- •Часть 1.
- •Раздел I. Измерения. Обработка результатов измерений.
- •Глава 1. Общие сведения о измерениях и средствах измерений.
- •Понятие об измерении.
- •Классификация измерений.
- •1.3. Задачи и качество измерений.
- •1.4. Погрешности измерения и измерительных приборов
- •1.5. Средства измерения.
- •1.6. Показатели качества средств измерения.
- •Показатели назначения.
- •1.8. Метрологическая надежность средств измерения.
- •Глава 2. Градуировка и поверка приборов.
- •Глава 3. Основные принципы построения и работы измерительных преобразовтелей.
- •Раздел II. Приборы и методы измерения параметров теплотехнических систем.
- •Глава 1. Приборы и измерения давлений и сил. Классификация.
- •1.1. Единицы измерения давлений.
- •1.2. Классификация приборов измерения давления.
- •1.2.1. Жидкостные приборы.
- •1.2.2. Манометры с упругим элементом.
- •1.2.3. Электрические манометры.
- •1.2.4. Измерители высоких давлений и разрежений.
- •1.2.5. Особенности измерения давлений в сложных условиях.
- •Приборы измерения давления
- •Глава 2. Приборы измерения сил.
- •2.1.Механические динамометры.
- •2.2. Гидравлические динамометры.
- •2.3. Упругие динамометры с электрическими датчиками. Тензометрические датчики.
- •Глава 3. Приборы измерения температур.
- •3.1. Понятие температуры. Температурные шкалы.
- •3.2. Приборы измерения температуры.
- •3.2.1. Контактные измерители температур.
- •3.2.2. Приборы бесконтактного измерения температур.
- •Пирометры частичного излучения
- •Оптические пирометры
- •Фотоэлектрические пирометры.
- •Пирометры спектрального отношения
- •Пирометры суммарного излучения.
- •3.3. Способы снижения метрологической погрешности контактных методов измерения температур.
- •Глава 4. Приборы измерения количества и расхода.
- •4.1. Объемные расходомеры.
- •4.2. Скоростные тахометрические расходомеры.
- •4.3. Расходомеры обтекания. Ротаметры.
- •4.4. Прочие измерители объемного расхода.
- •4.5. Расходомеры постоянного и переменного перепада давления.
- •4.6. Измерение скорости и расхода жидкости и газа пневмометрическими трубками (трубками Пито).
- •4.7. Измерение массовых расходов
- •4.7.1. Измерение массового расхода при маломеняющейся плотности.
- •4.7.2. Измерители массового расхода при значительных изменениях плотности гомогенных потоков.
- •4.7.3. Измерение массового расхода гетерогенных потоков.
- •4.8. Особенности градуировки и поверки расходомеров.
- •Раздел III. Основы дозиметрии.
- •1. Измерение интенсивности излучения.
- •2. Допустимые дозы.
- •3. Детекторы радиоактивного излучения.
- •Раздел IV. Методы и средства неразрушающего контроля материалов и изделий.
- •Глава 1. Акустические методы и средства нк.
- •1.1. Характеристики акустических методов.
- •1.2. Принципы построения акустических приборов.
- •Глава 2. Радиоволновые методы и средства нк.
- •2.1. Принципы построения радиоволновых приборов нк.
- •2.2. Приборы радиоволнового неразрушающего контроля.
- •Глава 3. Ионизирующие (радиационные) методы и средства нк.
- •Глава 4. Магнитные методы и средства нк
- •Глава 5. Токовихревые методы и средства.
- •5.1. Общие принципы токовихревых методов нк.
- •5.2. Токовихревые преобразователи.
- •5.3. Измерительные цепи токовихревых приборов.
- •5.4. Особенности контроля материалов и изделий токовихревым методами.
- •Глава 4. Магнитные методы и средства нк
4.4. Прочие измерители объемного расхода.
Кроме рассмотренных выше простейших измерителей объемного расхода в промышленных установках и при технических исследованиях применяются расходомеры, основанные на иных принципах действия.
А). Ультразвуковые расходомеры.
Они основаны на взаимосвязи между скоростью измеряемого потока и скоростью распространения звуковых колебаний между двумя точками трубопровода. Первичный преобразователь такого расходомера представляет собой отрезок трубопровода с установленными на его стенках двумя пьезоэлектрическими датчиками, играющими роль излучателя и приемника высокочастотных колебаний. Измеряемым параметром может быть сдвиг фаз или разность частот колебаний, направляемых по потоку или против него. Основные источники погрешностей ультразвуковых расходомеров следующие: а) изменение скорости распространения колебаний из-за изменения плотности потока; б) отражение ультразвукового луча; в) зависимость показаний от числа Rе (вследствие того, что фактически измеряется не средняя по сечению трубы скорость, а средняя скорость вдоль ультразвукового луча). Электронно-акустическая аппаратура ультразвуковых расходомеров отличается некоторой сложностью. Поэтому эти расходомеры применяются лишь в особо трудных условиях измерений, характеризующихся повышенными агрессивностью и температурой измеряемого потока. В ряде случаев этот метод практически единственно возможен (например, при измерении потоков неэлектропроводных суспензий и пульп или в трубопроводах сверхкрупных сечений).
Б). Электромагнитные расходомеры.
Для измерений в потоках электропроводных жидкостей применяется электромагнитный расходомер, представляющий собой отрезок трубы (обычно круглого или прямоугольного сечения) из немагнитного материала, расположенный между полюсами магнита. В протекающей по трубе среде за счет взаимодействия с магнитным полем наводится э. д. с., пропорциональная средней по сечению скорости потока:
Е=кНQ/d
где к — коэффициент пропорциональности; Н — напряженность магнитного поля; d — диаметр (в случае круглой трубы) или ширина трубы (в случае прямоугольного сечения). Измерение э.д.с. производится с помощью двух электродов, расположенных в стенке трубы на линии, перпендикулярной магнитному потоку. Электроды имеют электрический контакт с жидкостью, но изолированы от трубы. Величина э.д.с. невелика; чувствительность преобразователя обычно составляет 0,1—0,2 мв-с/см3. Для устранения влияния изменений электропроводности жидкости входное сопротивление регистрирующего прибора должно быть настолько большим, чтобы возможные изменения сопротивления жидкости незначительно сказывались на общем сопротивлении цепи.
В случае использования постоянного магнитного поля электромагнитные расходомеры практически безинерционны, однако, при этом возникает поляризация электродов. С целью исключения этого нежелательного явления используются электромагниты, питаемые переменным током промышленной или повышенной частоты. Возможности измерения переменных расходов в этом случае ограничены. Значительное повышение частоты магнитного возбуждения затрудняется индуктивной связью питающей и измерительной цепей, емкостным сопротивлением преобразователя и линии связи.
В трубопроводах круглого сечения наведенная э. д. с. зависит от распределения скорости по сечению и, следовательно, от числа Rе. Если рабочий участок канала преобразователя расходомера имеет прямоугольную форму, две противоположные стенки которого являются усредняющими электродами, то показания расходомера не зависят от распределения скорости по поперечному сечению и, следовательно, не зависят от вязкости, плотности и других физических свойств потока. Расходомеры могут применяться и в тех случаях, когда жидкости содержат газовые пузыри, взвешенные частицы и твердые включения при условии, что эти включения не создают осадка на электродах, изолирующего их от жидкости. Во всех этих случаях расходомером регистрируется объемный расход смеси. Электромагнитные расходомеры могут успешно применяться для измерений в потоках, имеющих электропроводность не менее 10--9 1/Ом*см многие технически важные жидкости не обладают необходимым уровнем электропроводности (так, например, нефть и нефтепродукте имеют электропроводность-~ 5-10-17 1/Ом*см). Основная приведенная погрешность расходомеров с магнитным возбуждением, частотой 50 Гц обычно составляет ± (0,5 – 1)%. При постоянном магнитном возбуждении или при использовании высокой частоты основная погрешность превышает названную величину.
В). Расходомеры с контролем движения меток.
С помощью таких устройств в некотором небольшом объеме потока создается изменение каких-либо легко регистрируемых свойств среды и обеспечивается измерение скорости сноса «помеченного» таким образом объема. Скорость перемещения метки определяется по двум сигналам: с возбудителя и приемника (или с двух приемников), расположенных в трубопроводе вдоль по потоку на известном расстоянии. Местное изменение свойств потока может быть вызвано различными воздействиями на поток: механическим (кратковременная закрутка); объемным (введение в поток порций среды другого состава, свойств или состояния: радиоактивного вещества, газовых пузырей в жидкость, вещества иной оптической плотности, порций подогретого вещества); электрическим (ионизация небольшого объема газа искровым методом или с помощью радиоактивного излучения); магнитным (изменение степени намагничивания измеряемой жидкости); тепловым (быстрый подогрев небольшого количества измеряемого вещества). Возможны три режима работы таких расходомеров.
I. Периодически или по требованию возбуждаются метки и измеряется время.
II. Возбудитель и приемник соединяются цепью обратной связи так, что в момент прихода метки к приемнику возбуждается следующая метка. В этом случае выходным сигналом является частота следования меток.
III. Регистрируемое изменение свойств осуществляется гармонически и измеряется сдвиг фаз между возбужденным и принятым сигналом
При выборе метода воздействия на поток необходимо учитывать ряд обстоятельств, снижающих точность измерения расхода. Точность регистрации скорости сноса v (помимо аппаратурных погрешностей) зависит от уровня неопределенности отсчета моментов времени, которая, в свою очередь, зависит от четкости границ помеченного объем Vм. Большинство меток размывается при движении, четкость границ объема Vм падает, интенсивность меток уменьшается. Наибольшей четкостью обладают метки в виде воздушных пузырей в потоках жидкости при малых диаметрах трубопроводов, когда один пузырь полностью заполняет поперечное сечение канала. Малая четкость свойственна, например, ионизационным или тепловым меткам в крупных трубопроводах.
Кроме погрешностей определения скорости на точность измерения расхода влияет неопределенность связи между скоростью сноса объема Vм и средней скоростью потока Wср. Если метка не заполняет всего поперечного сечения канала, то скорость Vм близка к местной скорости потока. Связь между местной и средней скоростями зависит от режима течения и может существенно изменяться в диапазоне работы расходомера. Если создание метки связано с изменением свойств основного потока (температура, завихрение), то возможно проскальзывание помеченного объема Vм относительно потока. Отмеченные недостатки расходомеров с контролем движения меток сужают их пределы измерения и ограничивают точность (относительная погрешность примерно ± (2-5)%).