От EGR до расходомера воздуха

Расходомер воздуха

Одна из ключевых функций в процессе образования горючей смеси возложена на расходомер воздуха (электромагнитный расходомер).

Так как воздух поступает в двигатель в составе топливно-воздушной смеси, для корректной работы двигателя требуется точная информация о количестве (расходе) всасываемого воздуха. В бензиновом двигателе масса воздуха в основном используется для расчёта бензина, которое впрыскивают форсунки. Информация о массе воздуха используется как в бензиновых, так и в дизельных двигателях для управления клапаном рециркуляции отработавших газов.

Датчик, который измеряет количество воздуха, потребляемого двигателем, — расходомер воздуха. С помощью расходомера воздуха система управления двигателем рассчитывает массу всасываемого воздуха.

Подробнее о задачах расходомера

Как известно, горение не может происходить в бескислородной среде. Это правило не распространяется на некоторые горючие вещества, как-то порох, который может гореть даже под водой. Бензин же без поступления воздуха гореть не будет. На одну массовую долю топлива должно приходиться несколько массовых долей воздуха. Оптимальным соотношением топлива к воздуху является 1:14,7 . Если изменить эти пропорции, или потеряем мощность, или получим грязный выхлоп. К слову, по этой причине полное название вышеупомянутого устройства звучит не иначе «Датчик массового расхода воздуха».

При нажатии на педаль газа вы регулируете как раз работу расходомера. Когда подается больше воздуха, подается и соответственно больше топлива, что приводит к увеличению оборотов. Точно отлаженный датчик расхода гарантирует уменьшение потребления топлива, чистоту выхлопа и легкий набор скорости.

Измерение расхода

Среда с однородной плотностью р протекает через трубопровод постоянной площадью по­перечного сечения А со скоростью, которая, в основном, является постоянной во всех точках поперечного сечения трубы (турбу­лентный поток). Результирующие условия определяются как:

объемный расход Q_v= v·A

Если в трубопроводе установить измеритель­ную шайбу, сжимающую поток, то, в соот­ветствии с уравнением Бернулли, возникает перепад давления Δр, связывающий массу и объем расхода:

Измерительные шайбы позволяют отслежи­вать расход в относительном диапазоне 1:10; шайбы переменного сечения позволяют это делать в значительно большем диапазоне со­отношений.

Объемные расходомеры

В соответствии с принципом траектории вихря Кармана, завихрения воздушного по­тока периодично появляются позади пре­пятствия на постоянном расстоянии. На пе­риферии (стенки трубы или канала) частота завихрений пропорциональна расходу:

Недостаток: пульсация потока может быть результатом ошибок измерения.

Ультразвуковая процедура измерения рас­хода может быть использована для опреде­ления времени t прохождения акустической волны через измеряемую среду, например, воздух, под углом а (рис. «Ультрозвуковое измерение расхода воздуха» ). Одно измере­ние выполняется навстречу потоку, второе — по направлению потока на одном и том же участке длиной l. Разница между отрезками времени прохождения пропорциональна объ­емному расходу.

Расходомеры в виде трубок Пито

Вращающаяся створка поворачивается на определенный угол в зависимости от рас­хода на участке переменного сечения, раз­мер которого зависит от расхода. С помощью потенциометра можно контролировать по­ложение створки для определения соответ­ствующего расхода (рис. «Расходомер в виде трубок Пито» ). Физическое и электри­ческое устройство расходомера, например, для системы L-Jetronic, должно обеспечивать логарифмическую связь между расходом и выходным сигналом (при очень маленьком расходе колебания напряжения из-за коле­баний расхода существенно выше, чем при большом расходе). Другие типы автомобиль­ных расходомеров воздуха рассчитаны на ли­нейную характеристику (KE-Jetronic). Ошибки при измерениях возникают, когда инерция клапана не позволяет ему отслеживать пуль­сации воздушного потока в условиях полной нагрузки при высокой частоте вращения ко­ленчатого вала.

Датчики массового расхода воздуха

Датчики массового расхода воздуха работают по принципу проволочных или пленочных термоанемометров; они не содержат движу­щихся механических деталей. Замкнутая цепь управления в корпусе датчика поддерживает постоянную разность температур между тон­кой платиновой нитью или тонкопленочным резистором и проходящим воздушным по­током. Ток, необходимый для поддержива­ния этой разницы, обеспечивает довольно точный, хотя и нелинейный, показатель мас­сового расхода воздуха. ЭБУ системы пре­образует сигналы в линейные и выполняет другие задачи по обработке сигнала. Ввиду замкнутой конструкции, этот тип расходо­мера воздуха позволяет отслеживать коле­бания расхода в миллисекундном диапазоне. Однако неспособность датчика распознавать направление потока может привести к не­значительной ошибке в измерении, если во впускном трубопроводе возникает сильная пульсация.

Платиновая проволока в проволочном термоа­немометре (HLM) работает и как нагреватель­ный элемент, и как датчик температуры нагре­вательного элемента (рис. «Электронное управление проволочным термоанемометром» ). Для получения стабильных и надежных характеристик в тече­ние длительной эксплуатации после каждой фазы активной работы (когда зажигание от­ключено) с поверхности нагретой (приблизи­тельно до 1000 °С) проволочной нити должны испаряться все накапливаемые отложения (послесвечение).

В первом пленочном термоанемометре, все еще изготавливаемом по толстопленоч­ной технологии (HFM2), все измерительные элементы и управляющая электроника разме­щаются на одной подложке. В этом варианте нагревательный резистор размещается на зад­ней стороне пластинки-основания, а соответ­ствующий датчик температуры — спереди. Это ведет к некоторому запаздыванию срабаты­вания конструкции. Для уменьшения влияния нагревательного элемента на параметры рези­стора температурной компенсации (R_k), в ке­рамической подложке делают лазерный срез. Для улучшения характеристик используется послесвечение нагревательного элемента.

Исключительно компактные пленочные термоанемометры (HFM5, HFM6) также ра­ботают по принципу нагрева (рис. «Микромеханический пленочный термоанемометр» и «Пленочный термоанемометр HFM5/HFM6″ ). Здесь нагрева­тельный и измерительный резисторы имеют вид тонких слоев платины, осажденной из паровой фазы на кремниевую пластинку, слу­жащую подложкой. Температурная изоляция монтажа достигается установкой кристалла кремния на микромеханически утонченную подложку (подобная концепция использу­ется в диафрагменных датчиках давления). Смежно расположенные датчик температуры подогревателя S_H и датчик температуры воз­духа S_L (на более толстом краю кремниевого кристалла) поддерживают нагревательный резистор Н на постоянном уровне превы­шения температуры. Этот метод отличается от ранее использовавшихся тем, что для по­лучения выходного сигнала не требуется из­мерять ток подогрева. Вместо этого сигнал выводится из разности температур среды (воздуха), замеряемых датчиками S₁ и S₂. Они расположены на пути потока, по ходу его движения и навстречу ему, по обе стороны от нагревательного резистора. Хотя (как и при прежней технологии) характеристика реакции остается нелинейной, тот факт, что начальное значение также указывает на­правление потока, является улучшением по сравнению с прежним методом, где исполь­зовался нагревающий ток.

Из-за маленького размера измеритель­ного элемента этот расходомер является не­полнопоточным, поскольку определяет лишь определенную, очень маленькую часть общего расхода. Постоянство и воспроизводимость коэффициента деления имеют большое влия­ние на точность измерения (рис. «Пленочный термоанемометр характеристическая кривая» ). Однако, поскольку он имеет конструкцию вставного датчика, то в окончательном анализе его калибровка и точ­ность определяются только с привязкой к трубке Вентури или поточному тракту. Впуск и выпуск микромеханического измеритель­ного элемента конструируются и оптимизи­руются таким образом, чтобы более тяжелые частицы, такие как частицы пыли и капельки жидкости, не приближались непосредственно к измерительному элементу, а отводились в сторону от него.

В HFM6 используется такой же элемент, как и в HFM5 при той же базовой конструк­ции. Ключевых различий два:

Расходомеры перепада давления

Принцип действия этого типа расходомеров основан на измерении перепадов давления, которые возникают, когда поток жидкости, газа или пара проходит через шайбу, сопло или другое сужающее устройство. Скорость потока в этом месте меняется, давление возрастает: чем выше скорость потока, тем больший расход.

Преимущества:

• Отсутствие движущихся частей.

• Механические препятствия в сечении: шайба или сопло.
• Малый динамический диапазон измерений.
• Чувствительность к любым осадкам на сужающем устройстве.

Решений для больших трубопроводов на рынке пока крайне мало. Достоверные измерения проведут многозондовые расходомеры.

У зонда может быть один или несколько сенсоров, каждый из которых:

• имеет усиленный чувствительный элемент для абразива или коррозионных газов;
• устойчив к температуре до 450 °С;
• обладает широким динамическим диапазоном измерения до 1:1000.

Расходомеры FCI серии ST102 для больших трубопроводов

Как правильно подобрать расходомер для Вашего применения?

Если перед Вами встала задача по выбору расходомера для своей системы, то Вы вряд ли будете испытывать недостаток предложения. И это неудивительно, ведь технологии измерения расхода постоянно развиваются. Существующие методики постоянно совершенствуются, и периодически появляются новые техники измерения. В настоящий момент на рынке широко представлены вихревые, тахометрические, ультразвуковые, электромагнитные, тепловые, кориолисовые расходомеры, расходомеры переменного перепада давления, расходомеры обтекания. Это уже восемь больших групп приборов. А ведь есть еще специализированные расходомеры (оптические, меточные, концентрационные и т.д.), менее распространенные, но отлично справляющиеся с решением отдельных задач.

Каждый тип расходомеров имеет свои достоинства и особенности применения, которые в одной ситуации позволят с успехом решить Вашу задачу, а в другой – будут приводить к значительным погрешностям измерения расхода. Как не потеряться в разнообразии расходомеров при выборе прибора для Вашей системы? Какие факторы надо принять во внимание перед тем, как совершить покупку? Ниже в статье мы постарались ответить на эти вопросы.

Цена и популярность расходомера – не первостепенные критерии

Практика показывает, что часто используемые критерии выбора расходомеров: цена и популярность. Очень спорные критерии. Если ставить цену во главу угла, то в итоге легко получить расходомер, который либо вообще не подходит для Вашего применения, либо не охватывает всего рабочего диапазона расходов и условий эксплуатации, либо требует значительных затрат на обслуживание. Экономия при покупке в этом случае может обернуться значительными тратами на этапе эксплуатации.

Характерный пример – кориолисовые массовые расходомеры. Цена этих приборов выше, чем для многих других типов расходомеров. При этом кориолисовые расходомеры осуществляют прямое измерение массового расхода рабочей среды. В то время как все объемные расходомеры дают показания расхода при рабочих условиях. И эти показания зачастую необходимо переводить к стандартным условиям. Для чего объемный расходомер должен оснащаться дополнительными датчиками и блоком, осуществляющим пересчет показаний («флоу компьютер»). Кроме того, кориолисовые расходомеры легче обслуживать в процессе эксплуатации, что в итоге будет сокращать время простоя всей системы.

Виды расходомеров

Газовые расходомеры и регуляторы
Жидкостные расходомеры и регуляторы
Измерители и регуляторы давления
Системы смешивания и испарения

С популярностью определенного типа расходомеров тоже не все так просто. Конечно же, важно знать, какие типы расходомеров чаще всего используется в вашей отрасли. Однако простой выбор того, что является наиболее популярным, также может привести к ошибке. Прибору предстоит работать в Вашей системе при Ваших рабочих условиях. Если он не подходит Вам, то показания прибора могут значительно отличаться от реального расхода. Со всеми сопутствующими негативными последствиями. При этом менее известные расходомеры могут обеспечить необходимую Вам точность измерения.

Еще один пример. Новые достижения в области технологий производства расходомеров позволяют выводить на рынок всё более совершенные приборы. Конечно же, сначала эти расходомеры не так хорошо известны, но могут обеспечивать лучшее решение. Например, в прошлом ультразвуковые расходомеры приходилось заново калибровать при замене рабочей жидкости, и их нельзя было использовать в применениях, где требовалось гигиеническое исполнение. В настоящее время появились новые ультразвуковые расходомеры, в которых эти проблемы решены. Это открывает возможность использования ультразвуковых расходомеров для еще более широкого круга задач и применений.

Кориолисовый массовый расходомер miniCORI-FLOW в составе системы дозирования

Ультразвуковой расходомер ES-FLOW малых расходов жидкости

Расходомер – это высокотехнологичное устройство, на работу которого влияет множество параметров. Ниже отмечены самые важные из них. При этом каждое применение уникально и требует индивидуального подхода.

Постановка задачи

С чего же следует начать? Конечно же, с правильной постановки задачи. И в первую очередь необходимо ответить на вопрос: что же предстоит измерять. Ниже приведены данные, которые необходимо собрать, прежде чем приступать к подбору расходомера.

Это основная информация. На более поздних стадиях, в зависимости от типа выбранного расходомера, для корректного подбора могут понадобиться дополнительные данные. А теперь, определившись с задачей, можно приступить к выбору расходомера для ее решения.

Объемный или Массовый расход

В первую очередь вспомним, что существует два основных способа измерения расхода: объемный и массовый (объем или масса среды, проходящие через поперечное сечение трубопровода в единицу времени). Подробно различия между объемным и массовым расходом обсуждаются в статье >>>.

Мера количества газа: масса или объем. Количество молекул (масса) газа в обоих цилиндрах совпадает. Однако объем и давление отличаются в два раза.

Расходомеры можно разделить на две большие группы – расходомеры, измеряющие объемный или массовый расход. Какой расходомер выбрать – зависит от применения, цели измерения и уже использованных в системе компонентов.

Надо отметить, что показания объемных расходомеров определяются рабочими условиями. Так, два объемных расходомера, установленные на одном непрерывном трубопроводе при высоком и низком давлении будут давать кратно отличающиеся показания (в соответствии с изменением давления). Корректное сравнение показаний объемных расходомеров возможно только при приведении их показаний от рабочих условий к единым условиям, например, стандартным условия для газа по ГОСТ 2939-63.

Показания массовых расходомеров в значительно меньше зависят от рабочих условиями. А показания кориолисовых расходомеров практически от них не зависят, поскольку напрямую измеряют массу проходящего вещества. Возвращаясь к примеру из предыдущего абзаца, сравнивать показаний массовых расходомеров можно без дополнительных пересчетов. Сравнение показаний объемных и массовых расходомеров также возможно. Для этого объемный расход необходимо перевести в массовый через плотность среды при рабочих условиях. Или же наоборот, массовый расход перевести в объемный расход при рабочих или стандартных условиях.

Принцип действия расходомера и фазовое состояние измеряемой среды

Второе, на что следует обратить внимание – принципиальная возможность работы расходомера определенного типа с Вашей рабочей средой. Физически принципы, лежащие в основе измерения расхода, и особенности исполнения расходомеров могут накладывать ограничения на их применение. Поэтому немного подробнее остановимся на описании наиболее распространенных сейчас типов расходомеров.

Видно, что при выборе расходомера некоторые типы приборов можно сразу исключить из рассмотрения в связи с тем, что они не смогут работать с Вашей рабочей средой. Например, электромагнитные расходомеры работают только с токопроводящими жидкостями. Многие расходомеры не подходят для измерения расхода газа или суспензии. Ниже для различных фазовых состояний рабочей среды перечислены основные типы применяемых расходомеров:

Спецификация расходомера

Сейчас самое время обратить внимание на технические характеристики расходомеров, которые остались в Вашем списке для рассмотрения. Обязательно обратите внимание на:

Место установки

Выходим на финишную прямую. Для целого ряда расходомеров корректность их работы зависит от правильности установки по месту эксплуатации. Выяснить, возможна ли корректная установка подобранных приборов в Вашу систему, – еще одна задача, которую надо решить при подборе расходомера. Вот некоторые аспекты, которые следует учитывать.

Мы почти закончили, основная часть работы по подбору расходомера выполнена. Осталось определиться с дополнительными опциями конкретной модели расходомера, которую Вы выбрали (способ подключения к трубопроводу, аналоговые и цифровые интерфейсы, варианты питания и управления и т.д.). И теперь точно настало время связаться с поставщиком, чтобы разместить заказ J

При размещении заказа рекомендуем всё же сообщить всю информацию, собранную на этапе постановки задачи. Специалист поставщика сможет проверить корректность подбора. Ведь одна голова хорошо, а две – лучше! Тем более, что всегда существуют исключения, когда с формальной точки зрения расходомер может применяться, но на практике лучшие результаты показывают расходомеры других моделей. Поставщик сможет предложить Вам расходомер, который точно будет работать в Вашей системе.

Расходомеры воздуха и газов

В своих проектах для контроля и измерений потока воздуха и газов мы часто используем расходомеры воздуха и газов E+E Elektronik. Данные измерители расхода, мы поставляем эксклюзивно по соглашению с Полтраф СНГ — официальным представителем E+E в России. ПОКУПАЙТЕ РАСХОДОМЕРЫ Е+Е В МЕРАПРИБОР И ПОЛУЧИТЕ ДОПОЛНИТЕЛЬНУЮ СКИДКУ 5% НА ОБОРУДОВАНИЕ.

Расходомеры воздуха и газов от «МераПрибор»: экономьте средства, исключив утечки и перерасход!

Чем точнее мы измеряем расход ресурсов, тем лучше можем контролировать их использование, а значит больше экономить. Поэтому сбор данных о расходе – важная часть многих технологических процессов в самых разных отраслях. Точная информация о потреблении и расходовании поможет своевременно находить и предотвращать утечки, а также исключить перерасход. Это крайне важно, например, в работе систем сжатого воздуха, для коммерческого учета газа, управления работой вентиляционных систем и систем подачи воздуха в камеры сгорания и котлы.

Для измерения объема и массы газа, проходящего через определенное сечение потока за единицу времени, используют специальные приборы – расходомеры, или преобразователи расхода. В зависимости от задач и особенностей производства они измеряют:

• Воздух
• Азот
• Кислород
• Водород гелий
• Природный газ аргон
• Углекислый газ
• Газовые смеси

Области применения промышленных расходомеров

Промышленные расходомеры предназначены для определения массового расхода рабочего вещества, проходящего через трубопровод. Современные технологии позволяют с высокой точностью учитывать объемы воздуха, пара или различных газов при отпуске в производство, потреблении и хранении. Оперируя правильно измеренными данными, Вы всегда держите ситуацию под контролем и сможете добиваться наилучшей производительности своего предприятия. Список задач, для решения которых требуется проводить измерения расхода достаточно широк.

Измерения углекислого газа (СО2, углекислота, диоксид углерода):

• Химическая отрасль – производство СО2, полимеров, сухого льда, синтетических химических веществ, регулирование реакторных температур,
• Пищевая индустрия – пивзаводы, производство газированных напитков, консервов, заморозка и охлаждение пищевых продуктов, упаковка продуктов, охлаждение грузов при транспортировке, очистка пищевых красителей, увеличение срока годности молочных продуктов, удаление кофеина из кофе,
• Водоочистка/водоподготовка – процессы нейтрализации щелочей, обработка сточных вод,
• Металлургия – смеси газов при сварке, электродуговая сварка, переработка цветных металлов, лазеры,
• Целлюлозно-бумажные комбинаты (ЦБК) – обработка бумажной массы/сырья, изготовление осажденного карбоната кальция PCC, нейтрализация талого масла, регулировка уровня PH в сырье,
• Сельское хозяйство – питомники, овоще- и фруктохранилища, грибные хозяйства, птичники, свинофермы, инкубаторы.

Измерения газовых смесей (сварочные газы, аргон (Ar), Ar/CO2):

• Заводы производители технических газов
• Металлургия – сварка титановых сплавов и других химически активных деталей и нержавеющей стали, выплавка и горячая обработка металлов и сплавов, термическая резка металлов в защитной среде,
• Химическая промышленность – получение сверхчистых веществ,
• Электроника/приборостроение – наполнение газоразрядных ламп.

Измерения азота (N2, нитроген) и кислорода (O2):

• Нефтегазовый комплекс – продувка и очистка систем трубопроводов,
• Горнодобывающая промышленность – коксохимическое производство,
• Металлургия – закалка, отжиг, лазерная резка металла,
• Пищевая индустрия – производство продуктов, консервов,
• Автомобильная промышленность – наполнение шин,
• Металлургия – производство и выплавка сплавов, цветных металлов, автогенная сварка (смесь с ацетиленом),
• Медицина – обогащение газовой смеси в операционных,
• Химическая промышленность – производство азотной кислоты, различных веществ/реагентов,
• Пищевая промышленность – пищевые добавки, упаковочный газ,
• Сельское хозяйство – обогащение водной среды в рыбном хозяйстве, азотные удобрения.

Типы расходомеров

Расходомеры воздуха и газа могут быть стационарными либо мобильными. Существует также комбинированный тип приборов, способных работать как от сети, так и без нее. Преобразователи расхода различаются и по числу обслуживаемых труб и делятся на одноканальные и двухканальные.

По принципу измерений расходомеры воздуха или газа можно разделить на электромагнитные, ультразвуковые, калориметрические, термомассовые и некоторые виды.

Основное преимущество ультразвуковых датчиков расхода воздуха и газа – простота монтажа ввиду возможности их установки без врезки в трубопровод. Они не имеют ограничений по давлению рабочей среды и могут использоваться для контроля расхода газовых сред на трубопроводах практически любого диаметра. Недостатком устройств является существенная погрешность измерений. Но она может быть снижена, если проводить измерение в нескольких плоскостях, учитывая возможность асимметрии потока и используя не однолучевой, а двухлучевой расходомер воздуха и газа.

Электромагнитный принцип измерения основан на том, что в случае движения проводника электрическое напряжение индуцируется в магнитном поле. Его амплитуда пропорциональна скорости движения проводника. Данный способ измерения отличается высокой точностью, оперативностью, сам расходомер такого типа имеет ряд конструктивных преимуществ. В частности, он лишен подвижных элементов и не создает гидродинамического напряжения.

Принцип измерения тепловых расходомеров базируется на зависимости теплоотдачи помещенного в поток элемента от скорости движения этого потока. В свою очередь данный тип приборов можно разделить на калориметрические и термоанемометрические.

Термоанемометрические расходомеры, напротив, измеряют потери теплоты элемента в результате воздействия на него потока. На одном из резистивных элементов конструкции постоянно поддерживается температура несколько выше температуры среды. Так как поток газа охлаждает элемент, для поддержания заданной температуры требуется определенное количество энергии. Зависимость такова: больше скорость потока – больше охлаждается элемент, и значит для его нагрева необходимо больше мощности. На основе затраченной электрической мощности преобразователь определяет соответствующую ей скорость. В некоторых приборах сила тока для нагревания чувствительного элемента остается неизменной, а измерения основаны на изменении сопротивления элемента при разной скорости потока. При этом температуру потока измеряет второй датчик, стоящий ниже в течении.

Как несомненные преимущества тепловых преобразователей расхода можно выделить широкий диапазон измерений, начиная с самых малых скоростей потока, а также прямое измерение массового расхода без компенсации давления и температуры. К тому же тепловые расходомеры не имеют подвижных частей, что делает их более надежными. По принципу монтажа эти приборы могут быть врезными или погружными. В последнем случае возможен монтаж без остановки системы.

Почему «МераПрибор»?

Каждый из типов расходомеров имеет свои преимущества и особенности применения в различных условиях. Наши специалисты разбираются во всех тонкостях использования данного оборудования и подберут оптимальный вариант для Ваших задач. Мы можем взять на себя монтаж и сервисное обслуживание приборов. Мы всегда остаемся на связи и готовы предоставить любую консультацию и бесплатное обучение по работе с расходомерами в удобном для Вас формате. География нашей деятельности – вся Россия и страны СНГ.