4. Принцип работы скоростного (турбинного) расходомера. Измерение мгновенного и суммарного расхода. Погрешности.

Турбинный расходомер представляет собой корпус, в кольцевой камере которого перпендикулярно к направлению потока расположена турбинка, являющаяся чувствительным элементом преобразователя.

В результате силового взаимодействия лопастей турбинки с потоком жидкости турбинке передается заключенная в потоке энергия, вследствие чего турбинка вращается с угловой скоростью, пропорциональной скорости потока жидкости. Угловая скорость турбинки посредством магнитоиндукционного генератора преобразуется в электрический сигнал переменного тока, частота которого пропорциональна угловой скорости турбинки, а, следовательно, измеряемому расходу. Принципиальная схема преобразователей приведена на рис.

1.Турбинка.

2.Магнит.

3.Сердечник.

4.Катушка.

Магнитный поток, создаваемый постоянным двухполюсным магнитом (2), замыкается через катушку (4) с сердечником (3), выполненным из электротехнической стали, и магнитопроводящие полости турбинки (1). При вращении турбинки, вследствие периодического изменения зазора между сердечником катушки и лопастями турбинки происходит пульсация магнитного потока, вызывающая наведение э.д.с. в катушке магнитоиндукционного генератора. Частота наведенной э.д.с. в обмотках катушки определяется частотой изменения проводимости магнитной цепи.

Скоростные расходомеры мгновенного расхода.

Скорость вращения ненагруженной крыльчатки пропорциональна скорости потока, т. е.

ω = k1 V,

где k1 — коэффициент, зависящий от параметров крыльчатки.

Для построения приборов, измеряющих объемный или весовой расход, необходимо измерить скорость вращения крыльчатки ω и передать полученное значение на указатель, устанавливаемый на приборной доске. Другими словами, скоростной расходомер мгновенного расхода включает измеритель скорости вращения, дистанционную передачу и указатель.Шкала мгновенного расхода градуируется в кГ/час.

Скоростные расходомеры суммарного расхода.

Измерение суммарного расхода топлива сводится к интегрированию по времени сигналов о мгновенном расходе. Если шаг интегрирования достаточно мал, то операция интегрирования может быть дискретной. Дискретное интегрирование может быть просто реализовано в системах с импульсными преобразователями, при условии, что часто импульсов

пропорциональна скорости вращения. В этом случае дискретное интегрирование сводится к подсчету числа импульсов.

Для преобразования сигналов скорости вращения в электрические импульсы в суммирующих расходомерах используется индуктивно-импульсное устройство (рис. 8.3.6), схема которого включает индуктивный мост, образованный индуктивностями L1, L2, L3 и L4, и тиратронный усилитель. Катушка L2 имеет постоянную индуктивность, а индуктивность L1 изменяется за счет вращающегося сердечника в зазоре магнитопровода. Скорость вращения сердечника пропорциональна скорости крыльчатки.

При изменении индуктивности L1 равновесие моста нарушается и на его диагонали появляется напряжение, частота которого равна частоте питающего напряжения (400 Гц). Это напряжение через выпрямители Д1 и Д2 и фильтр R2C3 подается на сетку тиратронной лампы, при этом потенциал сетки становится отрицательным относительно катода.

Погрешности скоростных расходомеров.

Скоростные расходомеры являются ИУ косвенного метода измерения поэтому им свойственны методические погрешности. При градуировке в объемных единицах методические погрешности отсутствуют, так как в градуировочнои формуле (11.6) площадь сечения S постоянна. Однако при градуировке в весовых единицах в мгновенных и в суммирующих расходомерах методическая погрешность возникает, как следует из (11. 7), вследствие изменения весовой плотности γ при изменении температуры или сорта топлива.

Погрешности при замене сорта топлива могут достигать 5÷6%. Они учитываются поправочными графиками. На шкалах расходомеров обычно указывается значение градуировочной плотности топлива.

Методические температурные погрешности в диапазоне температур топлива ±60°С достигают +3÷4% и 5÷10%. Для автоматической компенсации этих погрешностей предложено применять чувствительные элементы, реагирующие на температуру топлива подающие компенсационные сигналы в схему прибора. В качестве таких чувствительных элементов могут применяться емкостные датчики, в которых диэлектрическая постоянная ε является функцией температуры топлива, и биметаллические компенсаторы, сигналы которых можно использовать для осевого перемещения крыльчатки.

Инструментальные погрешности скоростных расходомеров складываются из погрешностей датчика, измерительной схемы и указателя.

Погрешности датчика обусловлены главным образом моментом нагрузки Мн на крыльчатку, который определяется моментом трения Мтр в опорах, моментом жидкостного Мж сопротивления и моментом от преобразователя сигналов Мпр:

Мн = Мт + Мж + Мпр

Если момент нагрузки сравнить с моментом развиваемым крыльчаткой Мд, то нарушится пропорциональность. Для уменьшения этих погрешностей следует выбирать параметры датчика так, чтобы

Мд >> Мн.

Температурные инструментальные погрешности тахометрического измерителя в мгновенном расходе компенсируются термомагнитным шунтом.

Инструментальные погрешности схемы суммирующего расходомера практически отсутствуют, поскольку число импульсов пропорционально расходу.