16.2.2 Ультразвуковые принципы

Эти принципы основаны на измерении скорости ультразвуковых колебаний в подвижной среде, которая равна геометрической сумме скорости среды и скорости звука в данной неподвижной среде, которая известна.

Рис. 16.4. Структурная схема фазового ультразвукового расходомера

Разновидности: времяимпульсный, частотно-импульсный, доплеровский, фазовый и принцип на основе измерения интенсивности сноса ультразвуковых колебаний движущимся потоком. Ультразвуковые принципы в основном применяются для измерений расходов жидких сред.

На рис. 16.4 ультразвуковые колебания, создаваемые генератором 1, модулируются с помощью модулятора 2 и генератора 11. Модулированные колебания поступают на возбудители 3 двухканального датчика, установленного на трубопроводе 4. Сигналы с приемников ультразвуковых колебаний 10 через усилители 5 и 9, демодуляторы 6 и 8 подаются на фазо-метр 7, показания которого пропорциональны расходу.

Недостатками являются возникающая методическая погрешность, обусловленная отличием измеряемой этими методами скорости движения среды, осредненной по пути от излучателя до приемника ультразвуковых колебаний, от скорости движения среды; шероховатость трубопровода; физико-химические свойства перемещающейся среды.

16.2.3 Термоанемометрический принцип

Это разновидность теплового принципа, основанного на сносе тепла движущимся потоком. При помещении в движущуюся жидкую или газовую среду нагреваемого током терморезистора снос тепла потоком является основным фактором, влияющим на теплоотдачу терморезистора.

Недостатком является изменение температуры среды и ее теплофизических параметров.

16.2.4 Индукционный принцип

Принцип основан на возникновении ЭДС в электропроводящей жидкости при движении ее в поперечном магнитном поле.

Рис. 16.5. Схема индукционного расходомера

Расходомер (рис. 16.5) содержит источник постоянного магнитного поля 1 с помещенным в него немагнитным участком трубопровода 2, в который вмонтированы электроды 3 для снятия индуктируемой ЭДС и средство измерения этой ЭДС.

Достоинства: практически безинерционны и позволяют производить измерения в быстропеременных потоках. Они измеряют расходы вязких, агрессивных и сильно загрязненных жидкостей, расплавленных металлов. Недостатки: возникают погрешности от напряжения поляризации при измерении расхода электролитов, погрешности от ЭДС, погрешности от паразитных наводок, погрешности вследствие искажения эпюры распределения скоростей в цилиндрическом канале индукционного преобразователя, погрешности вследствие временной и температурной нестабильности характеристик магнитных систем.

16.2.5 Доплеровские принципы

Принципы основаны на использование эффекта Доплера, заключаю-щегося в изменении частоты излучения при движении его источника или приемника. Относительное изменение частоты излучения пропорционально отношению измеряемой скорости к скорости распространения колебаний [3].

Достоинствами принципа является бесконтактность, высокая чувствительность и точность, возможность сканирования и измерения локальных скоростей отдельных частиц, возможность определять топографию поля скоростей сложных потоков.

Рис. 16.6. Схема доплеровского анемометра для измерения

скорости двухфазных потоков газ – твердые частицы

Излучение лазера 1 с помощью светоделителя и зеркала разделяется на два когерентных зондирующих световых луча 2 и 3 равной интенсивности, которые с помощью линзы 4 фокусируются в некотором элементарном объеме исследуемого потока 5 (рис. 16.6). На вход фотоприемника 6 (фотоэлектронного умножителя) поступают пространственно совмещенные световые волны, образованные в результате рассеивания частицами зондирующих лучей (первого и второго). С фотоприемника 6, сигнал через следящий частотный фильтр с частотным детектором 7 подается на интегрирующий цифровой вольтметр 8 и электронный вольтметр 9, первый из которых измеряет среднюю скорость частиц, а второй – среднее квадратичное значение пульсаций скорости частиц. Выходной сигнал наблюдается на экране светолучевого осциллографа 10.

Принцип ядерного гамма-резонанса (ЯГР) является разновидностью доплеровского принципа с использованием радиоактивного излучения. Принцип основан на явлении резонансного ядерного поглощения гамма-квантов в кристалле без отдачи энергии, получившим название эффекта Мессбауэра [3].

Источник гамма-излучения 1, содержащий мессбауэровский изотоп, расположен на одной стороне трубопровода, а на другой стороне установлены два детектора гамма-излучения 2 (рис. 16.7). Сигналы с детекторов через измерительное устройство 3 подаются на реверсивный счетчик 4, показания которого дают возможность определить значение и направление скорости жидкости.

Рис. 16.7. Схема измерения малых скоростей

на основе эффекта Мессбауэра