3. Канал измерения расхода
Приборы и датчики, измеряющие расход топлива в единицу времени (расходомеры), применяются для выдерживания наиболее экономичного режима полета, отвечающего минимуму расхода горючего на километр пройденного пути (с учетом скорости полета). Эта же задача может решаться автоматически с помощью экстремального регулятора, воспринимающими устройствами которого служат датчик расхода топлива и датчик скорости полета. Зная запас топлива и его расход, можно вычислить возможную длительность и дальность полета, а также с учетом скорости полета и дальность.
Тахометрические расходомеры
Принцип действия тахометрических (скоростных или турбинных) расходомеров основан на зависимости скорости вращения расположенной в трубопроводе ненагруженной тангенциальной крыльчатки (турбины) от расхода жидкости.
Достоинством метода является пропорциональная зависимость скорости вращения крыльчатки от расхода жидкости.
Частота вращения крыльчатки зависит не только от величины расхода, но также от вязкости жидкости (температуры), что вызывает появление погрешностей прибора.
В приборах мгновенного расхода сигнал тахогенератора (напряжение или частота) служит мерой измеряемого расхода.
Математическая модель
Частота вращения ненагруженной крыльчатки пропорциональна скорости потока, т. е.
(2)
где к – коэффициент, зависящий от параметров крыльчатки; ν – скорость потока, км/ч. Мгновенный объемный расход может быть выражен формулой
(3)
а мгновенный массовый расход
(4)
где ρ – плотность жидкости, гр/см3 ; S – сечение трубопровода, м2; Если воспользоваться формулами (2) и (4) получим
(5)
Анализ погрешностей канала измерения расхода
Представленные расходомеры являются приборами косвенного метода измерения, поэтому им свойственны методические погрешности. При градуировке в объемных единицах методические погрешности отсутствуют, так как в градуировочной формуле 4 площадь сечения трубопровода постоянна. Однако при градуировке в массовых единицах методические погрешности возникают, как следует из формулы (5), вследствие изменения плотности ρ при изменении температуры или сорта топлива.
Погрешности при замене сорта топлива могут достигать 5 – 6 %. Они учитываются поправочными графиками.
Методические температурные погрешности в диапазоне температур топлива ±60 °С достигают 5 – 10 %. Для автоматической компенсации этих погрешностей применяют чувствительные элементы, реагирующие на температуру топлива и подающие компенсационные сигналы в схему прибора. В качестве чувствительных элементов применяются конденсаторы, в которых диэлектрическая постоянная является функцией температуры топлива, и терморезисторы. Методическая погрешность из-за изменения плотности при замене сорта топлива в расходомерах либо учитывается путем тарировки расходомера под определенный сорт топлива с нанесением на шкале показывающего прибора плотности данного сорта топлива, либо компенсируется автоматически введением в электрическую схему дополнительных поправочных резисторов, подключаемых с помощью специальных переключателей сорта топлива, расположенных на пульте управления.
Погрешность измерения может также возникать из-за неравномерного распределения скорости течения топлива по поперечному сечению датчика расхода.
Для уменьшения этой погрешности необходимо, чтобы течение топлива в области установки крыльчатки не было турбулентным. В целях достижения этого и для направления потока вдоль оси крыльчатки перед крыльчаткой и после крыльчатки устанавливают струенаправляющие аппараты, прямые лопатки которых расположены параллельно оси турбинки.
Инструментальные погрешности расходомеров складываются из погрешностей преобразователя, измерительной схемы и указателя.
Погрешности датчика обусловлены моментом нагрузки на крыльчатку, равным сумме моментов трения МТр, жидкостного сопротивления Мж и преобразования МПр, т. е.
(23)
Обычно
<<
.
Если момент нагрузки сравним с моментом, развиваемым крыльчаткой Мд, то нарушается пропорциональность в формулах (3) и (4). Для уменьшения погрешностей параметры датчика следует выбирать из условия
>>
.
(24)
Температурные инструментальные погрешности в расходомерах мгновенного расхода компенсируются термомагнитным шунтом.
Инструментальные погрешности измерительных схем суммирующих расходомеров практически отсутствуют, поскольку число импульсов пропорционально расходу. В процессе эксплуатации расходомеров возникают дополнительные инструментальные погрешности, вызываемые изменениями геометрических размеров подвижных элементов датчика расхода и электрических параметров элементов измерительной схемы.