Общее название приборов для измерения расхода – расходомеры.
Расходомеры подразделяют на следующие группы:
- расходомеры переменного перепада (с сужающим устройством);
- расходомеры постоянного перепада (расходомеры обтекания);
- тепловые;
- тахометрические;
- электромагнитные;
- вихревые;
- акустические и др.
Расходомеры переменного перепада
1 - трубопровод;
2 - стандартное сужающее устройство;
3 - дифференциальный манометр;
D, d - диаметр трубопровода и сужающего устройства;
р 1, р 2 – давление до и после сужающего устройства.
Принцип действия:
Чувствительным элементом расходомера является стандартное сужающее устройство 2, установленное внутри трубопровода 1. При протекании газа или жидкости через отверстие сужающего устройства 2 возникает перепад давлений Δ р, зависящий от скорости потока и, соответственно, расхода Q.
Для измерения перепада давлений Δ р используют вторичный прибор – дифференциальный манометр 3 любого типа. Манометр может быть оснащен устройством дистанционной передачи показаний (см. схемы преобразователей перемещения).
Расходомеры постоянного перепада
1 - вертикальная конусная трубка;
2 - поплавок.
Принцип действия: зависимость вертикального перемещения поплавка от скорости потока среды и, соответственно, ее расхода.
Расходомер постоянного перепада (ротаметр) состоит из вертикальной конусной трубки 1 и размещенного внутри ее чувствительного элемента – поплавка 2. Коническая трубка 1 снабжена штуцерами для подключения к магистрали (на схеме не показаны). Под действием потока среды поплавок вертикально перемещается. При этом увеличивается площадь кольцевого зазора между боковой поверхностью поплавка и конической трубки. В результате скорость потока в кольцевом зазоре остается практически постоянной. Падение давления (p 1– p 2) на чувствительном элементе также практически не изменяется. Мерой расхода служит высота подъема поплавка.
Тахометрические расходомеры
Принцип действия: измерение скорости тела, установленного внутри трубопровода и движущегося за счет потока газа или жидкости. В основном используют для измерения расхода жидкостей.
Рассмотрим схему турбинного расходомера.
1 - трубопровод;
2 - крыльчатка (турбинка);
3 - индукционный преобразователь;
4 - немагнитный участок трубопровода.
В трубопроводе 1 установлена крыльчатка 2, которая вращается под действием потока. Лопасти крыльчатки изготовлены из ферромагнитного материала, а участок трубопровода 1 в месте установки крыльчатки 2 изготовлен из немагнитного материала (4). В непосредственной близости от крыльчатки 2 установлен индукционный преобразователь.
При движении ферромагнитных лопастей крыльчатки 2 относительно индукционного преобразователя 3 в последнем появляется импульсный сигнал, частота импульсов которого пропорциональна расходу.
Тепловые расходомеры
Принцип действия: зависимость температуры тонкого нагревателя от расхода (скорости потока) среды вследствие теплопереноса. В основном используют для измерения расхода газа.
1 - тонкостенная никелевая трубка (δ =0,1 мм);
2,3 - терморезисторы-нагреватели из тонкой медной проволоки сопротивлением R t1, R t2;
4 - усилитель;
R 1, R 2 - резисторы мостовой измерительной схемы;
U стаб - стабилизированный источник питания.
Чувствительный элемент теплового расходомера образован тонкостенной никелевой трубкой 1, на наружной поверхности которой размещены два терморезистора R t1, R t2 (2,3). Терморезисторы выполнены из тонкой медной проволоки и включены в мостовую измерительную схему с резисторами R 1; R 2. Для питания мостовой схемы используют стабилизированный источник U стаб. Выходной сигнал с мостовой схемы поступает в усилитель 4 и далее на измерительный прибор.
Парциальные расходомеры
Принцип действия: измерение части общего расхода, протекающей по ответвлению основного трубопровода и определение по измеренной части общего расхода.
1 - трубопровод;
2 - сужающее устройство;
3 - трубопровод расходомера;
4 - расходомер;
Q – общий расход;
Q р – расход, протекающий через ответвление (расходомер).
Парциальный расходомер представляет собой участок трубопровода 1 с установленным в нем сужающим устройством 2. В обход сужающего устройства 2 смонтирован трубопровод 3 расходомера 4.
Под действием падения давления на сужающем устройстве 2 по трубопроводу 3 протекает часть Q р общего расхода Q, который нужно определить. Связь между общим расходом Q и парциальным Q р можно выразить следующим образом:
Q = Q р ,
где S р и S су – проходное сечение расходомера и сужающего устройства соответственно; α – поправочный коэффициент, учитывающий сужение струи.