34 Тахометрические расходомеры.
Тахометрическими называются расходомеры и счетчики, имеющие подвижный, обычно вращающийся элемент, скорость которого пропорциональна объемному расходу. Они подразделяются на турбинные, шариковые, роторно-шаровые и камерные.
Для создания тахометрического расходомера скорость движения элемента надо предварительно преобразовать в сигнал, пропорциональный расходу и удобный для измерения. В этом случае необходим двухступенчатый преобразователь расхода. Его первая ступень — турбинка или другой элемент, скорость движения которого пропорциональна объемному расходу, а вторая ступень - тахометрический преобразователь, вырабатывающий измерительный сигнал, обычно частоту электрических импульсов, пропорциональную скорости движения тела. У нас турбинные приборы применяются преимущественно для измерения расхода и количества воды, различных нефтепродуктов и других жидкостей.
Турбинные преобразователи расхода могут быть c аксиальной и с тангенциальной турбинкой. У первых лопасти расположены по винтовой линии, а ось совпадает с осью потока. У вторых ось перпендикулярна к направлению потока, а прямые лопасти расположены радиально по отношению к оси. Аксиальные турбинки встречаются чаще, чем тангенциальные. Последние применяют лишь при небольших диаметрах труб, обычно до 50 мм.
Зависимость числа оборотов п в единицу времени от объемного расхода Qo у аксиальной турбинки выражается в общем виде уравнением
n = (Q0, , , Mc, D, dн, dв, z, l, H),
где и — кинематическая вязкость и плотность измеряемой жидкости; Mс — момент сопротивления тахометрического преобразователя; D — диаметр трубопровода; dн и dв — наружный и внутренний диаметры лопастей турбинки; z —
число, а l — осевая длина лопастей; H — шаг лопастей по винтовой линии.
Возможны три режима движения жидкости в проточной части турбинки: ламинарный, переходный и турбулентный. Основной диапазон работы соответствует турбулентному режиму
Влияние вязкости на линейность характеристики турбинного расходомера.
Аксиальные турбинки имеют винтовые лопасти с переменным по высоте углом подъема винтовой линии. Попытка применения плоских лопастей при измерении расхода вязких сред привела к ухудшению линейной характеристики. Но при измерении расхода газа и жидкостей с малой вязкостью их применение целесообразно
Существенные достоинства этих преобразователей — быстродействие, высокая точность и большой диапазон измерения. Погрешность же турбинного расходомера от 0,5 до 1,5 % в зависимости от точности примененного частотомера. Основной недостаток турбинных расходомеров — изнашивание опор и поэтому они непригодны для веществ, содержащих механические примеси. Кроме того, с увеличением вязкости вещества диапазон линейной характеристики уменьшается, что исключает их применение для очень вязких веществ. Срок службы турбинного преобразователя зависит главным образом от опорных узлов, работающих в тяжелых условиях (очень высокие скорости вращения, отсутствие смазки, возможность динамических нагрузок, агрессивность некоторых измеряемых веществ). С уменьшением диаметра цапф осей снижается момент трения, но одновременно и срок службы преобразователя. Оси изготовляют из материалов с повышенной износоустойчивостью, остальные вращающиеся части — из алюминиевых сплавов и пластмасс. Но при индукционных или индуктивных тахометрических преобразователях лопатки в большинстве случаев изготовляют из ферромагнитных материалов. Подшипники скольжения делают из графита или пластмассы, а при малых размерах — из часовых камней.