И н д у к ц и о н н ы е и у л ь т р а з в у к о в ы е р а с х о д о м е р ы

И н д у к ц и о н н ы е расходомеры обладают незначительной инерцион-ностью показаний, что является очень существенным фактором при автомати-ческом регулировании расходов. В датчиках таких расходомеров нет частей, находящихся внутри рабочего трубопровода, поэтому они имеют минимальныe гидравлические потери.

Принцип действия индукционного расходомера (рис. 25) основан на за-коне Фарадея — законе электромагнитной индукции. Если в трубопроводе / те-чет проводящая жидкость между полюсами магнита 2, то в направлении, пер-пендикулярном движению жидкости, и в направлении основного магнитного потока возникает э.д.с. на электродах 3, пропорциональная скорости движения жидкости. Магнитное поле создается источником питания 6 электромагнита. Электронный усилитель 4 усиливает э.д.с, индуктированную на электродах 3, которую регистрирует вторичный измерительный электронный прибор 5 рас-ходомера.

 

 

Рис. 25. Схема индукционного расходомера

 

 

Индукционные расходомеры позволяют измерять расходы абразивных жидкостей и пульп, щелочей, кислот и других агрессивных сред в широком диапазоне — от 1,25 до 400 нм3/ч.

 

а) б)

Рис. 26. Индукционный расходомер типа ИР-51: а — измерительный блок, б — преобразователь

 

В настоящее время выпускают индукционные расходомеры (рис. 26) ти-пов ИР-51, 4РИМ, 5РИМ. Приборы имеют компенсацию трансформаторной э. д. с. В зависимости от типов приборов основная погрешность измерений не превышает 1,0—1,6%.

Принцип действия у л ь т р а з в у к о в ы х расходомеров основан на том, что фактическая скорость распространения ультразвука в движущейся среде га-за или жидкости равна геометрической сумме средней скорости движения сре-ды и собственной скорости звука в этой среде.

Чувствительным элементом датчика (излучателя и приемника) является пьезоэлемент — прямоугольная кварцевая пластинка с плоскопараллельными гранями, которая обладает свойствами прямого и обратного пьезоэлектрическо-го эффекта. Если к одним противоположным граням пьезоэлемента подключить напряжение, то под действием электрического поля на двух других противопо-ложных гранях возникают механические колебания. И наоборот, если на одних гранях возбуждать механические колебания, то на противоположных гранях возникает пьезо-э.д.с. Ультразвуковой расходомер ИРУ-63 имеет датчик, элек-тронный блок и регистрирующий прибор.

 

 

Рис. 27. Принцип действия ультразвукового расходомера

 

 

Принципиальная схема расходомера (рис. 27) включает излучатель И1, создающий ультразвуковые колебания частотой от 20 кГц и выше, и приемник П1, регистрирующий эти колебания, расположенный от излучателя на расстоя-нии L.

2 2 2

Если С — скорость звука в среде, а v — скорость потока жидкости, то продолжительность распространения звуковой волны по направлению движе-ния потока от излучателя до приемника будет равна t1 = L / (C+v). Продолжи-тельность распространения звуковой волны против движения потока от И2 до П2: t2=L / (C — v). Разность Δt = t2 — t1, измеренная электронным блоком, будет равна Δt =2 · L · v /[С (1— v /С)]. Так как для жидкости С= 1000···1500 м/с, а v =6···8 м/с, то величиной v 2/С2 можно пренебречь.

Выражая скорость потока через расход (v=V/S), получим уравнение изме-рения расхода ультразвуковых расходомеров: V = (S·C2 ·Δt)/(2LK), где S — площадь сечения потока жидкости, К — коэффициент, учитывающий распре-деление скоростей в потоке, V — расход измеряемого потока.

К достоинствам приборов данного типа относят: высокое быстродейст-вие, надежность датчиков (излучателей и приемников), принципиальная воз-можность измерения расходов любых жидкостей и газов, в том числе и неэлек-тропроводных.

 

Н о в ы е м е т о д ы и з м ер е н и я р а сх о да ж и д ко с т е й и г а з о в В настоящее время отечественной промышленностью успешно освоен

целый ряд перспективных методов измерения расходов, среди которых необхо-димо выделить массовый, ионизационный и основанный на ядерно-магнитном резонансе.

В м а с с о в о м т у р б о р а с х о д о м е р е (рис. 28) ведущая турбинка 6, вращаемая с постоянной частотой со электродвигателем 7, закручивает поток измеряемой жидкости, создавая в нем инерционный момент, пропорциональ-ный массовому расходу G. Измеряемый закрученный поток, проходя через ве-домую турбинку 5, жестко связанную с упругим элементом 2, разворачивает ее на определенный угол φ, пропорциональный измеряемому расходу.

 

Рис. 28. Схема массового турбо- Рис. 29. Схема ядерно-магнитного расходомера: расходомера

/ — корпус, 2 — чувствительный элемент (датчик), 3 — усилитель, 4 — прибор, 5 — ведомая турбинка, 6 — ведущая турбинка,

7 — электродвигатель

Массовый расход, определяемый по прибору, имеет вид φ = К·ω·G, где К — постоянный конструктивный коэффициент, ω — частота вращения ведущей турбинки.

Из формулы видно, что массовый расход характеризуется углом поворота ведомой турбинки, который преобразуется в пропорциональный электрический сигнал для вторичного прибора.

Погрешность измерения таких труборасходомеров лежит в пределах 0,5—1 % от верхнего предела измерения.

Р а с х о д о м е р ы, о с н о в а н н ы е н а я д е р н о - м а г н и т н о м р е з о н а н с е, используют явление взаимодействия поляризованных в посто-янном магнитном поле атомных ядер с резонансным осциллирующим полем. При этом взаимодействии поглощается часть энергии осциллирующего поля и изменяется намагниченность ядер, т. е. магнитный момент ядер в единице объ-ема вещества.

На рис. 29 показана схема ядерно-магнитного расходомера. Магнит 1 соз-дает сильное магнитное поле, при прохождении через которое жидкость поля-ризуется. Протекая через катушку 2, питающуюся переменным напряжением резонансной частоты от источника питания 5, поляризованные ядра измеряемой жидкости поглощают часть осциллирующего поля, созданного катушкой 2, и

 

жидкость деполяризуется. Периодически питающее напряжение катушки 2 от-ключается, и в потоке на выходе из катушки создаются пакеты поляризованных молекул жидкости. Пройдя расстояние L, эти молекулы попадают в поле ка-тушки 5, питающейся тем же переменным напряжением резонансной частоты. В момент протекания поляризованных молекул через осциллирующее поле ка-тушки 3 в ее цепи возникает сигнал ядерно-магнитного резонанса, который воспринимается электронным измерителем 4.

Измерение расхода жидкости по данному принципу сводится к измере-нию времени между отключением напряжения от катушки 2 и появлением сиг-нала ядерно-магнитного резонанса на катушке 3. Погрешность измерений ядер-но-магнитных расходомеров не превышает 1%.

И о н и з а ц и о н н ы й р а с х о д о м е р (рис. 30). Суть его работы заклю-чается в том, что под воздействием излучения от какого-либо источника И в потоке происходит соответствующая флуктуация, например образуется ионное облачко-метка О, движущееся вместе с потоком. Зная момент подачи t1 частот-ного импульса генератором Г, расстояние L и момент t2 прохождения облачком чувствительного элемента приемника-регистратора Р, определяют расход ве-щества V.

 

 

Рис. 30. Принцип действия ионизационного расходомера

 

 

Так, в газоснабжении измеряется расход газа с помощью радиоактивных меток — порций криптона или ксенона, поступающих из специального баллон-чика-дозатора.

Достоинствами таких расходомеров является высокая чувствительность, малая инерционность, отсутствие конструктивных элементов прибора внутри трубопровода.