Сравнение при выборе пористых диафрагменных расходомеров и стандартных диафрагменных расходомеров: анализ различий в характеристиках и областей применения 

Расходомер с диафрагмой является наиболее широко применяемым типом расходомеров разности давлений: около 50–60 % приборов для измерения расхода во всем мире относятся к этому типу. Среди них стандартная диафрагма благодаря простоте конструкции, удобству изготовления и низкой стоимости на протяжении длительного времени занимает доминирующее положение. В то же время расходомер с многоотверстной диафрагмой (также называемый балансированным расходомером), как новый тип приборов разности давлений, появившийся в последние годы, значительно отличается от стандартной диафрагмы по конструкции, эксплуатационным характеристикам и сферам применения. Ниже приводится сравнительный анализ, посвящённый принципу действия, основным характеристикам и ключевым моментам при выборе приборов.
I. Конструкция и принцип действия
Стандартная диафрагма имеет конструкцию с одним центральным отверстием; при прохождении жидкости возникают резкие сужения и вихри, что приводит к сильным возмущениям в поле течения. Многоотверстиевая диафрагма, напротив, имеет конструкцию с несколькими симметрично распределенными небольшими отверстиями. Когда жидкость проходит через дроссельные отверстия диска, она уравновешивается и выпрямляется, вихревые потоки сводятся к минимуму, и образуется поток, приближенный к идеальному. Принцип измерения у обоих приборов одинаков: он основан на уравнении Бернулли и заключается в расчете расхода по разнице давлений до и после дроссельного элемента. Однако симметричная многоотверстиевая конструкция многоотверстиевой диафрагмы позволяет выровнять и стабилизировать поток, снижая вихревые потоки, вибрации и шумы сигнала, что значительно повышает стабильность поточного поля.
II. Сравнение основных эксплуатационных показателей
| Критерий сравнения | Расходомер со стандартной диафрагмой | Расходомер с многоотверстиевой диафрагмой |
|—|—|—|
| Требования к прямым участкам трубопровода | 10D–30D перед диафрагмой, после 5D | 3D–5D перед диффузором, 1D–2D после |
| Постоянный перепад давления | Большой (высокое энергопотребление) | Примерно 1/3–1/2 от стандартного диафрагменного расходомера |
| Диапазон измерения | 3:1–5:1 | 10:1 и даже шире |
| Точность измерения | ±1,0 %–1,5 % | ±0,3 %–0,5 % |
| Повторяемость | Средняя | Высокая (стабильный сигнал) |
| Защита от засорения/устойчивость к загрязнению | Плохая, легко забивается, на ней легко образуются отложения | Хорошая, многопористая структура предотвращает засорение |
| Двунаправленное измерение | Не поддерживается | Поддерживается |
| Степень стандартизации | Соответствует стандартам ISO 5167, GB/T 2624, калибровка не требуется | Не относится к стандартным дроссельным устройствам, перед использованием требуется калибровка |
| Долгосрочная стабильность | Острые углы подвержены износу, стабильность низкая | Симметричная конструкция, устойчива к износу, стабильность высокая |
Что касается прямых участков трубопровода, восстановление давления у многопоровой диафрагмы происходит в два раза быстрее, чем у стандартной диафрагмы; длительность прямых участков перед и после диафрагмы обычно составляет всего 3D и 1D соответственно. Что касается потерь давления, симметричная конструкция многопоровой диафрагмы снижает сдвиговые силы турбулентности и образование вихрей, что приводит к значительному снижению потерь давления. Что касается линейности и повторяемости, линейность многоотверстийной диафрагмы в 5–10 раз выше, чем у стандартной диафрагмы, а повторяемость повышена на 54 % и может достигать 0,15 %.
III. Анализ преимуществ и недостатков
Преимущества стандартного диафрагменного расходомера заключаются в простоте конструкции, удобстве изготовления, низкой цене, а также в том, что он относится к стандартным дроссельным устройствам, которые можно использовать сразу после расчетов без необходимости калибровки на реальных потоках. К их недостаткам относятся: необходимость в длинных участках прямой трубы, большие потери давления, узкий диапазон измерения (обычно 3:1–5:1), а также склонность к износу и засорению.
Преимущества многоотверстного диафрагменного расходомера заключаются в следующем: требуются короткие участки прямой трубы, малые потери давления, широкий диапазон измерения, высокая точность, устойчивость к засорению и возможность двунаправленного измерения. К его недостаткам относятся: он не относится к стандартным дроссельным устройствам, поэтому перед использованием требует калибровки; пористая структура приводит к образованию многопоточного течения до и после прохождения жидкости, что может вызывать помехи в зоне низкого давления; в результате длительного воздействия потока каждое отверстие деформируется и изнашивается, причем совокупный эффект может превышать эффект, наблюдаемый при использовании одноотверстийного датчика; цена значительно выше, чем у стандартной диафрагмы.