2.10. Корреляционные расходомеры

Большинство однофазных потоков, не говоря уже о многофазных, не строго однородны. Поэтому те или другие свойства или параметры потока (плотность, электрическая проводимость, температура и т. д.) непрерывно меняются случайным образом. Если с помощью коррелометра определить абсциссу максимальной ординаты взаимной корреляционной функции двух случайно изменяющихся параметров потока одного и того же рода, в двух сечениях, отстоящих друг от друга на небольшом расстоянии L, то эта абсцисса будет соответствовать времени τп перемещения потока на указанном расстоянии L. Зная поперечное сечение потока S, его объемный расход можно будет определить по формуле:

где k – коэффициент, учитывающий влияние профиля скоростей, свойств вещества и характера информационно-измерительного устройства.

П ринципиальная схема корреляционного расходомера показана на рис. 2.41. Изменение того или другого параметра потока, например концентрации отдельных его фаз, воспринимается в сечениях А и Б двумя преобразователями 1 и 2.

Рис. 2.41

Хотя сигналы х (t) и у (t) носят случайный характер, но, благодаря сравнительно небольшому расстоянию L между сечениями А и Б, они имеют тесную корреляционную связь. Форма сигнала х (t) опережает форму сигнала у (t) на время τп, необходимое для перемещения частиц потока от сечения А до сечения Б. Для измерения этого времени служит коррелометр, состоящий из блоков 3, 4, 6 и измерительного прибора 5. Блок 6 преобразует сигнал х (t) в сигнал х (t - τ). Он имеет регулирующее устройство, позволяющее изменять время задержки т. Блок 3 дает произведение сигналов х (t — τ) у (t). Блок 4 интегрирует это произведение и выдает его среднее значение Rxp(τ) за некоторый период времени Т. Значение корреляционной функции Rxp(τ) определяется уравнением

Достоинства корреляционных расходомеров: возможность применения для измерения расхода загрязненных сред, многофазных потоков и расплавленных металлов; отсутствие потери давления; отсутствие контакта с измеряемым веществом в большинстве случаев.

Недостатки корреляционных расходомеров: длительность процесса измерения, так как с уменьшением времени измерения Т погрешность возрастает; ограниченная точность, обычно погрешность измерения расхода не менее 1,5 –2 %.

Корреляционные расходомеры предназначены в первую очередь для измерения многофазных веществ и различных потоков, имеющих какие-либо неоднородности.

2.11. Тахометрические (скоростные) счетчики и расходомеры

Турбинный счетчик использует многолопаточный ротор, который поддерживается при помощи подшипников внутри секции трубы, перпендикулярно потоку (рис.2.42). Жидкость вращает ротор со скоростью, которая пропорциональна скорости жидкости и, следовательно, общему объемному расходу. Магнитная катушка, расположенная снаружи счетчика, производит переменное напряжение каждый раз когда лопатка пересекает линии магнитного поля катушки. Таким образом, каждый импульс представляет дискретный объем жидкости. Так как ротор обычно изготавливается из нержавеющей стали, он совместим со многими средами. Тем не менее, подшипники, которые необходимы для поддержки ротора и должны позволять ему вращаться свободно с высокой скоростью, требуют тщательного процесса очистки. Размеры турбинных счетчиков от 12 до 300 мм. Они имеют высокий отклик и хорошую точность.

Рис. 2.42. Турбинный расходомер

Тахометрические счетчики состоят из механизма (тахометра),

в котором поток воды напрямую, путем механического давления,

воздействует на лопасти крыльчатого колеса или турбины и вызывает

их вращение. Это вращение посредством зубчатой передачи передается на счетное устройство, регистрирующее количество расходуемой воды.

Место применения тахометрических счетчиков в коммунальном хозяйстве зависит от конструктивных особенностей этих приборов. Различают крыльчатые (вертикальное расположение оси) и турбинные (горизонтальное расположение оси) счетчики, а по типу подведения воды - одноструйные и многоструйные. Турбинные счетчики рационально использовать на более крупных промышленных предприятиях. Счетчики устанавливаются на общем вводе в здание при расходе воды не ниже 0,1 м3/ч. При меньших расходах счетчики устанавливать нецелесообразно. Многоструйные и одноструйные водосчетчики бывают к тому же сухими и мокрыми.

Счетчики мокрого типа – это самые простые, но достаточно эффективные приборы учета воды, счетное устройство которых никак не изолировано от протекающей через счетчик воды. Простота исполнения и сопутствующая дешевизна при достаточно высокой надежности - вот главные достоинства счетчиков мокрого типа. В то же время, такие водосчетчики неприменимы для учета воды, загрязненной взвешенными механическими частицами.

Счетчики сухого типа лишены этого недостатка. В таких приборах счетный механизм герметично отделен от измеряемой воды немагнитной перегородкой, благодаря этому на нем не образуется отложений взвешенных частиц. Передача же показаний с вращающейся крыльчатки или турбины на счетный механизм осуществляется с помощью закрепленного на них магнита. Подобное устройство делает счетчик пригодным для учета воды любой степени загрязнения, но значительно повышает его стоимость. Поэтому сухим механизмом много чаще оснащаются и так более дорогие многоструйные счетчики, которые применяются в тех случаях, когда действительно необходим особенно точный учет расхода воды. Сухой механизм на одноструйных счетчиках устанавливается редко, это лишило бы данные приборы их главного преимущества - дешевизны.

Шариковые расходомеры. Принцип работы шариковых расходомеров основан на вращении закрученным потоком жидкости свободно плавающего шара, вызывающего модуляцию в специальном устройстве электрического тока. Расходомеры могут быть с гидродинамически подвешенным ротором (ротор с размещенным внутри магнитом вращается под воздействием измеряемой жидкости) и кориолисовые (используется принцип регистрации возникновения кориолисова ускорения, которое зависит от расхода).

Камерные расходомеры. Камерные расходомеры измеряют объемный расход напрямую путем повторяющегося захвата порции жидкости. Общий объем жидкости, проходящей через расходомер в заданный промежуток времени, – это произведение объема порции на количество порций. Камерные расходомеры часто суммируют расход напрямую на встроенный счетчик, но они также могут генерировать импульсный выход, который может быть прочитан на местном ЖКИ или передан в комнату управления.

Так как каждый импульс представляет дискретный объем жидкости, они хорошо подходят для автоматического дозирования и учета. Снижение точности камерных расходомеров связано с просачиванием через внутреннюю изолированную поверхность. Три основных типа таких расходомеров: поршневые счетчики, счетчики с овальными шестернями и дисковые счетчики.