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?