Калориметрические расходомеры

УЛЬТРАЗВУКОВЫЕ РАСХОДОМЕРЫ

В ряде случаев, в том числе при измерении расхода неэлектропроводящих сред, когда неприменимы индукционные расходомеры, а также при измерении сильно загрязненных и быстрокристаллизующихся сред применяют ультразвуковые расходомеры (f >20 кГц). Они основаны на явлении смещения звуковых колебаний движущейся контролируемой средой.

По принципу действия ультразвуковые расходомеры подразделяются на фазовые и частотные. Первые основаны на измерении фазовых сдвигов двух колебаний, направленных по и против потока. Вторые – на измерении разности частот ультразвуковых колебаний.

В фазовых расходомерах при распространении ультразвуковых колебаний время их прохождения составляет

по направлению потока:

, (4.6.1)

где – расстояние, м;

– скорость звука, м/с;

– скорость потока, м/с;

против потока:

. (4.6.2)

Так как м/с, а м/с, то выражения (4.6.1) и (4.6.2) можно представить:

;

.

Тогда .

Рис. 4.6.1

На поверхности трубопровода устанавливают два пьезоэлемента 1 и 2. Генератор попеременно связан с одним из элементов. Так, при подаче синусоидальных колебаний на пьезоэлемент 1 они воспринимаются элементом 2, откуда колебания поступают в усилитель 4, преобразующий синусоидальные колебания в прямоугольные. Генератор 3 подключен ко второму усилителю 5, с которого также снимаются колебания прямоугольной формы. Сигналы с усилителей 4 и 5 поступают на фазометр 6.

Колебания, поступающие на пьезоэлемент 1 , а от элемента 2: , где – коэффициент затухания.

Здесь .

Сдвиг фаз .

При перемещении переключателя в другое положение сдвиг фаз:

.

Сдвиг фаз измеряется фазометром 6 и запоминается устройством 7. Разность измеряется устройством 8. Выходной сигнал, пропорциональный скорости движения жидкости, в трубопроводе

индицируется на приборе 9.

Из выражения видно, что чувствительность метода возрастает с повышением частоты. Обычно кГц.

Иногда пользуются двумя парами пьезоэлементов, которые устанавливаются по и против потока (рис. 4.6.2).

Ультразвуковой генератор подает колебания на источники И1 и И2, воспринимаемые приемниками П1 и П2. Сигналы поступают на фазовращательное устройство ФУ, а затем на электронный усилитель и показывающее устройство ПУ. В качестве источников колебаний могут использоваться кварцевые или магнитострикционные элементы.

Рис. 4.6.2

Принцип действия так называемых частотных расходомеров заключается в измерении разности частот и колебаний, направленных по направлению и против потока контролируемой жидкости.

Время распространения колебаний:

 

; .

 

Отсюда разность частот: .

Рис. 4.6.3

На рис. 4.6.3 модулятор с двумя преобразователями и усилителем-преобразователем УП включены в схему периодического моделирования. Как только первые импульсы достигнут модуляторов, работающих в триггерном режиме, они запирают генератор.

 

 

Генератор отопрется только после того, как последние импульсы поступят на их вход. Далее процесс повторяется. Частота модулирования зависит от скорости движения жидкости и от направленности импульсов (по или против потока). Разность частот определяется пересчетной схемой (ПС) и регистрируется прибором (РП). Погрешность измерений ± 2 %.

КАЛОРИМЕТРИЧЕСКИЕ РАСХОДОМЕРЫ

Принцип их действия основан на нагревании контролируемой среды (жидкости или газа) посторонним источником и измерении разности температур до и после нагревания.

Применяют приборы, основанные на двух принципах действия:–с постоянным подводом энергии;

–с поддержанием постоянной разности температур.

В первом случае измеряется разность температур, во втором – энергия нагревания.

Как правило, используют приборы, основанные на первом принципе измерения.

Количество тепла, выделяемого при электронагреве:

 

.

 

Рис. 4.7.1

На рис. 4.7.1 показана электрическая схема прибора. Здесь и – постоянные сопротивления, и – термопреобразователи сопротивления.

Погрешность таких приборов составляет ±0,5–1 %. К недостаткам метода следует отнести нелинейность шкалы прибора.

РАСХОДОМЕРЫ ИНЕРЦИОННЫЕ

Инерционные расходомеры позволяют осуществлять измерения многокомпонентных жидких сред, а также имеющих непостоянную плотность. При этом на показания прибора не влияют колебания температуры, давления, вязкости.

Принцип их действия основан на придании контролируемому веществу дополнительного движения от вращательного или колебательного элемента. Чувствительный преобразователь воспринимает воздействие, пропорциональное массовому расходу контролируемой среды.

Момент силы, которая возникает на валу крыльчатки, вращающейся в потоке, пропорционален массовому расходу:

, Н×м,

где – радиусы завихрения при выходе из ротора и входе в него, м;

– абсолютные скорости потока при выходе и входе в ротор;

– углы между векторами абсолютных скоростей и их окружными составляющими.

 

В турбинных расходомерах-счетчиках (рис. 4.8.1) протекающей жидкости придается вращательное движение с помощью крыльчатого ротора от вспомогательного электродвигателя. При этом вектор скорости направлен по оси потока и , так как на ротор двигателя попадает невращающаяся жидкость. При выходе жидкости с ротора окружная скорость

и момент силы

.

 

Рис. 4.8.1

Чувствительным элементом тахометрического шарикового расходомера является шарик, вращающийся под действием потока. При этом частота вращения пропорциональна расходу жидкости.

Жидкость поступает во внутреннюю полость через тангенциальные отверстия. Частота вращения шарика:

,

где – объемный расход, л/ч;

– радиус, на котором расположены входные отверстия, м;

– диаметр входного отверстия, мм;

– число отверстий.

 

Частота вращения шарика определяется по числу его прохождений мимо катушки магнитоиндукционного тахометрического преобразователя с выходным сигналом 0–5 мА.

Они пригодны для измерения расхода жидкостей с твердыми включениями, а также насыщенных газами. Диаметр условного прохода мм. Пределы измерений 2,5–600 м³/ч. Класс точности 1; 1,5 и 2,5.