Брендли К. Измерительные преобразователи

Глава 6 – Измерение свойств жидкостей и газов.

Автор:Брендли К.
Источник: Брендли К. Измерительные преобразователи. Справочное пособие: Пер. с англ.— М.: Энергоатомиздат, 1991.—-144 с: ил.

Измерение свойств жидкостей и газов.

В этой главе подробно рассматриваются способы измерения механических свойств жидкостей и газов: и расхода, влажности, уровня и давления.

Расход

Термин расход обозначают перемещение текущий среды - жидкости или газа. Расходомеры - это преобразователи, которые используется для измерения потока. Они не регистрирует скорость и расход жидкого или газообразного вещества за заданный период времени.

1. Массовый расход представляет собой масса вещества, пересекающая единицу времени, чем измеряется, например, кг × с^-1.

2. Объемный расход, м³ × c^-1,равен объему вещества, протекающего в единицу времени.

3. Скорость потока измеряется в м × с^-1.

В большинстве измерений речь идёт оп объемного расхода, а массовый расход может быть определён путем вычислений, Хотя при этом следует учитывать изменения давление, плотность, температура др. ( особенно при измерении расхода Газа). По аналогии измерения скорости потока служат основой для определения массовой или объемного расхода.

Механические средства измерения расхода

На практике известно довольно много методов определения расхода. В простейшем и поэтому наиболее распространенными из них являются методы с использованием механических чувствительных элементов, в которых поток перемещает или вращаю твердое тело. Таким образом, это перемещение и вращение тела оказывается процентным расходу.

На рисунке 1 показаны основные механические методы измерения расхода. В частности, на рисунке 1, а изображена нагруженная пружиной и подвешены на шарнире лопасть, которая отклоняется, открывая отверстие, когда текущая среда проходит через преобразователь. Чем больше расход, тем сильнее открываются отверстия, то есть, тем больше отклоняется лопасть.

На рисунке 1,б показать преобразователь, в котором используется в тот же Самый метод, но с ограниченной пружиной заглушкой. Возможны другие разновидности воплощения этого метода. В преобразователе на рисунке 1,в реализован метод пропеллера, вращающегося на при протекании вещества. Причём частота вращения пропеллера пропорциональна расходу этого вещества.

Наиболее распространенным механические преобразователи расхода являются турбинный расходомер с вращающимся пропеллером ( или в данном случае турбиной). На рисунке 2 представлена основные части типового турбинного расходомера, в котором турбина устанавливается в потоке вещества с помощью подшипников. В общем случае лопасти турбины выполняется из ферромагнитного материала. Поэтому катушка, укреплённая на корпусе расходомеры, используется для определения частоты вращения турбины. При измерениях малых расходов применяется другие конструкции чувствительных элементов, например электрооптические. При точных измерениях важно, чтобы не происходило завихрения протекающего вещества, поскольку это напрямую сказывается на частоте вращения турбины. Поэтому спрямляющий поток лопатки устанавливается обычно на входе расходомера. Эти лопатки формируют также в одну из опорных точек турбины. Конечно, возможно и существенно более простые конструкции расходомеров , когда точность измерений не существенна, т.е. если торможение и завихрения потока можно не учитывать. Одним из преимуществ турбинных расходомеров по сравнению с расходомерами других типов является линейная зависимость их выходного сигнала от скорости потока установленным для прибора диапазоне.

Измерение расхода на основе перепада давлений

Если жидкость или газ нагревается через некоторые препятствия в трубопроводе, то измерения их скорости называют перепад давления, пропорциональный расходу. Измерить перепад давлений (для этого обычно используется измерительный преобразователь перепада давлений), можно определить расход вещества.

Наиболее распространенным типом расходомеров на основе перепада давления или расходомеров с изменяющимся давлением является трубка Вернури (рисунок 3,а), в которой текучее вещество проходит как бы через горлышко бутылки, вставленная в трубопровод. В британском стандарте BS1042 содержатся данные о предпочтительных размеров трубок Вернури для определения расходов в различных диапазонах измерений.

Другим весьма распространенным расходомеров на основе перепада давления является трубка Пито (рисунок 3,б) в которой трубка датчика вводится через стенку основного трубопровода и направляется своим отверстием непосредственно навстречу потоку жидкости или газа. Это датчик играет радарного зонда. Второй зонд( статический датчик) размещается непосредственно в стенке трубопровода. Разность ударного и статического давлений и определяет расход. На рисунке 3,в показан преобразователи с измерительной диаграммой, а на рисунке 3,г - С секции центрифуги. Принципы их работы аналогичные описанным выше.

Недостаток просмотренных приборов состоит в том, что скорость потока оказывается пропорционально квадратному корню из перепада давлений, то есть эти приборы являются совершенно нелинейными. Эти преобразователи также не могут быть использованы для измерения расхода газа, поскольку их принцип действия основан на том факте, что вещество является несжимаемом при прохождение узких участков в трубопроводе. Газы, к сожалению, сжимаемые вещества, поэтому требуется относиться ответственные коррекции показания приборов.

Измерение расхода на основе термальных явлений

Термальные расходомеры работают на принципе пропорциональности тепла, переносимого веществом от одной точки к другой, массовому расходу этого вещества. На рисунке 4,а показано, как два измерительных преобразователей температуры (ИПТ) определяют температуру вещества до и после нагревания, которое осуществляется нагревательным элементом, расположенным между этими преобразователями. Термоанемометры измеряют расход вещества с помощью одиночного нагревательного элемента, расположенного и его потоке(рисунок 4,б). Охлаждающий эффект протекающего через этот элемент вещества характеризует массовый расход, то есть охлаждение индицируется благодаря измерению сопротивления проводов нагревательного элемента. Часто вместо проволочного элементов преобразователей используется металлическая пленка. С помощью термоанемометра удаётся измерять чрезвычайно быстрые флуктуации расхода вещества.