Ћекции.ќрг


ѕоиск:




 атегории:

јстрономи€
Ѕиологи€
√еографи€
ƒругие €зыки
»нтернет
»нформатика
»стори€
 ультура
Ћитература
Ћогика
ћатематика
ћедицина
ћеханика
ќхрана труда
ѕедагогика
ѕолитика
ѕраво
ѕсихологи€
–елиги€
–иторика
—оциологи€
—порт
—троительство
“ехнологи€
“ранспорт
‘изика
‘илософи€
‘инансы
’ими€
Ёкологи€
Ёкономика
Ёлектроника

 

 

 

 


¬ихревые расходомеры




ѕринцип действи€ большинства современных вихревых расходомеров (BP)

основан на определении частоты следовани€ вихрей дорожки  армана, образую≠щей за стержневым телом обтекани€ (трапецеидальной или дельтовидной фор≠мы), неподвижно расположенным поперек контролируемого потока среды в цен≠тре измерительного сечени€ прибора (рис. 6.10)

ќбразование вихрей за телом обтекани€ вызвано, с одной стороны, резким изменением кривизны его поверхности, привод€щим к изменению скорости дви≠жени€ струй и давлени€ в среде, а с другой - разностью скоростей соседних слоев среды вблизи этой поверхности. ¬ результате тормоз€щего и ускор€ющего дейст≠ви€ слоев возникают сдвиговые напр€жени€, или вращающие моменты сил, кото≠рые формируют вокруг некоторых мгновенных осей вращени€ в движущейс€ сре≠де самосвертывающиес€ вихри и обеспечивают их срыв с кормовых острых кро≠мок тела обтекани€.

¬ихрь представл€ет собой локальный элемент среды, в котором полна€ энер≠ги€ потока преобразуетс€ преимущественно в кинетическую, что в соответствии с законом Ѕернулли приводит к снижению потенциальной энергии среды - стати≠ческого давлени€.

ћестное снижение давлени€ фиксируетс€ сенсором давлени€, например, пье- зоэлементом. ѕьезодатчик преобразует чередующиес€ перепады (пульсации) дав≠лени€ в электрические импульсы, измеренна€ частота / которых при Re > 3800 линейно зависит от скорости U потока:

где Sr - число —трухал€ (коэффициент пропорциональности, близкий к 0,22), в - ширина тела обтекани€. «на€ сечение трубы, по средней скорости среды можно определить ее объемный расход:

–ис. 6.10.  онструкци€ вихревого расходомера

Ќа практике используетс€ уравнение где к - градуировочный, или ка≠либровочный коэффициент (количество импульсов на единицу объема среды).  оэффициент определ€етс€ только параметрами обтекаемого тела и трубопровода и не зависит от удельного веса, в€зкости, давлени€ или температуры измер€емой среды.

“ипова€ конструкци€ BP содержит, как и у расходомеров вышерассмотренных типов, первичный измерительный (ѕѕ) и электронный (Ёѕ) преобразовате≠ли, которые конструктивно выполн€ютс€ в виде единого блока (компактное ис≠полнение) или двух отдельных блоков, соедин€емых кабел€ми св€зи (раздельное исполнение). ѕѕ представл€ет собой измерительный канал - отрезок трубы с фланцами или другим типом присоединени€ к рабочему трубопроводу, внутри которого установлено обтекаемое вихревое тело с сенсором давлени€. —енсор ус≠танавливаетс€, как правило, внутри обтекаемого тела, а местные вихревые изме≠нени€ давлени€ среды передаютс€ на него через защитную боковую поверхность обтекател€. ѕоскольку сенсор изолирован от потока, он не может быть поврежден перегрузками в случае высоких скоростей. ѕитание сенсора, прием и обработку измерительного сигнала от него, накопление измерительных данных и св€зь с ј— ”Ё осуществл€етс€ через Ёѕ.

“ипичные диапазоны измер€емых расходов дл€ BP - от 6 л/мин в трубах диаметром 12 мм до 15 м /мин в трубах диаметром 205 мм. »х основные преиму≠щества - большой измерительный диапазон (30:1) при высокой точности (по≠грешность - 1%) и линейность характеристики расхода. BP не имеют недостатков

диафрагменных расходомеров - зарастани€ отверсти€ диафрагмы и сравнительно

больших потерь давлени€.  роме того, вихревой импульс €вл€етс€ цифровым сигналом, удобным дл€ дальнейшей микропроцессорной обработки.

ѕомимо расходомеров с неподвижным обтекаемым телом, которые состав≠л€ют подавл€ющее большинство имеющихс€ на рынке BP, существуют вихревые струйно-генераторные расходомеры, основанные на эффекте  оанды - попереч≠ном прилипании струи среды, проход€щей через сопло, к противоположным стенкам расшир€ющегос€ канала - диффузора (при этом периодические автоко≠лебани€ струи образуютс€ струйным генератором, частота которого пропорцио≠нальна скорости истечени€ среды из сопла), и расходомеры со спиралеобразным закручиванием потока, или с прецессией воронкообразного вихр€, образующегос€ при пропускании потока через последовательно установленные спиралевидные лопатки и сужение трубы в расшир€ющийс€ корпус - воронку (при этом давление внешней поверхности спиралеобразного вихревого потока пульсирует синхронно с угловой скоростью вращени€ €дра вихр€, пропорциональной линейной скорости потока или объемному расходу).

¬ последние годы в BP помимо способа стержневого образовани€ вихрей  армана, нарушающего симметричность потока, нашел применение при измере≠нии расхода газов принцип кольцевых вихрей, св€занный с установкой в поток коаксиально трубопроводу каплевидного тела обтекани€ с коаксиальным кольцом вокруг него. Ѕлагодар€ тому, что скорость потока вдоль кольца одинакова, дости≠гаетс€ более устойчивое вихреобразование, а значит, увеличиваетс€ возможность расширени€ динамического диапазона измерени€ расхода и повышени€ его точ≠ности.

ƒл€ детектировани€ вихрей помимо преобразователей давлени€ (пьезодатчи- ков) существуют и другие виды сенсоров: механические (неподвижный ферро≠магнитный шарик или мембрана в теле обтекател€ с индуктивным или емкостным преобразованием их перемещени€ под вли€нием двухсторонних перепадов давле≠ни€ в электрический выходной сигнал; диск, установленный в среде за телом об≠текани€, встроенные тензорезисторы которого преобразуют его вихрезависимые механические напр€жени€ в выходной сигнал, и т. п.); температурные (термисто- ры, преобразующие вихревые колебани€ температуры среды в выходной сигнал); ультразвуковые преобразователи скорости (излучатель и приемник ультразвуко≠вых колебаний, обнаруживающие вихревые колебани€ потока) и др.

’арактеристики некоторых распространенных BP отечественного производ≠ства приведены ниже,

„ел€бинский концерн ћетран выпускает счетчик-расходомер —¬ј и преоб-

разователь расхода ћетран-«ќќѕ–. ќни предназначены как дл€ технологических целей, так и дл€ коммерческого учета расхода и количества различных жидко≠стей. ѕринцип действи€ преобразовател€ основан на ультразвуковом детектиро≠вании вихрей, образующихс€ в потоке жидкости при обтекании ею призмы, рас≠положенной поперек потока (рис. 6.11)

–ис. 6.11. ”стройство и принцип действи€ —¬ј и ћетран-«ќќѕ–

 

ѕреобразователь состоит из проточной части и электронного блока. ¬ корпу≠се проточной части расположены тело обтекани€ - призма трапецеидальной фор≠мы (1), пьезоизлучатели ѕ»1, ѕ»2 (2), пьезоприемники ѕѕ1, ѕѕ2 (3) и термо≠датчик (7).

“ело обтекани€ расположено на входе жидкости в проточную часть. ѕри об≠текании тела потоком жидкости за ним образуетс€ вихрева€ дорожка, частота следовани€ вихрей в которой с высокой точностью пропорциональна расходу.

«а телом обтекани€ в корпусе проточной части расположены диаметрально противоположно друг другу две пары стаканчиков, в которых собраны ультразву≠ковые пьезоизлучатели ѕ»1, ѕ»2 и пьезоприемники ѕѕ1, ѕѕ2. Ќа ѕ»1, ѕ»2 от генератора подаетс€ переменное напр€жение, которое преобразуетс€ в ультразву≠ковые колебани€. ѕроход€ через поток, колебани€ в результате взаимодействи€ с вихр€ми модулируютс€ по фазе. Ќа ѕѕ1, ѕѕ2 ультразвуковые колебани€ преоб≠разуютс€ в электрические и подаютс€ на фазовый детектор.

ƒве пары пьезоэлементов "излучатель - приемник" обеспечивают компенса≠цию вли€ни€ помех, возникающих в проточной части. Ќа рис. 6.12. приведен об≠щий вид BP.

–ис. 6.12. √абаритные и установочные размеры BP ћетран-«ќќѕ–

 

јќ «авод —тарорусприбор выпускает расходомеры типов ƒ–≈ћ, –—¬, ис≠пользующие вихревой метод измерени€.

јмериканска€ фирма Armstrong выпускает вихревые расходомеры модели 3050 дл€ пара, газов и жидкостей. ¬ качестве чувствительного элемента исполь≠зуетс€ пьезодатчик, расположенный в полости тела обтекани€.

‘ирма Fisher-Rosemount поставл€ет интеллектуальный BP, имеющий токо≠вый и частотный выходы, а также цифровой интерфейс HART.

јналогичные расходомеры производ€т фирмы Endress & Hauser (модели PROWIRL), Danfoss (модели VORFLO) и р€д других зарубежных и отечествен≠ных изготовителей.

 

6.7. ћассовые кориолисовые расходомеры

ѕринцип работы массовых кориолисовых расходомеров (ћ –) основан на

использовании инерциальной силы  ориолиса, действующей на движущеес€ тело в системе отсчета, котора€ в свою очередь движетс€ с ускорением, в частности,

по криволинейной траектории (вращаетс€ или колеблетс€) относительно другой

системы отсчета, условно прин€той за неподвижную,

¬ современных расходомерах используетс€ кориолисовый эффект, возни≠кающий при движении жидкой среды через чувствительный элемент - металличе≠ские трубки, привод€щиес€ в резонансное колебательное движение электромаг≠нитной системой возбуждени€ первичного преобразовател€ ѕѕ (рис. 6.13).

Ќа рисунке приведена одна из таких конструкций расходомера, содержаща€ две пр€мые упругие титановые измерительные трубки и оптические сенсоры, ко≠торые отслеживают колебани€ каждой трубки в двух точно определенных местах

на ее входе и выходе.

¬ отсутствие среды или ее движени€, когда расход равен нулю, контроли≠руемые точки каждой трубки колеблютс€ в фазе с сигналом возбуждени€ S, и сдвиг фаз сигналов S1 и S2 от сенсоров равен нулю . ѕри течении среды, когда расход отличен от нул€, кориолисова сила FK на входной контролируемой точке противодействует силе возбуждени€ FB и ее ускорению аъ, замедл€€ пере≠мещение входного участка трубки, что приводит к запаздыванию сигнала S1 от≠носительно сигнала возбуждени€ S. Ќа выходном же участке трубки кориолисова сила, наоборот, ускор€ет его перемещение и вызывает опережение сигнала S2 от≠носительно сигнала возбуждени€ S. ¬ результате сдвиг фаз сигналов S1 и S2 от≠личен от нул€ а массовый расход среды пр€мо пропорционален этому сдвигу: где к - коэффициент пропорциональности, завис€щий от кон≠структивных особенностей расходомера. –асходомеры рассмотренной конструк≠ции позвол€ют, кроме того, по изменению резонансной частоты наполненных трубок определ€ть плотность среды (резонансна€ частота падает с ростом плот≠ности).

–ис. 6.13.  онструкци€ массового кориолисового расходомера

 

—овременные ћ – подраздел€ют по форме мерного участка чувствительного элемента на петлевые (U-, S-, J-, W- образные, лабиринтные) и пр€мо трубные по количеству измерительных труб - на одно- и двухтрубные, или сдвоенные (благодар€ наличию двух трубок увеличиваетс€ чувствительность преобразовател€ и снижаетс€ его погрешность). ѕетлевые расходомеры сменили вращающиес€ (петлева€ форма, как и окружность позвол€ет непосредственно реализовать эффект  ориолиса). ƒостоинства таких расходомеров св€заны с уменьшением габаритов и повышением чувствительности при минимизации различных вли€ющих эксплуатационных факторов. ¬месте с тем петлевые (или изогнутые) трубы при деформации и обладают относительно высокой массой, что не позвол€ет использо≠вать высокие частоты возбуждени€ дл€ повышени€ устойчивости расходомеров к внешним процессам вибрации и внутренним дестабилизирующим услови€м дви≠жени€ среды (кавитации).

»змерительные трубки ѕѕ обычно изготавливаютс€ из нержавеющей стали, а дл€ использовани€ при повышенной температуре рабочей среды (более 250∞—) - из сплава Hastelloy. ѕри работе в агрессивных высокотемпературных средах и при повышенных давлени€х примен€ютс€ титан и его сплавы. “итан, кроме того, уменьшает массу измерительных трубок, позвол€ет повысить их резонансную частоту до 600 - 1000 √ц и выйти тем самым из области "промышленного резо≠нанса" (~ 100 √ц).

ѕоследним достижением в области конструировани€ ћ – €вл€ютс€ пр€мот- рубные расходомеры (см. рис. 6.13). ќни лишены недостатков петлевых, позво≠л€ют существенно снизить массу, габариты и энергопотребление первичных пре≠образователей, а в сочетании с титановыми трубками обеспечивают повышенную безопасность и долговечность. ¬ качестве сенсоров съема колебаний в них вместо бесконтактных индуктивных или электродинамических преобразователей пере≠мещени€ стали примен€ть более совершенные, но более дорогие оптические.

ћассовые расходомеры непосредственно (без пересчета через объем и плот≠ность) измер€ют расход массы среды. Ќа результаты измерени€ не вли€ют темпе≠ратура, плотность, давление, в€зкость, электропроводность, длины пр€мых участ≠ков (входного и выходного), профиль потока жидкости, пульсации.

’арактеристики некоторых наиболее распространенных ћ – отечественного и зарубежного производства приведены ниже.

ѕромышленна€ группа ћетран выпускает кориолисовые расходомеры ћет- ран-360, которые €вл€ютс€ результатом совместного производства с компанией Micro Motion. ћ – предусматривают пр€мое измерение температуры, которое используетс€ дл€ электронной компенсации изменений эластичности материала расходомерной трубки при изменении температуры технологической среды.  омпенсаци€ €вл€етс€ одной из функций ћ –, служащих дл€ сохранени€ макси≠мальной точности измерений во всем диапазоне расхода.

ƒатска€ фирма Danfoss поставл€ет дл€ измерени€ расхода различных жидких сред модели массового двухтрубного петлевого (W-образного) расходомера MASS FLO раздельного исполнени€ в составе первичного преобразовател€ и дис≠танционно устанавливаемого электронного преобразовател€, имеющего три токо≠вых (0 - 20, 4 - 20 мј), два частотно-импульсных (0-10 к√ц) и два релейных вы≠хода и позвол€ющего измер€ть массовый расход и общую массу среды, ее плот≠ность, температуру, объемный расход.

‘ирма Endress & Hauser производит дл€ измерени€ массового и объемного расхода плотности и температуры жидких сред расходомер PROM AS S (дл€ труб с номинальным диаметром 2-100 мм). Ёлектронный преобразователь расходомера имеет компактное и дистанционное исполнение, токовый (0 - 20 или 4-20 мј), импульсный и релейный выходы, интерфейсы RS-485, протоколы HART и шину Profibus –ј.

‘ирма Micro Motion группы Fisher - Rosemount выпускает массовые расхо≠домеры пр€мо- и однотрубного исполнени€.

јмериканска€ фирма Honeywell производит интеллектуальный массовый

двухтрубный расходомер  ориолиса SCM компактного и раздельного исполне≠ни€, петлевой и однотрубной серий. Ёлектронный преобразователь расходомера

имеет токовый выход 4 - 20 мј с ртошюм HART, импульсно-частотный и релейный выходы, интерфейс RS-485 с фирменным протоколом TDC 3000.

 





ѕоделитьс€ с друзь€ми:


ƒата добавлени€: 2015-05-07; ћы поможем в написании ваших работ!; просмотров: 1647 | Ќарушение авторских прав


ѕоиск на сайте:

Ћучшие изречени€:

≈сть только один способ избежать критики: ничего не делайте, ничего не говорите и будьте никем. © јристотель
==> читать все изречени€...

1890 - | 1852 -


© 2015-2024 lektsii.org -  онтакты - ѕоследнее добавление

√ен: 0.017 с.