Массовый расходомер воздуха

Буек 1 устанавливается в  потоке пульпы и при помощи рычага 2 соединяется с эластичной уплотнительной мембраной 3, укрепленной при помощи соединительных фланцев 10. На внешнем конце рычага укреплена заслонка 4, которая прикрывает или открывает сопло 5. Благодаря эластичности мембраны рычаг может отклоняться от вертикального положения.

Воздух, подаваемый в систему  обратной связи через дроссель 6 одновременно подается к соплу и в камеру обратной связи 7. Так как проходное отверстие дросселя в несколько раз меньше проходного сечения сопла, перемещение заслонки вызывает изменение давления в камере обратной связи. Мембранная крышка камеры обратной связи с помощью рычага 8 шарнирно соединена с винтовым рычагом 9, на конце которого находится регулировочная гайка 11, перемещением которой можно изменять диапазон измерения.

С помощью рычага 9 буек возвращается в исходное положение, уравновешивая тем самым давление в камере обратной связи и гидродинамическое давление на буек.

Таким образом, каждому значению расхода будет соответствовать определенное давление в камере обратной связи и в линии ко вторичному прибору.

 

 

 

Расходомеры с непрерывным движением приемных устройств

Расходомеры турбинные

Принцип действия турбинных  расходомеров заключается в измерении пропорциональной расходу вещества скорости вращения крыльчатки, помещенной в поток и вращающейся под давлением потока.

Крыльчатка может быть аксиальной или тангенциальной. В  том и другом случае она тщательно  балансируется и устанавливается  в подшипниках, обладающих малым  трением.

Измерение скорости вращения крыльчатки может производиться  самыми различными способами (рис. 1.7): частотным, электромагнитным, фотоэлектрическим, стробоскопическим и радиоактивным, в каждом из этих случаев зависимость между величиной полученного сигнала и расходом вещества определяется с помощью градуировки. Следует отметить, что угловая скорость этих приборов прямо пропорциональна расходу, поэтому при применении для измерения скорости вращения устройств с равномерной шкалой шкала этих устройств будет равномерна и по отношению к расходу.

Как правило, расходомеры  с аксиальными крыльчатками обладают большей инерционностью по сравнению с расходомерами с тангенциальными крыльчатками.

Измерение скорости вращения крыльчатки в турбинно-частотных расходомерах осуществляется следующим образом. Изолированно от трубопровода монтируется штифт так, чтобы зазор между штифтом и лопастями крыльчатки составлял доли миллиметра. Выводы от штифта и от трубопровода включаются в плечо измерительного моста, питаемого от высокочастотного генератора. Каждая лопасть крыльчатки при вращении, проводя мимо штифта, импульсно меняет величину емкости между штифтом и трубопроводом. Частота модулированного сигнала прямо пропорциональна скорости вращения крыльчатки, а следовательно, и расходу.

В турбинно-оптических расходомерах в месте установки крыльчатки в трубопроводе имеются прозрачные вставки, куда направляется луч света, пересекаемый лопастями крыльчатки при ее вращении. На пути луча (прямого или отраженного от лопасти) устанавливается фотоэлемент. При этом на электродах фотоэлемента возникают пульсирующие электрические сигналы, частота   которых   пропорциональна  скорости   вращения крыльчатки.

В турбинно-электромагнитных расходомерах вращающаяся крыльчатка, выполненная из ферромагнитного материала, периодически изменяет сопротивление магнитной цепи электромагнита, охватывающего трубопровод в месте установки крыльчатки. Это вызывает возникновение пульсирующей э. д. с., частота пульсаций которой пропорциональна скорости вращения крыльчатки.

Ввиду того что в расходомерах с использованием электромагнитного формирования сигнала нет необходимости нарушать целость трубопровода в месте установки крыльчатки для вмонтирования штифтов, прозрачных вставок и т. д., возможно измерение этими приборами расхода веществ, имеющих высокие параметры. Кроме того, показания этих расходомеров не зависят от физико-химических свойств измеряемого вещества.

Турбинные расходомеры, измеряющие скорость вращения крыльчатки с помощью радиоактивных изотопов, устроены следующим образом. В одну или несколько лопастей крыльчатки вмонтированы в виде твердых вставок радиоактивные изотопы. Место установки крыльчатки закрыто снаружи экраном, не пропускающим радиоактивных излучений. В определенном месте экрана имеется отверстие, против которого установлен индикатор радиоактивного излучения (счетчик), воспринимающий радиоактивность в моменты прохождения лопастей крыльчатки с изотопами мимо отверстия в экране. Частота импульсов, воспринимаемых счетчиками, пропорциональна скорости вращения крыльчатки, т. е. расходу вещества, протекающего через прибор.

Предел частотного диапазона  описанных расходомеров находится, на уровне 60—80 Гц.

Для улучшения метрологических качеств турбинных расходомеров идут по пути облегчения крыльчатки и уменьшения трения в опорах. Для этой цели для изготовления крыльчаток используют легкие сплавы и пластмассы, в некоторых расходомерах крыльчатка поддерживается в плавающем состоянии, в потоке протекающего вещества, что значительно снижает величину трения в опорах.

Рис 1.7 Различные способы измерения оборотов ротора, применяемые в турбинных расходомерах.

Расходомеры с  подвижным элементом трубопровода

Подвижный элемент трубопровода в расходомерах рассматриваемого типа необходим для сообщения потоку измеряемого вещества дополнительного движения с целью создания в нем инерционных усилий. Это может быть либо гироскопическое усилие, либо усилие Кориолиса, либо инерционный момент. Все зависит от того, какое дополнительное движение придано потоку.

Показанный на рис.1. 8 расходомер включает в себя подвижный элемент трубопровода, выполненный в виде Т-образной трубки, вращающейся с постоянной угловой скоростью от отдельного привода. Трубка расположена на торсионном элементе, со вторым вращающимся участком трубопровода она соединяется при помощи гибких соединений, позволяющих ей смещаться на некоторый угол относительно вращающегося ротора.

При протекании вещества со скоростью  через элемент трубопровода, вращающегося с постоянной угловой скоростью , в измеряемом веществе возникает направленное против движения ускорение Кориолиса . В каждой ветви Т-образной трубки возникает усилие Кориолиса, равное

                                                               (1.9)

где – масса вещества во вращающемся элементе трубопровода ( – плотность вещества, - площадь сечения вращающегося патрубка);

 – массовый расход вещества.

На всем вращающемся Т-образном элементе трубопровода возникает при этом момент, равный

                                                          (1.10)

Рис 1.8 Ротор расходомера, в котором измерение расхода производится по величине усилия Кориолиса

Момент , служащий мерой массового расхода вещества, измеряется с помощью чувствительного элемента, например тензодатчиков.

Расходомеры этого типа могут  вместо Т-образного элемента трубопровода иметь ротор в виде крыльчатки с некоторым количеством радиальных каналов, через которые протекает измеряемое вещество.

Этот способ измерения может быть применим также для измерения расхода сыпучих тел.

 

 

Расходомеры с вращающимся  ротором, в которых возникает  гироскопический момент, включают в  себя радиальные вращающиеся элементы трубопровода, расположенные эксцентрично. В этих приборах поток вещества протекает по участку трубопровода сложной формы (рис.1.9).

Этот участок трубопровода приводится во вращение относительно оси АА с постоянной угловой скоростью .

В этом приборе усилие Кориолиса создается на патрубках 1 и 2, замкнутый патрубок 3—4 служит для компенсации центробежных усилии, возникающих при вращении ротора.

Рис 1.9 Ротор гироскопического расходомера. В.У – вращающееся уплотнение; Г.С – гибкое соединение.

Возникающий при вращении ротора гироскопический момент стремится повернуть ротор относительно оси ВВ, величина этого момента определяется из выражения

         (1.11)

Этот момент, пропорциональный массовому расходу вещества, так  же как и в предыдущем случае, может быть измерен электрическим датчиком усилий.

Электрические расходомеры

Индукционные  расходомеры

Индукционными расходомерами  называются расходомеры, принцип действия которых основан на измерении пропорциональной расходу электродвижущей силы, индуктированной в потоке электропроводной жидкости под действием внешнего магнитного поля.

Рис 1.10 Принципиальная схема индукционного расходомера.

На рис. 1.10 показана принципиальная схема приемника индукционного расходомера. Трубопровод 1, по которому протекает проводящая жидкость, расположен между полюсами магнита 2 перпендикулярно направлению силовых линий магнитного поля. Пол действием магнитного поля ионы, находящиеся в жидкости, определенным образом перемещаются и отдают свои заряды измерительным электродам 3, создавая на них э. д. с. , пропорциональную скорости течения жидкости . Величина этой э. д. с. определяется уравнением

                                                                                    (1.12)

где – магнитная индукция в зазоре между полюсами магнита;

 – скорость течения  жидкости;

 – внутренний диаметр  трубопровода.

Формула (1.12) написана для случая постоянного магнитного поля. Если магнитное поле изменяется во времени с частотой _, то величина будет определяться уравнением

                                                                      (1.13)

Выражая скорость течения  жидкости через объемный расход получим:

                                                                                     (1.14)

и

                                                                           (1.15)

 

где – объемный расход жидкости;

 – внутренний диаметр  трубопровода.

Таким образом, индукционные расходомеры могут быть выполнены как с постоянными магнитами, так и с электромагнитами, питаемыми переменным током с частотой .

 

Ионизационные расходомеры

Принцип действия ионизационных  расходомеров основан на измерении  скорости перемещения в потоке некоторого ионизированного объема газа. Как показали исследования, скорость продвижения ионов равна скорости потока. Возможен также способ измерения расхода по сопротивлению разрядного промежутка между двумя электродами, которое зависит от местной скорости.

Ионизацию можно производить различными ионизирующими устройствами. Наибольшее распространение для измерения расхода получили устройства с электрической ионизацией потока и с ионизацией при помощи радиоактивных излучений, иногда пользуются комбинированным способом ионизации.

Расходомеры с тлеющим  разрядом выполняются в виде щупа с воздушным или водяным охлаждением (рис. 1.11). В корпусе щупа 3 закреплены платиновые электроды 2 с зазором 1, равным 0,1— 0,2 мм. При достаточно большой разности потенциалов (порядка 5— 10 кВ) между электродами возникает так называемый тлеющий разряд. Скорость газового потока влияет на условия движения ионов между электродами, что отражается на величине сопротивления разрядного промежутка. Протекающий между электродами ток имеет величину 10^-5-10^-12а и изменяется обратно пропорционально скорости в месте измерения. Для определения расхода необходимо знать зависимость средней скорости потока от измеренной, т. е. профиль распределения скоростей по сечению.

Рис 1.11 Ионизационный анемометр тлеющего разряда.

Рис  1.12 Анемометр с периодическим коронным разрядом и радиоактивным излучением.

Расходомеры с периодической  искровой ионизацией измеряют скорость продвижения ионизированных объемов  газа от места ионизации до приемника ионов. На рис. 1.12 схематически показан такой расходомер. В трубопроводе 1 расположен остроконечный электрод 3, находящийся под положительным потенциалом порядка 1,6—1,8 кВ. Электрод подключен к источнику напряжения через сопротивление R_T. Острие электрода является точкой коронного разряда, происходящего в моменты накопления на острие достаточного заряда. Для улучшения условий образования разряда электрод облучается -частицами от источника радиоактивных излучений 2. Электрические разряды имеют продолжительность около 1 мксек и вызывают импульсы отрицательного напряжения на сопротивлении R_T. После каждого разряда возникает ионное облако, которое уносится потоком. При прохождении ионного облака вблизи приемника ионов 4 на сопротивлениях R_т и R_д усиливаются в электронных усилителях 5 и 6 и подаются на электронное устройство 7 для измерения промежутков времени между импульсами, а с него — на регистрирующий прибор 8.

Расходомеры с непрерывной ионизацией потока радиоактивным облучением работают следующим образом.

Ионизационная камера имеет два плоских электрода 1 и 2, размещенных в потоке. На один из электродов нанесен слой радиоактивного вещества, испускающего - или - частицы, ионизирующие газовый поток, протекающий между электродами. При создании на электродах разности потенциалов порядка 100—300 В между электродами начинает протекать ионный ток, величина которого зависит от количества ионов, уносимых потоком из межэлектродного пространства, т. е. величина ионного тока пропорциональна скорости потока.

Расходомеры с ионизацией потока модулированным радиоактивным излучением работают следующим образом (рис. 1.13).