Тепловые расходомеры

Тепловые расходомеры могут применяться при измерении небольших расходов практически любых сред при различных их параметрах. Кроме того, они весьма перспективны для измерения расхода очень вязких материалов. Принцип действия их основан на использовании зависимости эффекта теплового воздействия на поток вещества от массового расхода этого вещества.

Тепловые расходомеры делятся на 3 группы:

1. расходомеры с термоанемометрическими преобразователями- в которых используется зависимость между количеством теплоты, теряемой непрерывно нагреваемым телом, помещенным в поток, и массовым расходом вещества;

2. расходомеры теплового слоя, основанные на создании разности температур с двух сторон пограничного слоя;

3. расходомеры с калориметрическими преобразователями- основанные на нагреве или охлаждении потока посторонним источником энергии, создающим в потоке разность температур.

Наибольшее распространение получили калориметрические расходомеры, особенно бесконтактные. На рис. показана принципиальная схема калориметрического расходомера. В корпус трубопровода вмонтированы два термометра сопротивления 1 и 2 и нагреватель 3. Термометры сопротивления включены в плечи моста. При движении жидкости ее температура до нагревателя и после изменяется, что приводит к рассогласованию моста. При изменении расхода среды изменяется разность температур, которую измеряет автоматический измерительный мост. Калориметрические расходомерывыпускают двух типов:

Рис. Схема калориметрического расходомера.

1. измеряют мощность, потребляемую нагревателем и обеспечивающую постоянную разность температур;

2. измеряют разность температур при постоянной мощности нагревателя (разность температур измеряется термометрами сопротивления, выполненных в виде сетки, что позволяет измерять среднюю температуру по сечению трубопровода). Является более экономичным, т.к. контролируемая среда нагревается на 1-3 ºС, поэтому, даже при больших расходах потребляемая мощность невелика.

Преимущества: относительно высокая точность (погрешность ±0,5÷1 %), большой диапазон измерения, измерение пульсирующих и малых расходов.

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

Акустические (ультразвуковые) расходомеры

Ультразвуковые расходомеры применяются для измерения расходов загрязненных, агрессивных, быстрокристаллизующихся жидкостей и пульп (смесь воды и грунта), а также потоков, в которых возможны большие изменения (пульсации) расходов и даже изменения направления движения, когда не могут быть применены другие виды расходомеров. В основном используют два вида ультразвуковых расходомеров: фазовые расходомеры - основаны на измерении разности фазовых сдвигов двух ультразвуковых колебаний, направленных по потоку и против него; частотные расходомеры - основаны на измерении разности частот повторения коротких импульсов или пакетов ультразвуковых колебаний, направленных одновременно по потоку и против него.		Рис. Ультразвуковой расходомер
Принцип действия фазовых расходомеров заключается в том, что скорость распространения звуковой волны в движущейся среде равна геометрической сумме скорости звука в неподвижной среде и скорости среды. В фазовых расходомерах фиксируется разность времени прохождения звука, направленного по потоку и против него. На поверхности трубопровода расположены два пьезоэлектрических элемента. Пьезоэлемент 1 механическим переключателем подключен к генератору высокочастотных синусоидальных электрических колебаний.Пьезоэлемент преобразует электрические колебания в ультразвуковые, которые направляются в контролируемую среду через стенки трубопровода.	Рис. Схема работы ультразвукового расходомера.

Пьезоэлемент 2 воспринимает ультразвуковые колебания, прошедшие в жидкости расстояние, 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.

Преимущества: относительно высокая точность, широкий диапазон рабочих температур -200÷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 (плотности, температур и др.) на показания прибора при частотном методе; широкий диапазон диаметров трубопроводов 6÷6500 мм; широчайший диапазон измерения величины расхода.

Недостатки: зависимость точности измерений от качества стенок трубопровода.