Кориолисовы (массовые) расходомеры

Кориолисовы расходомеры, как правило, используют U-образную трубку малого сопротивления в качестве сенсора (датчики расхода) и их работа основана на втором законе Ньютона [9]. Внутри корпуса сенсора находится сенсорная трубка, которая приводится в движение управляющей электромагнитной катушкой, расположенной в центре изгиба трубки, и вибрирует подобно камертону (без каких-либо искривлений в случае отсутствия расхода).

При движении измеряемой среды через сенсор проявляется физическое явление, известное как эффект Кориолиса, воздействующая со стороны жидкости на трубку (рис.11).

Эта сила направлена против движения трубки, приданного ей задающей катушкой. То есть когда трубка движется вверх во время половины ее собственного цикла, то для жидкости, втекающей внутрь, сила Кориолиса направлена вниз. Как только жидкость проходит изгиб трубки, направление силы меняется на противоположное. Таким образом, во входной половине трубки сила, действующая со стороны жидкости, препятствует смещению трубки, а во входной – способствует. Это является причиной того, что сенсорная трубка изгибается. Когда во второй фазе вибрационного цикла трубка движется вниз, направление изгиба меняется на противоположное.

 

Рис.11. Силы действующие на первичный преобразователь кориолисова расходомера.

 

Сила Кориолиса и, следовательно, величина изгиба сенсорной трубки прямо пропорциональны массовому расходу жидкости. Электромагнитные детекторы измеряют фазовый сдвиг при движении противоположных сторон сенсорной трубки.

Когда расхода измеряемой среды нет, то не возникает и изгиб трубки, в результате чего отсутствует временная разница между двумя сигналами детекторов.

Наряду с наиболее распространенной U-образной формой конструкция сенсора может быть также прямотрубной, в форме двойной петли и т.д.

Кориолисовы расходомеры массы (рис.12) вполне подходят для одновременного дозирования и для точных измерений в широком диапазоне расхода.

 

 

Устройство вывода сигнала

Электро-магнитный датчик А

Электро-магнитный датчик В

 

 

 

Вихревые расходомеры

 

Принцип действия вихревых расходомеров основывается на явлении вихревого следа, известного как эффект Кармана [9]. Когда жидкость обтекает тело, поток разделяется и образует завихрения, которые следуют попеременно позади вдоль каждой стороны тела обтекания (рис. 13).

 

Формирование вихрей (высокая скорость, низкое давление)

Тело обтекания

 

Рис.13. Схема вихревого расходомера.

 

Эти вихри являются причиной возникновения зон флуктуации давления, которые улавливаются чувствительным элементом. Частота генерации вихрей прямо пропорциональна скорости жидкости [9].

Выходной сигнал вихревого расходомера зависит от К-фактора. К-фактор–отношение частоты генерируемых вихрей к скорости жидкости.

V=ω/K,

Где V–скорость жидкости, ω-частота вихрей, К-К–фактор.

К-фактор изменяется с числом Рейнольдса, но он фактически постоянен в широком диапазоне. Вихревые расходомеры обеспечивают высокую точность расходов, когда работают внутри этого линейного участка [9].

Вихревой принцип хорош тем, что он позволяет измерять расход жидкости, газа, пара. Однако имеется ограничение для жидкостей. Их вязкость должна быть не более 2сСт.

Известны различные конструкции вихревых приборов, различающихся принципом съема сигнала. Это расходомеры со съемом сигнала по пульсациям давления за телом обтекания, по изгибным напряжениям тела обтекания или специального элемента, С электромагнитным съемом сигнала, с термоанемометрическим принципом съема сигнала, а также с акустическим [9].

 

 

Контроль уровня