книги / Приборы и средства учета природного газа и конденсата

а

Рис. 32. Преобразователь давления с линейно-резнстивным выходом.

а — принципиальная схема; б — внешний вид.

на эксплуатацию в диапазоне температур окружающего воз­ духа от —60 до + 150°С. Габаритные размеры дифманометра не превышают 132X258X265 мм.

Преобразователи давления с электрическими выходными сигналами. Для применения в расходоизмерительных комплек­ сах могут использоваться преобразователи давления как с ли­ нейно-резистивными, так и с унифицированными выходными токовыми сигналами.

Принцип действия линейно-резистивных преобразователей давления основан на преобразовании давления газа или жидко­ сти в угол поворота вала многовитковой трубчатой манометри­ ческой пружины или в перемещение дна сильфонного блока с последующим преобразованием этого перемещения в измене­ ние сопротивления линейного потенциометра (рис. 32).

Преобразователи давления с многовитковой пружиной ис­ пользуются для измерения давлений от 25 до 400 кгс/см2, а с сильфонным блоком — для измерения небольших давлений (от 1 до 25 кгс/см2).

Преобразователь давления (рис. 32, а) содержит трубчатую многовитковую пружину 3, ось 7, повышающую зубчатую пере­ дачу 8 и линейный потенциометр 6 .

При подаче давления в полость манометрической пружины 3 через штуцер 1 и капилляр 2 ее свободный конец раскручи­ вается, поворачивая ось 7 посредством поводка 5. Ось 7 через повышающую зубчатую передачу 8 поворачивает вал потенцио­ метра 6 , изменяя пропорционально углу поворота вала выход­ ное сопротивление потенциометра. Передача и число витков пружины рассчитаны таким образом, чтобы при максимальном

92

ный конец пружины 3 жестко укрепляется на корпусе с по­ мощью держателя 4.

Внешний вид и габаритно-присоединительные размеры пре­ образователей давления типа ПбЭ-10, разработанных и выпу­ скаемых ВНПО «Союзгазавтоматика», приведены на рис. 32, б.

Преобразователи давления типа ПбЭ-10 выполнены во взры­ вобезопасном исполнении В2ТЗ и рассчитаны на измерение дав­ ления в диапазонах 0—6; 0—16; 0—25; 0—60 и 0—100 кгс/см2. Основная погрешность преобразователей давления ПбЭ-10 не превышает ±1% . Масса преобразователя ПбЭ-10 не превышает

12кг.

Предприятиями Минприбора освоено промышленное произ­

водство взрывобезопасных преобразователей давления с уни­ фицированными выходными токовыми сигналами типа «Сап­ фир».

Преобразователи типа «Сапфир» рассчитаны на измерение избыточных или абсолютных давлений жидкости и газа в диа­ пазоне от 0 до 400 кгс/см2 с погрешностью 0,25, 0,5 и 1%.

Приборы для измерения температуры. Температура газа является важным параметром, определяющим погрешность из­ мерения расхода газа. Для измерения температуры газа нахо­ дят применение как манометрические самопишущие термомет­ ры, описанные выше, так и стеклянные жидкостные термомет­ ры расширения, а также взрывобезопасные электрические мед­ ные и платиновые термопреобразователи сопротивления.

Принцип действия жидкостных термометров основан на теп­ ловом расширении ртути или спирта, заполняющих герметич­ ный резервуар с капилляром (рис. 33). При этом высота столба жидкости в капилляре пропорциональна измеряемой темпера­ туре.

Спиртовые термометры расширения предназначены для из­ мерения низких температур (от —100 до -|-50оС), ртутные — для температур от —38 до +300 °С.

Конструкция стеклянного жидкостного термометра пока­ зана на рис. 33, а. Термометр содержит резервуар 1, заполнен­ ный жидкостью (ртутью или подкрашенным спиртом), капил­ ляр 3, связанный с резервуаром 1, шкалу термометра 4 и стек­ лянный прозрачный корпус 2. Шкала термометра 4 отградуи­ рована в градусах Цельсия.

Выпускаются пропорциональные и максимальные термо­ метры расширения.

Впропорциональных термометрах столбик жидкости сле­ дит за измеряемой температурой, а в максимальных термомет­ рах высота столба жидкости в капилляре соответствует макси­ мальной измеренной температуре и при уменьшении темпера­ туры не снижается.

Вмаксимальных термометрах для сброса столба жидкости

врезервуар необходимо термометр встряхнуть. Точность жид­

93

а

Рис. 33. Жидкостный термометр.

а — внешний вид; б —установка термометра на газопроводе.

костных термометров достаточно высока и лежит в пределах от 0,1 до 1 °С.

Для защиты от повреждений стеклянные жидкостные тер­ мометры обычно устанавливаются в защитных гильзах. Уста­ новка стеклянного жидкостного термометра с защитной гиль­ зой на трубопроводе показана на рис. 33, б. Такая конструкция содержит защитную гильзу 1 , ввариваемую в трубопровод 2 , и стеклянный термометр 3, защищенный снаружи корпусом 4. Корпус 4 имеет вертикальную щель 5 для возможности наблю­ дения за измеряемой температурой. Для лучшего контакта с измеряемой средой и повышения точности измерения полость гильзы 1 заполняется трансформаторным маслом или другой незамерзающей жидкостью.

Для измерения температуры газа или жидкости широкое применение находят термопреобразователи сопротивления (тер­ мометры сопротивления). Принцип их действия основан на свой­ стве металлов изменять свое электрическое сопротивление при

94

С помощью платиновых термопреобразователей сопротивления измеряют температуру в диапазоне от —260 до + 1100°С, а с помощью медных — от —200 до +200 °С. Наименьшая по­ грешность измерения достигается при использовании платино­ вых термоцреобразователей сопротивления. Сопротивление термопреобразователей сопротивления, пропорциональное изме­ ряемой температуре, может измеряться с помощью уравнове­ шенных мостов, а также восприниматься непосредственно си­ стемами телемеханики, централизованного контроля или пре­ образовываться в унифицированные сигналы тока или напря­

градуировка термометра, К; Ro— начальное сопротивление тер­ мометра при температуре То, Ом; Т — измеряемая температура,

где ат= 3,94-10~3 1/К; |3Т= — 5,8-10~7 1/К.

Промышленность выпускает медные термопреобразователи сопротивления типа ТСМ с сопротивлением R0, при 0°С рав­

ных комплексах Луцким приборостроительным заводом освоены промышленным производством взрывозащищенные медные тер­ мопреобразователи сопротивления типа ТСМ-277-01 с началь­ ным сопротивлением R0, при 0°С равным 2 кОм.

риваемой в трубопровод 3. Для лучшего контакта со средой полость гильзы 2 заливается трансформаторным маслом. Тер­ мопреобразователь выполнен во взрывобезопасном исполнении В2ТЗ, что позволяет эксплуатировать его практически на всех

95

объектах газовой промышленности. Диапазон температур, измеряемых термопреобразователем ТСМ-277-01, от —50 до +НЮ°С Достоинством высокоомных термопреобразовате­ лей сопротивления является то, что погрешность измерения темпе­ ратуры практически не зависит от сопротивления подводящих прово­ дов, которые могут иметь длину до 400 м. Длина I монтажной части выпускаемых термопреобразовате­ лей лежит в пределах от 100 до 400 мм.

3.2. МЕТОДЫ И ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПЛОТНОСТИ

ГАЗА

Плотность является одним из основных параметров газа. В зави­ симости от состава газа при нор­ мальных условиях она может из­ меняться от 0,65 до 1,2 кг/м3. Для определения плотности газа в нор­

мальных и рабочих условиях применяется ряд приборов, имею­ щих различные принципы действия.

Пикнометры (рис. 35, а) служат для определения относи­ тельной и абсолютной плотности газов при нормальных или стандартных условиях весовым методом в лабораторных усло­ виях.

Плотность измеряемого газа в этом случае определяется пу­ тем последовательного взвешивания сосуда (пикнометра) из­ вестной вместимости сначала с воздухом, а затем с измеряе­ мым газом и вычисления относительной плотности газа по фор­ муле

чий объем пикнометра, см3; рв — плотность сухого воздуха при температуре определения и фактическом барометрическом дав­

760 мм рт. ст.) условиях определяется по формулам:

96

1\де р н — абсолютная плотность измеряемого газа при нормаль­ ных условиях, кг/м3; ptT— абсолютная плотность измеряемого газа при стандартных условиях, кг/м3.

Лабораторный пикнометр (рис. 35, а) представляет собой стеклянный сосуд 1 шаровой формы вместимостью 130—150 см3, объем и масса которого измеряются с высокой точностью. В со­ суд впаяны две стеклянные трубки 2 и 5, снабженные хорошо пришлифованными пробковыми кранами 3 и 4. Трубки 2 и 5

газа пикнометр заполняется осушенным воздухом при фактиче­ ском атмосферном давлении и взвешивается с этим воздухом на аналитических весах с точностью до 0,0002 г. После этого пикнометр через трубки 2 и 5 продувается измеряемым газом, заполняется им при атмосферном давлении и взвешивается на аналитических весах с точностью до 0,0002 г. Абсолютная и относительная плотность газа определяются по формулам

(141)(143).

Значения плотности сухого воздуха и дистиллированной во­ ды, служащей для определения измерительного объема пик­ нометра, приведены в табл. 12 и 13.

Погрешность определения плотности газа пикнометрическим методом не превышает 0,003—0,005 кг/м3, что составляет 0,5%.

Измерительный объем определяется путем взвешивания на

где V — объем пикнометра, см3; GH— масса пикнометра с ди­ стиллированной водой, г; GB— масса пикнометра с сухим воз­ духом, г; рд— плотность дистиллированной воды при темпера­ туре измерения (табл. 13), г/см3; рв — плотность сухого воз­

духа при температуре измерения и барометрическом давлении (табл. 12), г/см3.

Лабораторный измеритель плотности газа по времени исте­ чения через калиброванный дроссель (эффузиометр). В основу измерения плотности газа с помощью рассматриваемого при­ бора положен закон Грэма, сущность которого заключается в том, что плотности двух газов, которые при одинаковых ус­ ловиях (одинаковые объемы, температура и давления) исте-

а — лабораторный для определения абсолютной плотности газа; б — для определения относительной плотности газа.

кают через калиброванное отверстие дросселя в атмосферу, относятся как квадраты времени их истечения.

Если газ известной плотности р2 вытекает через калибро­ ванное отверстие дросселя в атмосферу из сосуда известного объема при заданном давлении и температуре за время t2,

аизмеряемый газ с плотностью pi вытекает из того же сосуда

ичерез то же отверстие за время tu то

Если в качестве известного газа выбрать воздух, плотность которого можно принять за единицу, то относительная плот­ ность измеряемого газа определяется по формуле

Схема прибора для определения относительной плотности газа, называемого эффузиометром, приведена на рис. 35, б. В стеклянном прозрачном цилиндре 2 расположен внутренний стеклянный цилиндр 1 с двумя рисками 9 и 10. Во внутренний цилиндр 1 герметично подведены трубки: входная 4 и выход­ ная 5. Трубка 4 снабжена краном 3, я трубка 5 имеет треххо-

98

в атмосферу (при продувке), либо через калиброванное отвер­ стие дросселя 7 (при измерении). Цилиндр 2 заполняется ди­ стиллированной водой, уровень которой в исходном положении несколько выше верхней риски 9.

Прибор работает следующим образом. Через трубку 4 при закрытом кране 6 внутренний цилиндр 1 заполняется воздухом до тех пор, пока уровень вытесненной из него воды не опу-

,5

Стйтся ниже риски 1 0 . После этого переключением крана 6 обеспечивают сброс воздуха из цилиндра 1 в атмосферу через калиброванное отверстие дросселя 7 и по секундомеру опреде­ ляют время t2 движения уровня воды во внутреннем цилиндре 1 от нижней риски 10 до верхней 9. При этом контролируется температура воздуха в цилиндре 2 с помощью термометра 8 , а также измеряется атмосферное давление.

После определения времени истечения воздуха цилиндр 1 продувается измеряемым газом через трубки 4 и 5 до полного очищения его от воздуха и аналогично определяется время ис­ течения измеряемого газа t\ при тех же условиях. По формуле (146) рассчитывается относительная плотность измеряемого газа, а по формуле (142) — абсолютная плотность рн.

В качестве примера рассчитаем относительную и абсолют­ ную плотность измеряемого газа при использовании рассмот­ ренного прибора для следующих данных. Время истечения воз­

Относительную плотность измеряемого газа по воздуху рас­ считаем по формуле (146):

р = г?ср/ ^ ср = (96,5)2/ (120,5)2 = 9 312,25/14520,25 = 0,6413.

Абсолютное значение плотности измеряемого газа рн при нормальных условиях определим по формуле (142):

Преобразователи и измерители плотности газа в рабочих условиях. Природный газ является сжимаемой средой, плот­ ность которого определяется выражением

Как видно из этого выражения, для определения плотности газа в рабочих условиях необходимо раздельное измерение плотности при нормальных условиях рн, давления рх, темпера­ туры Т и коэффициента сжимаемости Z. Автоматизация про­ цесса вычисления плотности газа по формуле (147) связана с техническими трудностями и с потерей точности измерения.

Измерение плотности газа в рабочих условиях может быть

100