Кориолисовы (массовые) расходомеры
При движении тела относительно вращающейся системы отсчета появляется сила инерции, называемая силой Кориолиса или кориолисовой силой инерции. Величина этой силы пропорциональна массе тела m, относительной скорости движения тела V по радиусу и угловой скорости вращения системы w, направленной вдоль оси вращения:
Fc=2mVw.
Кориолисовы расходомеры, как правило, используют U-образ-ную трубку малого сопротивления в качестве сенсора (датчика расхода) [3]. Внутри корпуса расходомера находится сенсорная трубка, которая приводится в колебательное движение управляющей электромагнитной катушкой, питаемой переменным током, расположенной в центре изгиба трубки. Трубка вибрирует подобно камертону (без каких-либо искривлений в случае отсутствия расхода).
При движении измеряемой среды через сенсор проявляется силы Кориолиса, воздействующей со стороны жидкости на трубку (рис.9).
Рис.9. Силы действующие на первичный преобразователь кориолисова расходомера
Когда трубка движется вверх во время половины ее собственного цикла, то для жидкости, втекающей внутрь, сила Кориолиса направлена вниз. Как только жидкость проходит изгиб трубки, направление силы меняется на противоположное. Таким образом, во входной половине трубки сила, действующая со стороны жидкости, препятствует смещению трубки, а во входной – способствует. Это является причиной того, что сенсорная трубка изгибается. Когда во второй фазе вибрационного цикла трубка движется вниз, направление изгиба меняется на противоположное [3].
Сила Кориолиса и, следовательно, величина изгиба сенсорной трубки прямо пропорциональны массовому расходу жидкости. Электромагнитные детекторы измеряют фазовый сдвиг при движении противоположных сторон сенсорной трубки.
Когда расхода измеряемой среды нет, то не возникает и изгиб трубки, в результате чего отсутствует временная разница между двумя сигналами детекторов.
Наряду с наиболее распространенной U-образной формой конструкция сенсора может быть также в форме двойной петли (рис.10).
Кориолисовы расходомеры массы вполне подходят для одновременного дозирования и для точных измерений в широком диапазоне расхода.
Электро-магнитный
детектор
В
Электро-магнитный
детектор
А
Электро-магнитная
катушка
Рис.
10. Схема кориолисова
расходомера
Вихревые расходомеры
Принцип действия вихревых расходомеров основывается на явлении вихревого следа, известного как эффект Кáрмана [3]. Когда жидкость обтекает тело, поток разделяется и образует завихрения, которые, срываясь, уносятся потоком (рис. 11). Возникновение вихрей происходит попеременно позади вдоль каждой стороны тела обтекания.
Формирование вихрей (высокая скорость, низкое давление)
Тело обтекания
Рис 11. Схема вихревого расходомера
Эти вихри являются причиной возникновения зон флуктуации (пульсации) давления, которые улавливаются чувствительным элементом. Частота генерации вихрей, а следовательно и пульсаций давления, прямо пропорциональна скорости жидкости [3].
Выходной сигнал вихревого расходомера зависит от К-фактора. К-фактор – отношение частоты генерируемых вихрей к скорости жидкости:
V=ω/K,
где V–скорость жидкости, ω-частота образования вихрей, К–К-фактор.
К-фактор изменяется с числом Рейнольдса, но он фактически постоянен в широком диапазоне. Вихревые расходомеры обеспечивают высокую точность расходов, когда работают внутри этого линейного участка [3].
Вихревой принцип хорош тем, что он позволяет измерять расход жидкости, газа, пара. Однако имеется ограничение для жидкостей. Их вязкость должна быть не более 2сСт.
Известны различные конструкции вихревых приборов, различающихся принципом съёма сигнала. Это расходомеры со съёмом сигнала по пульсациям давления за телом обтекания, по изгибным напряжениям тела обтекания или специального элемента, с электромагнитным съёмом сигнала, с термоанемометрическим принципом съёма сигнала, а также с акустическим [3].