Особенности выбора расходомера (стр. 4 из 7)

Недостатки: сложность устройства для автоматического поддержания заданной разности температур и постоянного расхода электроэнергии на нагрев потока.

2.4.3 Вихревые расходомеры

В настоящее время разработаны и имеют весьма широкие перспективы применения вихревые расходомеры, принцип действия которых основан на зависимости от расхода частоты колебаний давления среды, возникающих в потоке в процессе вихреобразования.

Измерительный преобразователь вихревого расходомера (рис. VIII.19) представляет собой завихритель 1, вмонтированный в трубопровод, с помощью которого поток, завихряется (закручивается) и поступает в патрубок 2. На выходе из патрубка в расширяющейся области 4 установлен пьезометрический преобразователь 3, воспринимающий и преобразующий вихревые колебания потока (для которых имеет силу зависимость:

,

где

частота пульсаций на преобразователе, -константа Строухала, диаметр лицевой, относительно потока, части препятствия, скорость потока) в электрический сигнал (переменное напряжение), который далее приводится к нормализованному виду, отвечающему требованиям ГСП.

Завихрения потока формируются таким образом, что внутренняя область вихря - ядро, поступая в патрубок 2, совершает только вращательное движение. На выходе же из патрубка в расширяющуюся область 4 ядро теряет устойчивость и начинает асимметрично вращаться вокруг оси патрубка.

Достоинства: широкий диапазон температур, возможность использования практически на любых средах.

Недостатки: чувствительность к влиянию внешних помех (вибрации), ненулевая шкала.

2.5 Акустические расходомеры

Для измерения расходов загрязненных, агрессивных и быстро-кристаллизующихся жидкостей и пульп, а также потоков, в которых возможны большие изменения (пульсации) расходов и даже изменения направления движения, когда не могут быть применены другие виды расходомеров, используются расходомеры акустические, чаще всего ультразвуковые (частота звуковых колебаний более 20 кГц).

В основном используют два метода. Один метод основан на измерении разности фазовых сдвигов двух ультразвуковых колебаний, направленных по потоку и против него (фазовые расходомеры).

Другой метод основан на измерении разности частот повторения коротких импульсов или пакетов ультразвуковых колебаний, направленных одновременно по потоку и против него (частотные расходомеры).

2.6 Фазовые расходомеры

Если колебания распространяются в направлении скорости потока, то они проходят расстояние L за время

где а — скорость звука в данной среде; V — скорость потока. При распространении колебаний против скорости потока время

Отношение

весьма мало по сравнению с единицей (для жидкостей скорость звука 1000...1500 м/с; V = 3...4 м/с), поэтому с большой степенью точности можно принять

В фазовых расходомерах фиксируется разность времени

На поверхности трубопровода расположены два пьезоэлектрических элемента 1 и 2. Пьезоэлемент 1 механическим переключателем 3 подключен к генератору высокочастотных синусоидальных электрических колебаний. Пьезоэлемент преобразует электрические колебания в ультразвуковые, которые направляются в контролируемую среду через стенки трубопровода. Пьезоэлемент 2 воспринимает ультразвуковые колебания, прошедшие в жидкости расстояние L, и преобразует их в выходные электрические колебания.

Наличие в схеме механического переключателя ограничивает возможность измерения быстро меняющихся расходов вследствие небольшой частоты переключений (порядка 10 Гц). Это можно исключить, если в трубопроводе установить две пары пьезоэлементов так, чтобы в одной паре излучатель непрерывно создавал колебания, направленные по потоку, а в другой — против потока. В таком расходомере на фазометр будут непрерывно поступать два синусоидальных колебания, фазовый сдвиг между которыми пропорционален скорости потока.

2.6.1 Частотно-пакетные расходомеры

Принцип действия этих расходомеров основан на измерении частот импульсно-модулированных ультразвуковых колебаний, направляемых одновременно по потоку жидкости и против него.

Генераторы Г создают синусоидальные колебания высокой частоты (10 МГц) и подают их через модуляторы М на излучающие пьезоэлементы П1 и ПЗ. Пьезоэлемент П1 создает направленные ультразвуковые излучения (с частотой 10 МГц), которые воспринимаются пьезоэлементом П2.

При неподвижной жидкости время распространения излучений при расстоянии L между пьезоэлементами

.

Если жидкость перемещается по трубе со скоростью V, то составляющая скорости в направлении движения ультразвуковых колебаний равна

, следовательно, время перемещения колебаний между пьезоэлементами П1 и П2 по потоку жидкости

Соответственно время перемещения колебаний между пьезоэлементами ПЗ и П4 против направления потока

.

Модулятор совместно с двумя пьезоэлементами и усилителем-преобразователем УП включены в схему периодического модулирования. Как только первые колебания, поступающие на приемные пьезоэлементы П2 и П4, достигнут модуляторов, работающих в триггерном режиме, произойдет отключение генераторов от пьезоэлементов П1 и ПЗ, и излучение ультразвуковых колебаний прекращается. Оно возобновляется в те моменты, когда последние ультразвуковые колебания первых пакетов достигнут приемных пьезопреобразователей и генерация последних электрических колебаний прекратится. В эти моменты модуляторы вновь пропускают электрические колебания от генератора к приемным пьезоэлементам и процесс повторяется. Частота модулирования сигналов зависит от скорости потока и направления ультразвуковых колебаний (по потоку или против него).

Разность частот, определяемая пересчетной схемой ПС, пропорциональна скорости движения жидкости:

Разность

регистрируется прибором РП.

По значению

определяют скорость потока и объёмный расход:

,

где

коэффициент, учитывающий различия в усреднении скорости по площади сечения трубопровода; внутренний диаметр трубопровода.

Разность частот прямо пропорциональна скорости и не зависит от скорости распространения звука в среде. Это является преимуществом частотного метода, так как исключается воздействие физических параметров среды (плотность, температура) на показания прибора.

Достоинства: относительно высокая точность (

); широкий диапазон рабочих температур ( от -200ºС до +600ºС); возможность измерять быстропеременные (пульсирующие) расходы; для замены и обслуживания не требуется разгерметизации оборудования (исполнение с накладными датчиками); бесконтактность измерений; отсутствие движущихся частей в потоке; отсутствие потерь давления в трубопроводах; нет влияния физических факторов среды на показания прибора (плотность, температур и др.) при частотном методе; широкий диапазон диаметров трубопроводов (от 6 мм до 6500 мм); широчайший диапазон измерения величины расхода (0,001 2985000 м³/ч).

Недостатки: зависимость точности измерений от качества стенок трубопровода.

2.7 Напорные устройства

Напорные устройства- устройства, создающие перепад давления, зависящий от динамического давления потока (скорости). Используются для измерения скорости потока, а также расходов жидкостей и газов (редко).

Принцип действия основан на помещении в трубопровод Г-образной трубки (трубка Пито), направленной изгибом на поток. Трубка воспринимает полное давление в трубопроводе равного сумме динамического, зависимого от скорости потока, и статического давления трубопровода. Чтобы измерять скорость или расход, помимо трубки Пито необходимо установить в трубопроводе ещё одну трубку для отбора статического давления, а так же ввести поправочныё коэффициент. Давление в трубке Пито выражается по следующей формуле: