Термоанемометрический расходомер воздуха. Принцип действия

Вы можете поделиться статьёй в социальных сетях и мессенджерах:

Термоанемометрический расходомер воздуха (или термально-массовый расходомер; англ. - thermal mass flow meter) — это устройство, служащее для измерения расхода вещества, принцип действия которого основан  на измерении теплосъема сигнала с нагревательного элемента, который при известной теплопроводности среды связан с массовым расходом.

Иногда встречается такая аббревиатура, как ДМРВ или датчик массового расхода воздуха, однако она используется сугубо для обозначения автомобильных датчиков с таким же принципом измерений и не относится к теме нашей статьи.

Несмотря на то, что термоанемометрический расходомер воздуха решает вполне определённые задачи, он не являются наиболее распространённым оборудованием для измерения расхода, в том числе для расхода сжатого воздуха, для чего он в основном и используется. Большая часть производителей расходомеров в основном поставляет другое оборудование - вихревые расходомеры, и их оборот может быть больше в несколько раз.

Как устроен термоанемометрический расходомер воздуха?

Термоанемометрический расходомер воздуха может использовать два типа сенсоров. Принцип работы у обоих типов одинаковый, однако они различаются по своей конструкции.

Принцип измерения расхода вещества основан на использовании двух сенсоров термосопротивления, расположенных в трубопроводе один за другим. На один из них подаётся напряжение, позволяющее нагреть сенсор. Поток воздуха, проходящий через трубопровод, забирает тепло от первого сенсора, понижая его температуру. Второй термодатчик необходим для компенсации остывания, либо для расчёта мощности, затрачиваемой на его подогрев.

По разнице температуры между показаниями двух сенсорами или по вычисленной мощности, необходимой для нагрева и рассчитывается количество вещества, проходящего через трубопровод за единицу времени.

Стоит отметить, что метод компенсации не играет существенной роли в использовании прибора и не влияет на его эксплуатационные качества.

термоанемометрический расходомер воздуха
Сенсоры в виде гильз

В рамках промышленных применений чаще всего такие сенсоры имеют вид двух тонких гильз диаметром в несколько миллиметров, погружаемых непосредственно в поток вещества. Ввиду их хрупкости на рабочей части устройства часто можно увидеть специальную металлическую скобу, защищающую датчики термоанемометрического расходомера воздуха. Данная мера позволяет избежать деформации гильз при не слишком аккуратном монтаже изделия. Поскольку гильзы исполнены из нержавеющей стали, они не боятся влаги, однако данный тип приборов калибруется с поправочным коэффициентом, зависящим от плотности газа. То есть он не предназначен для измерения жидких веществ и работает только в газовых средах: в сжатом воздухе, аргоне, азоте, кислороде, гелии, углекислом газе, а также смесях этих газов.

Второй вариант реализации сенсора некоторым образом похож на датчики скорости потока для обычных вентиляций. Он представляет собой пластину из текстолита (материала, характерного для печатных плат), на которой размещены две дорожки терморезисторов. Часто такие сенсоры также заключаются в защитную скобу.

термоанемометрический расходомер воздуха
Сенсоры на текстолите

Принцип измерения и методы компенсации остаются всё теми же, но это накладывает некоторые ограничения на работу сенсоров. В данном случае нельзя защитить дорожки терморезисторов специальным покрытием, как это делается на обычных печатных платах для сопротивления коррозии и механическим воздействиям. Попадание влаги на такой сенсор быстро приведёт к коррозии и выходу расходомера из строя. Поток воздуха с большим содержанием пыли также негативно скажется на работоспособности устройства, постепенно стирая текстолит.

Такой эффект истирания характерен, например, для шахт метрополитена, где подобные типы датчиков измеряют скорость потока воздуха. Также сенсор часто может корродировать ввиду неправильных условий хранения.

Стоит сказать, что такой принцип измерений применяется не только в термально-массовых расходомерах. Его могут использовать датчики скорости потока, скорости и направления ветра и т.д.

Типы монтажа

Первый тип – погружной термоанемометрический расходомер воздуха.

Такой прибор погружается в трубопровод через т.н. приварной ниппель (который иногда именуют бобышкой). Как правило зонды таких расходомеров оснащаются гайкой с наружной резьбой. Поскольку бобышка имеет внутреннюю резьбу, зонд можно просто вкрутить в неё, что весьма удобно.

Ещё один вариант той же конструкции – установка в приварной ниппель шарового крана, уже в который вкручивается зонд. Для чего это делается? Поскольку в пневмосети всё время имеется избыточное давление (стандартно от 5 до 10 бар), такой метод монтажа позволяет безопасно отправить прибор на обслуживание. Таким образом можно поднять термоанемометрический расходомер воздуха, перекрыть кран и спокойно демонтировать устройство. Многие изделия также оснащаются системой защиты от выталкивания. У разных производителей она может выглядеть по-разному.

термоанемометрический расходомер воздуха

Второй тип монтажа – установка резьбового соединения. В данном случае на трубопровод наносится внешняя резьба, на соединение с расходомером – внутренняя. Тип, подразумевающий расходомер как часть трубопровода, характерен для небольших диаметров труб в диапазоне от 8 до 80 мм.

Ещё одним вариантом подобного монтажа является фланцевое соединение.

Просто удалить прибор в данном случае не получится. Если необходимо снять термоанемометрический расходомер воздуха, вместо него придётся установить имитатор, т.е. трубу, которая закроет участок, отведённый под прибор. Для упрощения демонтажа на трубопроводах иногда делают байпасную линию, ответвляя участок трубопровода и формируя дополнительную линию специально под измерения.

При небольших диаметрах фланцевые и резьбовые термально-массовые расходомеры окажутся более бюджетным решением, однако погружные более универсальны. Большая длина зонда позволит монтировать их на разные трубы в пределах предприятия, что может быть полезно для некоторых задач.

Термоанемометрический расходомер воздуха. Применение

Как средство измерений термоанемометрический расходомер воздуха обычно применяется в промышленности для измерения различных газов и сжатого воздуха.

Данный вид приборов имеет крайне высокую чувствительность и диапазон измерений – от 0.5 м/с до ~ 150 м/с, некоторые производители предлагают от 0.3 м/с и до 200 м/с.

Нижние границы диапазонов говорят о том, что данное устройство способно проводить измерения при практически нулевом потоке, что актуально, т.к. расход вещества на предприятиях не всегда бывает большим.

Термально-массовые расходомеры или датчики скорости потока, использующие идентичную технологию измерений, применяются в системах ОВК т.н. чистых комнат при сборе электроники, где необходимо строжайшее соблюдение показателей качества воздуха, кол-ва пыли, влажности и т.д.

термоанемометрический расходомер воздуха
Современная чистая комната

Производители чистых комнат есть и в нашей стране, и они используют подобное оборудование.

Но наиболее традиционное (и часто встречающееся) применение термоанемометрических расходомеров воздуха – это пневмолинии.

Что представляет собой пневмолиния? Область производства (supply side) состоит из компрессора, коих есть большое число разновидностей (ротационные, винтовые, поршневые и т.д.), нагнетающего воздух и выдающего в трубу под давлением, и ресивера.

термоанемометрический расходомер воздуха
пневмолиния

При сжатии воздух нагревается, также повышается его влажность. Далее по трубопроводу воздух попадает в ресиверы. Их задача – служить в качестве воздухосборников, сглаживая непредвиденные скачки давления и создавая резерв сжатого воздуха.

После ресивера устанавливается осушитель, абсорбционный или рефрижераторный, забирающий лишнюю влагу. На некоторых предприятиях могут ограничиться сепаратором, в зависимости от того, какой воздух нужен конкретному заводу.

Справка. Содержащаяся в воздухе влага при определённой температуре, т.н. точке росы, начинает конденсироваться. При сжатии воздуха точка росы значительно возрастает, что может привести к заполнению трубопровода жидкостью.

На выходе из осушителя воздух охлаждается вплоть до -100 °C для некоторых систем. Такое охлаждение необходимо для полного удаления влаги. Её содержание в воздухе становится настолько низким, что его необходимо охладить до крайне низких температур, чтобы продолжить процесс осушения.

Разные предприятия осушают воздух в разной степени в зависимости от своих нужд. Например, на конвейерных предприятиях сжатый воздух используется для дорогостоящего зарубежного оборудования, работающего на конвейерной линии. Если воздух будет недостаточно осушен, оно быстро выйдет из строя.

Далее сжатый воздух попадает на магистраль, трубу большого сечения, ведущую в область потребления (domain side), где он распределяется между потребителями.

На пневмолиниях термоанемометрические расходомеры воздуха необходимы для контроля утечек на сложной карте путей трубопроводов. Как правило один расходомер обязательно стоит на выходе в магистраль. Для контроля утечек дополнительные приборы устанавливаются на участках потребителей.

Может показаться, что это не так важно, однако даже малая утечка имеет большой вес, ведь сжатый воздух очень дорогой ресурс, во много раз дороже электричества. Именно поэтому крупные предприятия стремятся инвестировать в обустройство своих пневмолиний.

Также они применяются на водоочистных системах при подаче воздуха в танки.

термоанемометрический расходомер воздуха

Также предприятия часто объявляют тендеры на проведение аудита пневмосистем. При проверке состояния трубопроводов также используются термоанемометрические расходомеры воздуха.

Для проведения пневмоаудита наша компания предлагает продукцию компании VP Instruments.

Стоит отметить, что VP Instruments могут предложить расходомеры со съёмным зондом, что существенно упрощает вопрос ремонта повреждённых зондов.

К тому же устройства данной компании измеряют одновременно несколько показателей – расход, давление и температуру. В будущем компания VP Instruments планирует включить в комплект для пневмоаудита новые функции, такие как измерение точки росы.

Расходомеры VP Instruments

Серия FlowScope, разработанная компанией VP Instruments, делится на три линейки оборудования, для каждой из которых предел скорости вещества составляет 150 м/с.

Линейка In-Line имеет три прибора под диаметры трубопровода 0.5, 1 и 2 дюйма. Для установки изделий в трубопровод с другим диаметром, наша компания предлагает расходомер вместе с комплектом трубопроводов-переходников с нужным заказчику присоединением.

Расходомер сжатого воздуха и газов
Расходомер сжатого воздуха VPFlowScope In-line встраиваемый

Линейка Probe представляет собой погружные приборы. Имеются два изделия с длиной зонда 400 и 600 мм. Поскольку зонды монтируются с таким расчётом, чтобы сенсор находился посередине трубы, их можно использовать на диаметрах до 700 и 1000 мм соответственно. Стандартно эта линейка работает с давлением в 16 бар, но опционально мы можем поставить изделие с рабочим давлением до 35 бар.

Расходомер сжатого воздуха
Расходомер сжатого воздуха VPFlowScope Probe

Линейка M даёт возможность свободно менять зонд, отделяя его от блока электроники. Здесь используется протокол связи ModBus TCP, что позволяет подключить изделие к локальной сети предприятия. Оснащённый Web-сервером, прибор может транслировать данные о текущем состоянии, параметрах измерений и текущем расходе.

Термально массовый расходомер сжатого воздуха
Модульный расходомер газов и сжатого воздуха VPFlowScope M

При всём вышеперечисленном расходомеры от VP Instruments довольно чувствительны к внешним условиям и имеют рабочую температуру от 0 до 50-60 °C. В случае установки на улице прибору понадобится инструментальный шкаф.

Максимальное давление для линейки M составляет 10 бар.

Приборы серии FlowScope могут поставляться как с дисплеем, так и без него. Последнее эффективно для построения систем автоматики, когда не предполагается, что люди будут напрямую работать с оборудованием.

Термоанемометрические расходомеры воздуха серии Probe и M могут идти в составе набора для пневмоаудита. Такой набор включает в себя кейс, термально-массовый расходомер, блок питания, набор кабелей для подключения к компьютеру, защитная система от срыва расходомера.

Набор для пневмоаудита
Стартовый набор для пневмо-аудита VPFlowScope Starting Kit

Отметим, что при проведении работ по пневмоаудиту с термоанемометрическими расходомерами от VP Instruments не имеет большого значения повышенная влажность или масло в трубопроводе, но если прибор будет установлен длительное время –  придется соблюдать стандарты чистоты воздуха. Подробнее с ними можно ознакомиться, запросив у наших специалистов техническую документацию.

VP Instruments с недавнего времени начали выпускать датчики точки росы, например датчик температуры точки росы VPA.8000. Вы можете найти их в нашем каталоге или обратиться к нашим специалистам по вопросам поставки.

Датчик температуры точки росы VP в трубе
Датчик температуры точки росы VP в трубе

VP VISION представляет собой аналог SCADA-системы, мощный контроллер с продвинутым ПО для подключения различных приборов, служащий для сбора данных и автоматизации учёта сжатого воздуха. Ведь часто подключение сенсоров к системе управления заводом является не лучшим решением.

Учёт сжатого воздуха
Учёт сжатого воздуха и энергоресурсов предприятия VPVision

На данный момент производитель предлагает две версии VP VISION – Basic и Advanced, различающихся количеством аналоговых и цифровых входов.

Расходомеры Борей

Термоанемометрические расходомеры воздуха Борей разработаны нашей компанией и нашли признание у наших заказчиков.

Борей 200 имеет максимальную скорость потока в 90 м/с и алюминиевый корпус. Если Вам необходим корпус из нержавеющей стали, обратитесь к нашим специалистам.

Борей 200 - Расходомер сжатого азота
Борей 200

Рабочие диаметры Борея 200 составляют 8 – 25 мм, что весьма удобно для небольших трубопроводов, например проводящих азот.

Борей 450 и Борей 600 являются погружными термально-массовыми расходомерами. Они имеют большое количество модификаций под различные измеряемые среды (аргон, кислород и т.д.). Возможно организовать поставку данных расходомеров с очисткой для работы с кислородом.

Борей 450 работает с давлением до 16 бар и диаметром до 600 мм, Борей 600 до 40 бар.

Каждое из представленных изделий использует HART протокол - набор коммуникационных стандартов для промышленных сетей.

Борей 450

Борей 600 и 450 предусматривают три типа монтажа – фланцевое соединение, стандартную врезку и монтаж под высокое давление. Последний вариант применим на трубопровордах с давлением порядка 40 бар.

Выбрать необходимые параметры вы можете, скачав опросный лист и заполнив необходимые графы.

Как купить термоанемометрический расходомер воздуха?

Купить термоанемометрические расходомеры воздуха можно, связавшись с нашими специалистами любым удобным Вам способом.

Нажмите на кнопку запроса цены или консультации, чтобы запустить процесс покупки. Также заказать поставку можно, позвонив по телефону +7 (812) 45-40-666, или написав на корпоративную почту info@datchiki.com. Выберите наиболее удобный для себя вариант! Наша компания принимает заказы на оборудование и смежные услуги через любую форму обращения с понедельника по пятницу, с 9.00 до 18.00.

Термоанемометрический расходомер воздуха, как измерительное оборудование, нуждается в периодической поверке и калибровке оборудования. Обращаем внимание, что наша компания предлагает помощь в организации поверки, калибровки и занесения в реестр СИ оборудования для метеорологии по разумным ценам.

Мы поставляем оборудование по всей территории России и стран Таможенного Союза. В этом нам помогают проверенные компании-грузоперевозчики.


Вы можете поделиться статьёй в социальных сетях и мессенджерах:
Появились вопросы?
Спросите опытного эксперта сейчас и получите варианты решения!
О блоге