Электромагнитные расходомеры

В электромагнитных расходомерах осуществляется преобразование скорости потока жидкости, протекающей в магнитном поле в ЭДС. Исходя из физических принципов, лежащих в основе работы подобных расходомеров, они не пригодны для измерения расхода жидкостей с плохой электропроводностью (спирт, легкие нефтепродукты).

У

Рис. 2. 6. Электромагнитный расходомер

стройство электромагнитного расходомера показано на рисунке 2.6. На наружной поверхности трубы, проходящей через зазор электромагнита, крепятся электроды, с помощью которых наводимая ЭДС подается на усилительУ. Величина ЭДС E определяется выражением:

, 2.8

где К – коэффициент вида магнитного поля;

В – магнитная индукция в зазоре;

D – внутренний диаметр трубы;

V – скорость потока.

Усиленный сигнал поступает на измерительный прибор ИП (вольтметр) или регистрирующее устройство. Вид магнитного поля (постоянное или переменное) определяется источником питания электромагнита. При использовании постоянных магнитов наблюдается эффект накопления зарядов на электродах, что приводит к замедлению реакции устройства на изме6нение скорости потока. Недостатком применения переменного магнитного поля является возможность наведения на трубе и проводах трансформаторной ЭДС.

В связи с отсутствием проникновения внутрь трубы подобные расходомеры нашли применение в биохимической и пищевой промышленности. Электромагнитные расходомеры имеют очень широкий диапазон измеряемых расходов – от измерения расхода крови, протекающей по малым кровеносным сосудам, до 3 м³/с [11].

Ультразвуковые расходомеры

Ультразвуковые расходомеры, как и электромагнитные, не имеют устройств, непосредственно контактирующих с протекающим веществом, и поэтому часто применяются в пищевой промышленности [11].

В своем составе (см. рис.2.7) ультразвуковые расходомеры имеют пьезоэлектрический динамик 1, пьезоэлектрический микрофон 2, коммутатор 3, звукогенератор 4 и фазовый детектор 5. Благодаря использованию как прямого, так и обратного пьезоэффекта², динамик и микрофон могут взаимно менять свое функциональное назначение при соответствующем подключении с помощью коммутатора.

Рис. 2. 7. Схема ультразвукового расходомера

В результате того, что скорость среды векторно складывается со скоростью распространения звука, время прохождения звуком в движущейся по трубопроводу среде расстояния L от динамика до микрофона в различных направлениях будет отличаться. Время распространения звука оценивается по разности фаз Δφ электрических сигналов, поступающих на детектор со звукогенератора и с микрофона:

, 2.9

где f – частота сигнала звукогенератора;

L – расстояние от динамика до микрофона;

с – скорость звука.

В случае, когда направление распространения звука совпадает с направлением течения среды, скорость звука равна:

, 2.10

где с₀ – скорость звука в неподвижной среде;

V – скорость потока.

В противном случае:

. 2.11

Чтобы избежать необходимости определения скорости звука в неподвижной среде, проводят последовательные измерения времени прохождения звука (набега фазы) при распространении акустических волн по течению потока и против течения. В этом случае скорость потока будет определяться следующим образом:

, 2.12

где t₁ и Δφ₁ – время распространения акустического сигнала по направлению потока и соответствующий фазовый сдвиг;

t₂ , Δφ₂ – аналогичные величины при распространении звука (ультразвука) против течения.