15.3 Принципы измерений параметров углового движения
Принципы аналогичны принципам измерений параметров линейного движения при условии замены силы инерции чувствительного элемента средства измерения на момент сил инерции [3]. В этих принципах также применяются две группы средств измерений:
а) момент сил инерции преобразуется в угловое перемещение, а затем в электрический сигнал;
б) прямое преобразование момента сил инерции преобразуется в электрический сигнал.
В наиболее точных приборах этого типа используется принцип уравновешивающего преобразования. Для измерения угла поворота объекта в инерциальном пространстве используются интегрирующие гироскопы.
16 Принципы измерения параметров движения жидких и газообразных веществ
Основными параметрами движения потоков жидких, газообразных веществ и плазмы являются расход, определяемый как количество вещества, протекающее через сечение трубопровода в единицу времени, и полный расход, т. е. общее количество протекающего вещества. Диапазон измерения расхода от 15 ∙ 10-4 м3 / с до 0,5 м3 /с.
Приборы для измерения расхода называются расходомерами, для измерения количества вещества – счетчиками, для измерения скорости потоков – анемометрами.
Принципы измерения расхода делятся на контактные и бесконтактные. Расход относится к величинам, которые пока не возможно непосредственно измерить с помощью электрических принципов. Большинство принципов сводится к измерению каких-либо параметров потока вещества (развиваемое усилие, перепад давлений, скорость потока, частота завихрений), которые несут информацию о расходе.
16.1 Гидродинамические принципы измерения расхода
Гидродинамические принципы основаны на использовании явлений, возникающих при силовом воздействии потока жидкости или газа с помещенным в него телом.
Принципы делятся:
а) на статические, при которых поток взаимодействует с неподвижным телом;
б) динамические, когда используется подвижное тело, которое совершает поступательное, вращательное или колебательное движение.
16.1.1 Принцип переменного перепада давлений (статический)
Принцип основан на использовании сужающего устройства (диафрагма, сопло, трубка и др.), создающего перепад давления, измеряемый дифференциальным манометром прямого или уравновешивающего преобразования.
Принцип наиболее распространен, дает возможность работать при давлениях до 100 МПа и температуре несколько сотен градусов. Он позволяет независимо градуировать сужающие устройства и дифференциальные манометры. Недостатками являются большие погрешности (1-2 %), обусловленные демпфирующим действием сужающего устройства, нелинейной зависимостью между расходом и перепадом давлений, неравномерным распределением давления, износом сужающего устройства, изменением плотности вещества.
16.1.2 Гидродинамические частотные принципы (статические)
Принципы основаны на возникновении вихрей и гидродинамических колебаний в потоке жидкого или газообразного вещества.
Одна из разновидностей гидродинамического принципа основана на явлении возникновения гидродинамических колебаний, вызываемых «прилипанием» жидкости или газа к стенке трубопровода.
При проходе потока через специальный корпус 1 (рис. 16.1) расходомера происходит притягивание струи 2 к одной из стенок (эффект Коанда), вследствие чего возникает поток в канале обратной связи 3, вызывающий переброс струи к противоположной стенке, откуда под влиянием потока, возникающего во втором канале обратной связи 4, струя перебрасывается в начальное положение и т. д. Частота автоколебаний струи, пропорциональная скорости (объемному расходу), так же как и в вихревых расходомерах, определяется по частоте изменения сопротивления нагреваемого током терморезистора 5, который размещается в одном из каналов обратной связи.
Рис. 16.1. Схема гидродинамического частотного метода
Для определения частоты образования вихрей используются и ультразвуковые преобразователи. Под воздействием вихрей происходит модуляция ультразвуковых колебаний, частота которых равна частоте вихрей.