Расходомеры
Расходомеры используют для измерения количества жидкости или газа, проходящего через единицу площади. Различают объемные и массовые расходы.
Объемные обозначаются Q=Vоб/t, [м3/с]. Массовые обозначаются G=m/t, [кг/с].
S, [м2] – сечение;
Vск, [м/с] – скорость движения.
В общем случае, если известно сечение трубы S, [м2] и Vск, [м/с], то объемный расход: Q= VскS[м/с * м2] = VскS[м3/с].
Приборы, предназначенные для измерения расхода, носят название расходомеры.
Существует большое разнообразие типов и конструкций расходомеров: электромагнитные, вихревые, турбинные, с сужающими устройствами, ультразвуковые и другие. Рассмотрим некоторые из перечисленных расходомеров.
Достаточно широко распространены расходомеры, содержащие сужающие устройства на пути потока, которые создают перепад давления до и после сужающего устройства. Их называют расходомерами с переменным перепадом давления.
На пути потока жидкости или газа устанавливается сужающее устройство, по обе стороны которого имеет место перепад давления ∆Р=Р1 – Р2, где Р1 – давление до сужающего устройства, Р2 – давление после сужающего устройства. Давление Р1 и Р2 поступают через трубки в измеритель перепада давления 1 и воздействуют на мембрану 2. Измеряемый расход пропорционален ∆Р.\
Очень часто не используют специальные сужающих устройств, а используют технологические изгибы труб в виде колена:
.
Следующая группа это турбинные расходомеры, в которых увеличение расхода судят по измеряемой скорости жидкости или газа: Q= VскS[м3/с].
Ультразвуковые расходомеры. Вышерассмотренные два типа расходомеров требуют установки внутри трубы различных устройств. Поэтому более предпочтительными являются ультразвуковые расходомеры. Ультразвуковые расходомеры не требуют размещения внутри трубы каких-то частей прибора.
ПН1, ПН2 – два пьезоизлучателя, излучающие ультразвуковые волны соответственно вдоль течения среды и против;
ПП1, ПП2 – два пьезоприемника.
ПП1: U1=k(Vуз+Vсреды); ПП2:U2=k(Vуз – Vсреды);
U=U1 – U2=k(Vуз+Vсреды - Vуз+Vсреды)= 2kVсреды.
Если в электронном блоке осуществить перемножение напряжения U, пропорционального скорости среды, на площадь поперечного сечения S, то будем иметь сигнал, пропорциональный расходу.
Электромагнитные расходомеры используются для измерения скорости электропроводящих сред. Выходная ЭДС электромагнитных расходомеров пропорциональна скорости движения потока жидкости.
1 – магнитопровод;
2, 3 – полюсные наконечники;
4 – обмотка, питаемая переменным током;
5 – труба, выполненная из немагнитного материала;
6, 7 – электроды;
8 – цифровой вольтметр.
Около 21% всех расходомеров электромагнитные. Они используются для электропроводящей жидкости и основаны на законе электромагнитной индукции Фарадея, согласно которому изменяющееся во времени магнитное поле, пересекая ветки обмотки, наводит в ней ЭДС, пропорциональную изменению потока сцепления во времени.
е= - dψ/dt, где ψ=WФ, следовательно е= - WdФ/dt.
В трубопроводе из немагнитного материала протекает электропроводная жидкость, которая пересекается переменным магнитным полем, создаваемый обмоткой 4.
По закону электромагнитной индукции Фарадея в потоке жидкости, как в перемещающемся проводнике, возникает переменная ЭДС, которую измеряют с помощью цифрового вольтметра 8. Величина ЭДС зависит от частоты, индукции магнитного поля, внутреннего диаметра трубы и скорости движения жидкости. Погрешность измерения с помощью электромагнитных расходомеров составляет (1…2)%. Они малоинерционны.