Электромагнитные (индукционные) расходомеры
Предназначены для измерения расхода различных жидких сред, в том числе с мелкодисперсными неферромагнитными частицами, с электрической проводимостью не ниже 5·102 См/м, протекающих в закрытый и полностью заполненные трубопроводах. Широко применяются в пищевой промышленности.
Выполняются электромагнитные расходомеры в виде двум отдельным блоков: измерительного преобразователя расхода и передающего преобразователя (см. рис.2.17).
Рис.2.17. Принцип действия электромагнитного расходомера
Измерительный преобразователь состоит из немагнитного участка трубопровода с токосъемными электродами и ярма электромагнита, охватывающего трубопровод. При протекании электропроводных жидкостей по немагнитному трубопроводу через однородное магнитное поле в жидкости, как в движущемся проводнике возникает ЭДС, снимаемая электродами. ЭДС прямо пропорциональна средней скорости потока:
Е = В l ср,
где
В – электромагнитная индукция в зазоре между полюсами магнита, Т;
l – расстояние между электродами, м;
ср – средняя скорость потока, м/с.
Так как площадь сечения трубы постоянна, ЭДС можно выразить через объемный расход жидкости:
Е = ВQo/Dу,
где
Dу – внутренний (условный) диаметр трубы, равный расстоянию между электродами, м.
Для съема сигнала (ЭДС) через стенку трубы, изолированно от не, вводятся два электрода. Сигнал с электродов подается на измерительный блок, где приводится к стандартизованному виду и передается к ИУ (измерительному устройству ). Значение ЭДС не зависит от плотности и вязкости жидкости, давления и температуры, поэтому электромагнитные расходомеры хорошо подходят для измерения расхода любых электропроводных жидкостей.
Индукционные расходомеры рассчитаны на условные проходы от 10 до 300 мм и обеспечивают измерение в пределах от 0,32 до 2500 м3/ч. Класс точности 1.
Основные достоинства:
отсутствие подвижных деталей;
отсутствие ограничений на геометрию трубопровода;
высокие точность измерения и сходимость результатов;
может измеряться расход жидкостей, имеющих высокую вязкость и содержащих твердые частицы (например, фруктовая пульпа).
Основные недостатки:
требуется источник питания;
результаты измерения без использования специальной системы Promag , в случае «пустого» трубопровода, будут ошибочными;
удельная электропроводность жидкости должна быть больше 1 мкСм/см.
Широко распространена практика измерения расхода газов с помощью термоанемометров. Расходомер простейшей конструкции состоит из двух одинаковых по размерам термодатчиков (ТПС). Один датчик измеряет температуру газа, а другой нагревается проходящим через него током. Температура нагретого датчика поддерживается выше температуры газа на постоянную величину. При обдуве датчика потоком газа, датчик охлаждается в соответствии с приведенными выше формулами.
Основные достоинства:
производится измерение массового расхода, причем в одной точке;
большой динамический диапазон (для газа 100:1);
потери давления пренебрежимо малы
Основные недостатки:
необходимо проводить калибровку;
следует учитывать тепловые характеристики газа;
требует больших прямых участков трубопровода или установки выпрямителя потока;
точность измерения зависит от содержания влаги в анализируемом газе.
Вихревые расходомеры
Принцип действия вихревого расходомера основан на эффекте Кармана, так называемой вихревой дорожки Кармана (см. рис.2.18). Когда в потоке жидкости, движущейся по трубопроводу оказывается тело не обтекаемой формы, то граничащие с этим телом слои жидкости образуют завихрения, распространяющиеся по течению. Это явление получило название «вихревой дорожки Кармана». Завихрения образуются по всей поверхности тела. Если подсчитать количество завихрений, образовавшихся за одну секунду (частота образования завихрений) с помощью электроакустического преобразователя, то согласно приведенному выражению можно определить среднюю скорость потока жидкости:
F = (St v)
d , где
F – частота образования завихрений; v - скорость потока; d- ширина тела обтекаемой формы; St – коэффициент Строухала.
Коэффициент Строухала связывает частоты образования завихрений и скорость. Откалиброванный расходомер обеспечивает линейную зависимость в широком динамическом диапазоне (50 : 1) при малой потере давления.
Рис. 2.18 Принцип действия вихревого расходомера
Основные достоинства:
универсальность – можно измерять расход газа, пара, жидкостей;
низкая стоимость;
малые потери давления;
высокая точность + 1% от показаний для газов, + 0,5% от показаний для жидкостей;
широкий динамический диапазон (50 : 1);
линейный выходной сигнал;
не требуется проводить коррекцию нуля.
Основные недостатки:
требуют наличия прямых участков трубопровода;
не регистрируют минимальный расход;
точность измерения падает при числах Рейнольдса Rе < 20 000 (вязких сред), поэтому измерение расхода возможно только не для вязких жидкостей.
Вихревые расходомеры получили особенно широкое распространение для измерения расхода пара. Использование расходомеров Prowirl фирмы Endress + Hauser (Германия) позволяет получить информацию о мгновенном расходе, суммарный расход, предупредительную сигнализацию и связь с пультом единой системы энерго-ресурсо сбережения.