ER-extractor de radical; FR-înregistrator de
debit; RR-robinet de reglare;
Re-robinet de egalizare; Rs-robinete de
separare.
* Determinarea experimentală a
caracteristicii statice a traductorului studiat I1 =
f1(Q), a caracteristicii statice a ansamblului
traductor-extractor de radical I2 = f2(Q) şi a
caracteristicii statice a extractorului de radical
I2 = f3(I1).
- se alimentează adaptorul traductorului de
debit, contorul, extractorul de radical şi
aparatul înregistrator cu energie de la reţeaua
de 220V iar convertorul electropneumatic al
robinetului de reglare RR cu aer instrumental
de 1,4 bar;
- se porneşte pentru câteva secunde pompa
de vehiculare a lichidului, după care se verifică
dacă curenţii I1 şi I2 au valorile de 2 mA (0%).
În caz contrar se verifică dacă robinetele de
separare Rs sunt deschise, apoi se deschide şi se
închide la loc robinetul de egalizare Re. Dacă şi
în urma acestor operaţii nu se verifică punctul
de zero, se impune evacuarea aerului din
camerele de înaltă şi joasă presiune ale
convertorului presiune diferenţială-deplasare
unghiulară C, prin slăbirea dopurilor de purjare
din partea superioară a convertorului;
- se determină 5…8 triplete de valori (I1k,
I2k, Qk). Valorile Qk ale debitului vor fi obţinute
prin evaluarea volumului de lichid V = A . H
acumulat în vas în intervalul de timp
cronometrat t (QKcalculat = V/tk). Prin A se
notează aria transversală a vasului ( A = 600
mm), iar prin H variatia nivelului de lichid
(citită pe tubul de sticlă gradat). Se consideră
H = 100 mm.
- după fiecare determinare (I1k, I2k, tk) se
readuce nivelul din vas la o valoare redusă, prin
trecerea supapei de scurgere în poziţia
"deschis", după care se reia experimentul, prin
schimbarea debitului (cu ajutorul robinetului de
reglare RR) şi închiderea supapei;
- datele vor fi consemnate într-un table,
unde Qmasurat este valoarea măsurată a debitului,
la înregistratorul de debit FR.
- se determină clasa de precizie a
traductorului de debit cu relaţia:
CP max
unde max este eroarea normată maximă
calculată cu relaţia max = 100 . Qmax / D, D
fiind domeniul de măsurare.
ÎNTREBĂRI DE CONTROL
1. Ce principii stau la baza măsurării
debitului?
2. Ce tipuri de traductoare de debit
cunoaşteţi?
3. Care sunt elementele componente ale
traductorului de debit cu diafragmă?
t [sec]
I1 [mA]
I2 [mA]
Qcalculat
[m3/h]
Qmasurat
[m3/h]
Q =
Qmasurat-
Qcalculat
4. Care este rolul unui extractor de radical
într-un sistem de măsurare a debitului?
5. Ce operaţii efectuează blocul de calcul
din componenţa unui sistem de măsurare a
debitului de gaz, cu detector de debit tip
diafragmă?
Top Related