Ультразвуковой расходомер

   В процессе эксплуатации эти показатели изменяются. Изменения обусловлены  износом деталей, их деформацией, накоплением  в аппаратуре продуктов износа и  загрязнений и др. Интенсивность  изменения номинальных параметров работы топливной аппаратуры зависит  от условий ее эксплуатации, качества изготовления и ремонта деталей, зазоров в сопряжениях, качества смазки, наличия на трущихся поверхностях продуктов загрязнений и износа.

   При диагностировании топливной аппаратуры могут быть использованы следующие  наиболее распространенные диагностические  параметры, характеризующие общее  техническое состояние аппаратуры:

1. мощность, развиваемая двигателем;
2. часовой и удельный расход топлива;
3. дымность выхлопных газов;
4. шум, вибрация, стуки;
5. течь топлива;
6. равномерность нагрева форсунок;
7. угол опережения подачи топлива в цилиндры;
8. герметичность линий высокого и низкого давлений;
9. давление топлива на входе в топливный насос, давление топлива в линии нагнетания подкачивающим насосом;
10. давление впрыскивания и качество распыливания топлива форсункой;
11. максимальное давление, развиваемое насосными секциями;
12. параметры процесса топливоподачи (измеряются с помощью датчика, устанавливаемого в линию высокого давления).

   Для диагностирования системы питания  как карбюраторного, так и дизельного двигателей используется специальное  контрольно-диагностическое оборудование.

   Диагностирование  общего технического состояния системы  питания производится с помощью  оценки расхода топлива при заданной нагрузке и составу отработавших газов.

1.3  Методы измерения расхода жидкости и их анализ.

Датчики для определения расхода жидкости.

   Измерение расхода и массы  веществ  (жидких,  газообразных,  сыпучих, твердых, паров и т. п.) широко применяется как в товароучетных  и отчетных операциях, так и при контроле, регулировании и управлении  технологическими процессами. 

   Расход  вещества - это масса или объем вещества,  проходящего через данное сечение канала  средства  измерения расхода в единицу времени.  В зависимости от того, в каких единицах измеряется расход, различают объемный расход или массовый расход. Объемный расход измеряется в м3/с (м3/ч и т.д.), а массовый - в кг/с (кг/ч, т/ч и т. д.).

   Расход  вещества  измеряется  с  помощью  расходомеров,  представляющих собой  средства  измерений  или  измерительные   приборы   расхода.   Многие расходомеры  предназначены  не  только  для  измерения  расхода,  но  и  для измерения массы  или объема вещества, проходящего  через средство измерения  в течение  любого, произвольно взятого промежутка времени. В  этом  случае  они  называются расходомерами со счетчиками  или  просто  счетчиками.  Масса  или объем вещества, прошедшего через  счетчик,  определяется  по  разности  двух последовательных   во   времени   показаний   отсчетного   устройства    или интегратора.  Расходомеры по принципу действия разделяются  на  следующие  основные  группы:   переменного   перепада давления;  обтекания  -  постоянного  перепада   давления;  тахометрические; электромагнитные;  переменного  уровня;  тепловые;  вихревые;  акустические.

   Кроме того, известны расходомеры, основанные на других  принципах  действия: резонансные, оптические, ионизационные, меточные и  др. Однако многие из  них находятся  в стадии разработки и широкого применения пока не получили.

   Одним из наиболее распространенных средств  измерений расхода жидкостей  и  газов  (паров),  протекающих  по  трубопроводам,   являются   расходомеры переменного  перепада  давления,   состоящие   из   стандартного   сужающего устройства,  дифманометра,  приборов  для измерения параметров   среды   и соединительных линий. В  комплект  расходомерного  устройства  также входят прямые участки трубопроводов до и после сужающего устройства  с местными сопротивлениями.

   Сужающее  устройство расходомера является    первичным    измерительным  преобразователем расхода, в котором  в  результате  сужения  сечения  потока измеряемой среды (жидкости,  газа,  пара)  образуется  перепад    (разность) давления, зависящий от расхода.  В  качестве  стандартных  (нормализованных) сужающих устройств применяются измерительные     диафрагмы,   сопла,  сопла Вентури и трубы Вентури.  В качестве  измерительных приборов  применяются

различные  дифференциальные    манометры, снабженные показывающими, записывающими, интегрирующими, сигнализирующими  и другими устройствами,  обеспечивающими  выдачу  измерительной  информации  о расходе в соответствующей  форме и виде.

   Измерительная диафрагма представляет собой  диск,  установленный  так, что центр  его лежит  на  оси  трубопровода.  При  протекании потока жидкости или  газа (пара) в  трубопроводе  с  диафрагмой  сужение  его начинается до диафрагмы. На некотором расстоянии за ней  под  действием  сил  инерции  поток  сужается  до  минимального  сечения,  а   далее   постепенно расширяется  до полного сечения трубопровода. Перед диафрагмой  и  после  нее образуются зоны завихрения. Давление струи около стенки вначале возрастает  из-за подпора перед диафрагмой. За диафрагмой оно  снижается  до  минимума,  затем снова повышается, но не достигает  прежнего  значения,  так  как  вследствие трения и  завихрений происходит потеря давления.

   Таким образом, часть потенциальной энергии  давления потока переходит в кинетическую. В  результате  средняя  скорость  потока  в  суженном  сечении повышается,  а  статическое  давление  в  этом  сечении  становится   меньше статического давления перед сужающим  устройством.  Разность  этих  давлений (перепад давления)  служит  мерой расхода   протекающей   через   сужающее устройство жидкости, газа или пара.

   Принцип  действия  расходомеров  обтекания  основан   на   зависимости перемещения тела,  находящегося  в  потоке  и  воспринимающего  динамическое давление   обтекающего   его   потока,   от   расхода    вещества.    Широко распространенными расходомерами обтекания являются  расходомеры  постоянного перепада давления - ротаметры, поплавковые и поршневые.  Принцип действия расходомеров  постоянного  перепада  давления  основан  на  зависимости   от расхода вещества вертикального перемещения тела - поплавка,  находящегося  в потоке и изменяющего при этом площадь  проходного  отверстия  прибора  таким образом, что перепад давления по обе стороны поплавка остается постоянным.

   В некоторых расходомерах обтекания, называемых расходомерами обтекания компенсационного типа, перемещение тела обтекания  измеряется  по  величине давления,  создающего  усилие,  приложенное  к   телу   и   уравновешивающее динамическое давление потока на него.

   Расходомеры постоянного перепада давления -  ротаметры применяются для  измерения  расходов  однородных  потоков  чистых  и   слабозагрязненных жидкостей и газов, протекающих по  трубопроводам  и  не  подверженных значительным колебаниям. Особенно широко они используются в  винодельческом, спиртовом, ликерно-водочном и других производствах. Ротаметр представляет собой длинную коническую трубку,  располагаемую вертикально, вдоль которой под действием  движущегося  снизу  вверх  потока  перемещается поплавок. Поплавок  перемещается  до  тех пор,  пока  площадь кольцевого отверстия между поплавком  и  внутренней  поверхностью  конусной  трубки  не достигнет такого размера, при котором  перепад  давления  по  обе  стороны поплавка не станет равным расчетному. При этом действующие на поплавок  силы уравновешиваются, а поплавок устанавливается на высоте, соответствующей определенному значению расхода.

   Поплавковый расходомер постоянного  перепада  давления  состоит из поплавка и  конического  седла,  расположенных  в корпусе прибора. Коническое  седло выполняет  ту  же  роль,  что  и  коническая  трубка   ротаметра.   Различие заключается в том, что длина и диаметр седла примерно равны, а у  ротаметров длина конической трубки значительно больше ее диаметра.

   Тахометрические расходомеры широко  применяются  практически  во   всех отраслях  пищевой   промышленности.   Принцип   их   действия   основан   на использовании  зависимостей   скорости   движения   тел - чувствительных элементов, помещаемых в поток, от расхода  веществ,  протекающих  через  эти расходомеры.   Известно   большое   число   разновидностей   тахометрических расходомеров, однако в практике для измерения  расхода  самых  разнообразных жидкостей и газов широко  распространены  турбинные,  шариковые  и  камерные расходомеры.

   Камерные  тахометрические расходомеры представляют собой несколько подвижных  элементов,  отмеривающих  или  отсекающих  при   своем   движении определенные объемы жидкости или  газа.  Существует  большое  число  конструкций,  камерных  расходомеров жидкостей и газов.

   Выпускаются счетчики,  обеспечивающие  измерение  в диапазоне от 0,8 до 36 м3/ч. Диаметры условных проходов  15—  SO  мм;  класс точности 0,5; 1,0.

   Расходомеры переменного уровня применяются для измерения расхода загрязненных  жидкостей, известкового молока, диффузионного сока,  сусла-самотека  и  т.  п.  Принцип действия приборов  основан  на  зависимости  уровня  жидкости  в  сосуде  от расхода при свободном истечении ее через калиброванное  отверстие  (щель)  в дне или боковой стенке.

   Щелевые расходомеры хорошо зарекомендовали  себя при  измерении  сильно загрязненных и быстро  кристаллизующихся  жидкостей  и  растворов.  Диапазон измерения 0,1 - 50  м3/ч;  основная  погрешность устройства  в комплекте со вторичным прибором ±3,5%.

   Тепловые  расходомеры могут    применяться    при  измерении  небольших расходов практически любых сред при различных  их  параметрах.  Кроме  того, они весьма    перспективны   для измерения расхода очень  вязких  материалов. Принцип  действия  их основан на использовании зависимости  эффекта  теплового  воздействия  на поток вещества от массового расхода этого вещества.

   Тепловые  расходомеры могут выполняться  по трем основным принципиальным схемам:

1. калориметрические, основанные на нагреве или охлаждении  потока  посторонним источником энергии, создающим в потоке разность температур;
2. теплового слоя, основанные на создании разности температур с двух сторон пограничного слоя;
3. термоанемометрические, в которых используется зависимость между количеством теплоты, теряемой  непрерывно  нагреваемым телом,  помещенным  в поток,  и массовым расходом вещества.

   Для измерения расхода топлива чаще всего используются датчики.    

   Датчики расхода необходимы для оптимальной  реализации основных функций управления двигателем. Современные двигатели  оснащаются в основном датчиками  для непосредственного измерения  массы всасываемого в цилиндры воздуха. Выходной сигнал таких датчиков аналоговый (0...4 В) или частотный.

   Помимо  измерения массы поступающего в  двигатель воздуха датчики расхода  уже сегодня находят применение в следующих случаях:

1. При определении расхода топлива для информационной системы. Расход определяется по разности между количеством топлива, поступившим в рампу форсунок и возвращенным в бак.
2. При определении расхода газа через клапан рециркуляции выхлопных газов (EGR). При определенных условиях выхлопные газы через клапан EGR охлаждают камеру сгорания, что понижает содержание NOx в выхлопе. Контроль за расходом газа через клапан — один из способов проверки правильности его функционирования.
3. При определении расхода дополнительного воздуха в каталитическом нейтрализаторе. В некоторых типах нейтрализаторов для минимизации токсичных веществ СО и СН применяется подача дополнительного воздуха при прогреве двигателя, когда рабочая смесь богатая. Исправность насоса контролируется по расходу воздуха. Непосредственный контроль над составом выхлопных газов не применяется из-за высокой стоимости измерительного оборудования.

   Датчики расхода имеют принцип действия, основанный на измерении одного из следующих параметров: угла отклонения парусной заслонки или скорости вращения турбины, находящихся в потоке среды (жидкости или газа); частоты вращения вихревых потоков за рассекателем; падения давления среды после  прохождения ею препятствия (дросселя); изменения температуры находящегося в потоке среды нагретого тела.

Расходомеры и массметры

   По  виду выдаваемой информации датчики  расхода жидкостей и газов  подразделяют на две группы — на расходомеры и массметры.

   Если  расход жидкости или газа (например, воздуха) определяется по объему пропущенной  среды, то датчик называется объемным расходомером. К таким датчикам относятся  расходомеры воздуха для автомобильных  систем впрыска бензина.

   В свою очередь расходомеры воздуха  подразделяются на механические —  с круглым плавающим ротаметром; потенциометрические — с парусной измерительной заслонкой; вихревые (датчики Кармана) — с рассекателем воздушного потока, выполняющего функцию  генератора воздушных завихрений, частота  или вариации давления в которых  несут информацию об объеме пропущенного воздуха.