Расходомеры скоростного напора.

Принцип действия основан на измерении динамического напора потока.

Область применения: измерители расхода газов в трубопроводах больших и некруглых сечений.

; Рполное = ρυ²/2 + Р + ρgh

=> - скорость потока

Трубка Пито.

Рст – статическое давление

Рдин – динамическое давление

Для промышленных целей используются трубки Прантля. В них совмещены статическое и полное давления.

ε – постоянная напорной трубки

С помощью напорной трубки можно определить лишь местную скорость (скорость в данном сечении). Для определения расхода надо получить среднюю скорость потока.

Существует 3 способа определения средней скорости:

1.

Установка напорной трубки на определенном расстоянии от внутренней стенки трубы.

Турбулентный режим: l = 0,223R

2. Использование зависимости: ,

где задается либо аналитически, либо графически.

Трубку располагают по оси потока и определяют

(измеряют) υ_max . По υ_max рассчитывают Re и по

графику находят υ_ср .

3. Способ заключается в условном разбиении внутреннего сечения трубы на несколько равновеликих участков и определении скорости в каждом из этих участков. Далее все скорости суммируются.

Вопрос № 1.15.

Расходомеры переменного уровня.

Принцип действия основан на измерении высоты уровня жидкости, свободно истекающей через

отверстие в дне или боковой стенке сосуда.

Ограничения: не могут работать при избыточном давлении.

Достоинства: могут работать при неполном заполнении

трубы или при движении жидкости по открытому латку.

- уравнение расхода для диафрагмы

Недостаток: нелинейность статической характеристики (из-за того, что отверстие в дне). Для его

устранения используют профильные отверстия, расположенные в боковой стенке сосуда.

Такие расходомеры называются щелевыми.

Профиль бокового отверстия.

Выделим элементарную площадку.

Проинтегрируем:

- зависимость х от y для формы отверстия, чтобы была линейная характеристика.

При расчетах задаются α = 0,7.

Вихревые расходомеры.

Вихревыми называются расходомеры, основанные на измерении частоты колебаний вихрей, возникающих в потоке при обтекании потоком какого-либо тела.

Рассмотрим цилиндр, на который набегает поток.

Т – период вихреобразования

u – скорость вихря

Впервые частота вихревого звука была исследована Струхалем на примере звучания струны в потоке воздуха и введен критерий Струхаля (Sh):

S – площадь поперечного сечения трубы

В современных расходомерах используют треугольные призмы. В призме 2 отверстия (канала)

В таких расходомерах предусмотрены меры для борьбы с акустическими помехами, которые возникают при вибрации трубы, работе насоса.

Акустические помехи действуют в фазе на выходной сигнал, а вихревые находятся в противофазе, поэтому при использовании двух каналов они вычитаются.

Вопрос № 1.16. Электромагнитные (индукционные) расходомеры.

Принцип действия основан на измерении ЭДС, индуктируемой в потоке электропроводной жидкости под действием внешнего магнитного поля.

Между полюсами расположен участок трубы из непроводящего ток материала. Во внутреннюю стенку трубы вплавляются 2 электрода.

Силовые линии магнитного поля пересекают движущийся поток жидкости.

Поток жидкости ведет себя как рамка в магнитном поле. В нем наводится ЭДС при пересечении магнитными линиями.

В – магнитная индукция

d – определяющий размер (внутренний диаметр трубы)

_СР – средняя скорость потока.

Характеристика линейная, равномерная.

Достоинства:

· применяется для загрязненных жидкостей, т.к. нет участков, где скапливается грязь.

· Характеристика линейная.

Недостатки:

• изменение во времени магнитной индукции (из-за старения магнита)
• на постоянном магнитном поле возникает поляризация электродов.

Для устранения этих недостатков используют переменное магнитное поле.

При использовании переменного магнитного поля может возникнуть так называемая трансформаторная ЭДС, создает погрешность. Даже при неподвижной жидкости может быть сигнал. При неподвижной жидкости устанавливают ноль при помощи R-делителя.

Точность 0,5%.

Ультразвуковые расходомеры.

Принцип действия основан на измерении скорости звука в движущейся жидкости, определяемой векторной суммой скорости звука в неподвижной жидкости (с) и скорости движения самой жидкости (v).

Оптимальная скорость движения жидкости по трубам 3-5 м/с.

В УЗР используют 3 способа выделения сигнала:

1. Время-импульсный

2. Фазовый

3. Частотно-пакетный (самый точный)

И – источники ультразвука (излучатели)

П – пьезоэлементы (приемники)

У – усилители

Г – генератор

Возможны два режима генератора – импульсный и непрерывный.

1. При время-импульсном методе генератор работает в импульсном режиме.

При импульсном измеряется временной сдвиг у П₁ и П₂. При непрерывном измеряется фазовый сдвиг.

( время распространения вдоль потока)

( время распространения против потока)

Т.о. импульсы к приемнику приходят со сдвигом.

Т.к. c>>V, следовательно

Характеристика линейная, но есть недостаток:

зависимость показаний от скорости звука в неподвижной жидкости, которая зависит от свойств жидкости. Это приводит к погрешностям.

2. При фазовом методе генератор работает в непрерывном режиме.

Выходным сигналом является сдвиг фаз:

, но недостаток все равно имеет место.

Для его устранения используют частотно-пакетный метод.

3. Частотно-пакетный метод.

Вводятся ключи (модуляторы), которые замыкаются и размыкаются

Если М1 замкнут, И1 передает импульс. Как только он достигнет П1, М1 отключается.

Как весь импульс пройдет расстояние l – М1 снова замыкается. Образуются «пачки» импульсов.

Этот метод исключает погрешность от влияния свойств жидкости.

М – модуляторы

Т – период повторения пакетных импульсов

- частота повторений пачек

сигналов по потоку

- против потока

Класс точности 0,5.

Вопрос № 1.17. Массовые расходомеры. Кориолисовый расходомер.

Массовые расходомеры более перспективны, чем объемные. Использует ускорение Кориолиса воды при сложном движении (вращательное + поступательное движение).

Ускорение Кориолиса направлено перпендикулярно плоскости, проходящей через вектора и , в ту сторону, откуда кратчайшее совмещение и происходит против часовой стрелки.

- ускорение Кориолиса.

- сила инерции Кориолиса.

Трубка приводится в автоколебательный режим движения

(незатухающие колебания).

Электромагниты 2 фиксируют моменты прохождения нейтрали.

- изгибающий момент

S – внутреннее сечение трубы

- вектор угловой скорости все время меняет направление

W – перемещение точек трубы в колебательном режиме.

R_X – уравнение изогнутой линии при изгибе трубы

- круговая частота колебаний трубы

А – амплитуда колебаний

; С – жесткость трубок при кручении

- линейная скорость движения

Временной сдвиг является выходным сигналом.

Достоинства:

· измеряет в единицах массы

· во время эксплуатации точность не ухудшается

Недостаток: изогнутая труба может засоряться.

Класс точности 0,15 ¸ 0,25%