Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Tom_1.doc
Скачиваний:
2
Добавлен:
01.05.2025
Размер:
28.39 Mб
Скачать

4.3.6. Вихревые расходомеры

Принцип действия вихревых расходомеров основывается на явлении вихревого следа, известного как эффект Кармана. Когда жидкость обтекает тело, поток разделяется и образует завихрения, которые следуют попеременно позади вдоль каждой стороны тела обтекания (Рис. 4.84-4.86). Вихри являются причиной возникновения зон флуктуации давления, которые улавливаются чувствительным элементом. Частота генерации вихрей прямо пропорциональна скорости жидкости. Выходной сигнал вихревого расходомера зависит от К-фактора. К-фактор – отношение частоты генерируемых вихрей к скорости жидкости [14]:

V=ω/K,

где V – скорость жидкости, ω - частота вихрей, К – К-фактор. К - фактор изменяется с числом Рейнольдса, но он фактически постоянен в широком диапазоне.

Рис. 4.84. Характер потока

Вихревые расходомеры обеспечивают высокую точность расходов, когда работают внутри этого линейного участка. Вихревой принцип хорош тем, что он позволяет измерять расход жидкости, газа, пара. Однако имеется ограничение для жидкостей. Их вязкость должна быть не более 2 сСт [14].

Известны различные конструкции вихревых приборов, различающихся принципом съема сигнала. Это расходомеры со съемом сигнала по пульсациям давления за телом обтекания, по изгибным напряжениям тела обтекания или специального элемента, с электромагнитным съемом сигнала, с термоанемометрическим принципом съема сигнала, а также с акустическим [14].

Рис.4.85. Схема вихревого расходомера

Рис. 4.86. Образование завихрений

Интеллектуальный вихревой расходомер Rosemount 8800D позволяет измерять расход таких сред как газ, пар, жидкость. Диаметр условного прохода трубопровода Dу может составлять 15, 25, 40, 50, 80, 100, 150, 200, 250, 300 мм. Избыточное давление измеряемой среды до 25 МПа. Выходные сигналы: от 4 до 20 мА с цифровым сигналом на базе HART - протокола; частотно-импульсный с перенастраиваемой ценой и длительностью импульсов; Foundation fieldbus (FF). Пределы допускаемой основной относительной погрешности измерений расхода [6]:

- по цифровому и импульсному выходу:

для жидкости ±0,65%,

для пара, газа ±1,35%;

- по токовому выходу:

дополнительно ±0,025% от диапазона

Нестабильность ±0,1% от расхода в течение 12 меcяцев.

ПГ «Метран», г. Челябинск.

      1. 4.3.7. Ультразвуковые расходомеры

В настоящее время наиболее перспективными являются методы измерения с использованием акустических волн. Применение расходомеров с накладными ультразвуковыми преобразователями обеспечивает значительную экономию затрат. Кроме того, расходомеры с накладными ультразвуковыми преобразователями позволяют проводить измерение расхода жидкости, протекающей в чугунных, пластмассовых, стеклянных трубопроводах, где применение врезных расходомеров существенно затруднено [15].

Принцип действия существующих в настоящее время расходомеров с накладными ультразвуковыми преобразователями базируется на трех различных методах измерения скорости потока: корреляционном, с использованием эффекта Доплера, время–импульсном [15].

Корреляционный метод основан на измерении скорости движения неоднородностей потока: турбулентных вихрей, а также газообразных и твердых включений путем выделения среднего временного интервала, необходимого для преодоления этими неоднородностями расстояния между двумя парами «излучатель – приемник ультразвука», расположенными на известном расстоянии друг от друга. Ультразвуковые колебания распространяются перпендикулярно оси потока [15]. Корреляционное решение используется там, где наиболее традиционные расходомеры не могут работать хорошо или могут быть повреждены. Необходимое требование состоит в том, чтобы процесс обладал произвольно изменяющимся параметром, таким как температура, проводимость, нерегулярность, электрический заряд, диэлектрическая проницаемость или плотность. В идеале, локальные значения этого параметра в окрестностях сенсоров не должны сильно различаться. В противном случае сенсоры будут генерировать одинаковые случайные сигналы сдвинутые друг относительно друга во времени ( рис. 4.87 – 4.88) [16].

Рис. 4.87. Расположение сенсоров.

Рис. 4.88. Выходные сигналы сенсоров.

При процедуре корреляции сигналов va и vb пик в корреляционной функции , возникает в том месте, где переменная  равна времени пути Т между сенсорами (рис. 4.89).

Рис. 4.89. Диаграмма взаимной корреляции сигналов va и vb

Скорость определяется отношением L/T. Чембольше величины T и L, тем более точную оценку скорости потока можно сделать. Однако при этом высота корреляционного пика снижается, поскольку уменьшается корреляция между сигналами двух сенсоров, что устанавливает предел на расстояние между ними.

Метод, основанный на использовании эффекта Доплера. Этот метод основан на известном в физике эффекте Доплера – изменении частоты сигнала, отраженного от движущегося объекта [15]. Сигнал известной частоты распространяется в жидкой среде, отражается от движущихся в потоке твердых частиц, пузырьков воздуха, локальных различий в плотностях и температурах среды. Чем больше инородных включений в жидкой среде, тем уже полоса частот информативного отраженного и принимаемого сигнала, что обеспечивает более высокую точность измерения скорости движения инородных включений. Частота отраженного ультразвукового сигнала сравнивается с частотой исходного сигнала (частотой излучателя) и вычисляется разница этих частот, которая в дальнейшем используется для определения скорости потока и расхода жидкости [15].

Время – импульсный метод основан на разности скоростей распространения ультразвуковых колебаний вдоль направления движения потока жидкости и навстречу ему. Ультразвуковые колебания, проходящие сквозь среду в направлении движения потока, достигают приемника быстрее, чем ультразвуковые колебания, проходящие сквозь среду навстречу движению потока. Измеряя разницу скоростей распространения ультрозвуковых колебаний вдоль направления движения потока и навстречу потоку жидкости, можно определить скорость движения жидкой среды и вычислить ее расход [15] (рис. 4.90). При скорости ультразвука с длительность прохождения импульса в неподвижной жидкости, находящейся в трубопроводе, составит

,

где l – расстояние между излучателями и приемниками ультразвуковых колебаний.

Рис. 4.90. Принцип измерения величины расхода

время-импульсным ультразвуковым расходомером

:

Откуда разность времен прохождения импульсов по потоку и против потока, учитывая, что .

Достоинства ультрозвуковых расходомеров:

  • ультразвуковые расходомеры не создают препятствий для потока, и, как следствие этого, падения давления в трубопроводе малы;

  • не имеют движущихся частей;

  • обладают возможностью достижения высокой точности измерений и высоким быстродействием.

Недостатки:

  • методические ограничения (влияние пузырьков, механических частиц, приводящих к возможности засора излучателя и приемника, находящихся внутри трубопровода);

  • для трубопроводов с внешними пьезоэлементами трубопровод создает повышенный уровень паразитных сигналов и помех, вызванных прохождением акустических колебаний по стенке трубопровода, что снижает чувствительность преобразователей.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]