Слайды 53 - 54. Кориолисов расходомер Micro Motion elite cmf 300
Расходомеры Micro Motion предназначены для прямого измерения массового расхода, плотности, температуры, вычисления объемного расхода жидкостей, газов и взвесей. Все измерения выполняются в реальном времени.
Кориолисовы расходомеры состоят из датчика расхода (сенсора) и преобразователя. Сенсор напрямую измеряет расход, плотность и температуру. Преобразователь конвертирует полученную информацию в стандартные выходные сигналы.
Измеряемая среда, поступающая в сенсор, разделяется на равные половины, протекающие через каждую из сенсорных трубок.
Сборки магнитов и катушек-соленоидов, называемые детекторами, установлены на сенсорных трубках.
Катушки смонтированы на одной трубке, магниты на другой. Каждая катушка движется сквозь однородное магнитное поле постоянного магнита. Полученное напряжение от каждой катушки детектора имеет форму синусоидальной волны. Эти сигналы представляют собой движение одной трубки относительно другой.
При движении измеряемой среды через сенсор проявляется физическое явление, известное как эффект Кориолиса. Поступательное движение среды во вращательном движении сенсорной трубки приводит к возникновению кориолисового ускорения, которое, в свою очередь приводит к появлению кориолисовой силы. Эта сила направлена против движения трубки, приданного ей задающей катушкой, т.е. когда трубка движется вверх во время половины ее собственного цикла, то для жидкости, поступающей внутрь, сила Кориолиса направлена вниз.
Когда расход отсутствует, синусоидальные сигналы, поступающие с детекторов, находятся в одной фазе.
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 в выходной способствует. Это приводит к изгибу трубки.
Когда во второй фазе вибрационного цикла трубка движется вниз, направление изгиба меняется на противоположное.
Сила Кориолиса и, следовательно, величина изгиба сенсорной трубки прямо пропорциональны массовому расходу жидкости. Детекторы измеряют фазовый сдвиг при движении противоположных сторон сенсорной трубки.
Как результат изгиба сенсорных трубок генерируемые детекторами сигналы не совпадают по фазе, так как сигнал от входной стороны запаздывает по отношению к сигналу с выходной стороны.
Разница во времени между сигналами ΔT измеряется в микросекундах и прямо пропорциональна массовому расходу. Чем больше ΔT, тем больше массовый расход.
Слайд 55. Вихревые расходомеры
Принцип действия вихревых расходомеров основан на зависимости от расхода частоты колебаний давления, возникающих в потоке в процессе вихреобразования или колебания струи. Существует несколько разновидностей вихревых расходомеров, наиболее распространенными из которых являются расходомеры, имеющие в первичном преобразователе неподвижное тело, при обтекании которого с обеих его сторон попеременно возникают срывающиеся вихри, создающие пульсации давления.
В этом расходомере вихри образуются по причине того, что непосредственно за телом, находящимся в потоке, давление потока уменьшается, и пограничный слой, обтекающий тело, отрываясь от него, изменяет направление своего движения. Этот процесс происходит с обеих сторон тела. Но так как развитие вихря с одной стороны препятствует такому же развитию с другой стороны, то образование вихрей с двух сторон тела происходит поочередно. При этом за телом образуется так называемая вихревая дорожка Кармана. Частота срыва вихрей пропорциональна объемному расходу вещества.
Для тела цилиндрической формы, помещенного в потоке, связь частоты срыва вихрей f и объемного расхода Q устанавливается выражением
,
где S – площадь наименьшего поперечного сечения потока вокруг цилиндра;
d – диаметр цилиндра;
Sh – число Струхаля, характеризующее периодические процессы, связанные с движением жидкости или газа. Число Струхаля постоянно в определенном диапазоне измерений расхода.
Однако преимущественное применение в вихревых расходомерах нашли тела необтекаемой формы, в основном – призмы с прямоугольным, треугольным или трапецеидальным основанием, причем основание треугольников и призм обращено навстречу потоку. Такие тела образуют сильные и регулярные вихревые колебания, хотя и создают бόльшую потерю давления. При необходимости усиления выходного сигнала иногда применяют два тела обтекания, расположенных на некотором расстоянии друг от друга.
Преобразование вихревых колебаний, представляющих собой пульсации давления и скорости потока, в выходной сигнал осуществляется с помощью преобразователей давления (например, пьезоэлементов или тензорезисторов), ультразвуковых преобразователей скорости и т.п., которые размещаются в обводной трубке, находящейся снаружи трубопровода, или в сквозном отверстии тела обтекания, просверленного перпендикулярно потоку.
Работу вихревого расходомера могут нарушать акустические и вибрационные помехи, создаваемые насосами, компрессорами, вибрирующими трубами и т.п. Влияние частоты вредных вибраций устраняется с помощью электрических фильтров. К достоинствам вихревых расходомеров относятся отсутствие подвижных частей, независимость показаний от давления и температуры и высокая точность, а к недостаткам – значительная потеря давления, непригодность применения при малых скоростях потока и возможность применения на трубопроводах диаметром от 25 до 300 мм.