3.4.2. Электрозвуковые расходомеры.

Принцип действия основан на зависимости разности времени прохождения сигналов частоты (20кГц и более), направленных в направлении потока и против него, от скорости потока.

Скорость распространения ультразвуковых колебаний в измеряемой среде ( ) связана со скоростью измеряемого потока ( ) равенством:

где: скорость звука в данной среде (для жидкостей для газа и пара

для твердых тел );

Время прохождения колебаний по потоку ( ) и против потока ( ):

где длина участка между датчиком и приемником ультразвукового расходомера.

Откуда

Датчики могут быть накладные и врезные. Участок измерения также может быть врезным

или устанавливаться на байпасе. В качестве материала датчиков используется титанат бария.

К достоинствам ультразвуковых расходомеров относятся:

- неконтактность, в том числе среди сред агрессивных или под большим давлением,

- независимость результатов измерения от температуры, давления, вязкости, электропроводности;

- большой диапазон диаметров (15-4000 мм);

- надежность, точность, простота обслуживания.

3.4.3.Вихревые расходомеры.

Принцип действия вихревого расходомера основан на измерении параметров вихревой дорожки, образующейся в виде завихрений потока при обтекании средой вихревого тела. На гранях вихревого тела чередующиеся вихри создают перепады давления на его поверхности. Число пере-

падов давления в единицу времени и частота завихрений прямо пропорциональна скорости потока,

т.е. объемному расходу. Частота импульсов преобразуется преобразователем в выходной сигнал. При наличии температурного датчика измеряется также массовый расход.

Измерительная схема состоит из проточной камеры, в которую помещен завихряющий барьер

со встроенным в него сенсором. Одним концом сенсор прикреплен к емкостному или пьезоэлектрическому датчику. Поток рабочего вещества, огибая завихряющий барьер, создает вихревые вибрации сенсора, Частота этих вибраций пропорциональна скорости потока ,

ширине барьера :

где число Страуда. Данное выражение справедливо для газа, пара и низковязких жидкостей

(число Рейнольдса ).

Микропроцессорный модуль измеряет частоту вибраций и вычисляет объемный расход

вещества.

Основные достоинства вихревых расходомеров:

- возможность измерения расхода жидкостей, пара, газа;

- независимость измерений от колебаний температуры, давления, вязкости;

- возможность измерений при высоких температурах (до 400⁰С);

- высокая стабильность и простота эксплуатации;

- высокая надежность.

3.4.4. Расходомеры переменного перепада давления на сужающем устройстве.

Наибольшее распространение получил метод переменного перепада, измерение расхода по которому основано на определении изменения давления вещества, протекающего через местное сужение в трубопроводе. Местное сужение создается специальными сужающими устройствами - диафрагмами (реже соплами или трубами Вентури). На рис.3.4.1 показаны стандартные сужающие устройства: диафрагма (а) и сопло (б). Диафрагма представляет собой тонкий диск , установленный между фланцами 2 в трубопроводе 3 так, чтобы его отверстие было концентрично внутреннему контуру трубопровода. Передняя (входная) часть отверстия имеет цилиндрическую форму, а выходная часть - расширяющийся конус. Сопло 1 имеет профилированную входную часть, которая затем переходит в цилиндрический участок. Создаваемый в сужающем устройстве перепад давления р₁ - р₂ измеряется дифманометром.

Рис.3.4.1. Стандартные сужающие устройства

Принцип измерения заключается в том, что при протекании потока через отверстие сужающего устройства повышается скорость потока по сравнению со скоростью до сужения. Увеличение скорости, а следовательно, и динамического давления вызывает уменьшение статического давления (т.е. р₂ < р₁, рис. 3.4.2.). Разность давлений р₁ - р₂, называемая перепадом давления на сужающем устройстве, зависит от расхода вещества, протекающего через трубопровод.

Рис.3.4.2..Характер потока и распределение статического давления в сужающем устройстве

устройстве

.р= р₁—р₂, V_с = f (.р) . ( 3.4.1)

Однако удобнее измерять давление непосредственно до (р₁) и после (р₂) сужающего устройства и поэтому объемный расход вещества определяют по формуле

(3.4.2)

где  - коэффициент расхода, учитывающий переход от использования перепада к перепаду .р = р₁ - р₂, неравномерность распределения скоростей в сечениях потока, коэффициент сужения потока =F₂/F_o и зависящий от модуля сужающего устройства т =F_o/F₁ ,  - коэффициент, учитывающий расширение потока после сужающего устройства;  - плотность вещества.

Выражая в формуле (3.4.2) площадь F_o через диаметр сужающего устройства d, получают окончательную формулу объемного расхода вещества (м³/с или м³/ч),

(3.4.3)

где А - числовой коэффициент, зависящий от размерности величин V_о,, d , p. Если расход измеряют в массовых единицах (кг/с или кг/ч), то выражение (3.4.2) принимает вид

( 3.4.4)

Из характера распределения статического давления (см. рис.3.4.1) видно, что установка сужающего устройства вызывает так называемые безвозвратные потери давления р_п, которые могут достигать существенных значений. Причем, чем больше эти потери, тем выше погрешность измерения расхода методом переменного перепада. Меньшие потери и, следовательно, большую точность измерения обеспечивают сопла и сопла Вентури.

При практических измерениях величины d, , ,  не зависят от расхода, и формулы расхода принимают весьма простой вид

( 3.4.5)

где К_о и К_m - постоянные коэффициенты. Таким образом, для измерения расхода веществ - газа, жидкости или пара достаточно измерить перепад давления на сужающем устройстве, а расход вы- числить по формуле (3.4.5).

Перепад давлений на сужающем устройстве преобразуется в унифицированный сигнал с

помощью измерительных преобразователей различного типа. В качестве чувствительных элементов используются: - мембрана, - сильфор, тензорезистивные и емкостные чувствительные элементы.

Принцип действия тензорезистивного (пьезорезистивного) сенсора заключается в том, что под действием разности давлений происходит микроизгиб пластины с пьезорезисторами, включенными в мостовую схему. Изменение сопротивления пьезорезисторов преобразуется электронной схемой в выходной токовый сигнал 4….20мА, или в цифровой сигнал, который с помощью интерфейса предается на вход контроллера.