Акустические расходомеры
Акустические, чаще всего ультразвуковые расходомеры используются для измерения расколов загрязненный, агрессивных и быстрокристаллизующихся жидкостей и потоков с пульсацией расхода и даже переменой направления движения – когда нельзя применить другие типы расходомеров.
Рис.2.19. Структурная схема акустического (ультразвукового) расходомера
Принцип действия основан на зависимости акустического эффекта в потоке от расхода вещества. Использовать звуковые (ультразвуковые) колебания для измерения расходов жидкостей и газов можно несколькими методами. Рассмотрим фазовый метод. Он основан на том, что при прохождении звуковой волны в движущейся среде время ее прохождения от источника до приемника зависит не только от скорости распространения звука в заданной среде, но и от скорости движения самой среды. Если звуковая волна направлена по движению среды, то скорости их складываются, а если против – вычитаются. Разность времени прохождения звука по направлению потока и против него пропорциональная скорости потока, а значит и расходу протекающей жидкости. Акустического расходомер, работающий по двухканальной фазовой схеме (рис.2.19), состоит из ультразвукового генератора УЗГ, являющегося источником питания; излучающих пьезопреобразователей ИП1 и ИП2; приемных пьезопреобразователей ПП1 и ПП2; фазовращающего устройства ФУ для устранения путем асимметрии каналов преобразователей возникающих фазовых сдвигов; электронного усилителя Ус и измерительного прибора ИП, который градуируется в единицах расхода. Импульсы ультразвука посылаются под углом к оси трубопровода так, что их направление в одном канале совпадает с направлением потока, а в другом направлено против потока.
Массовые расходомеры по принципу Кориолиса
Предназначен для измерения массового расхода и массы (количества), плотности (концентрации) и температуры жидкости (молочных продуктов, сиропа, масел, жиров, кислот, щелочей, уксуса, красок, суспензий, патоки, продуктов ферментации, различных газов и их смесей).
Принцип действия основан на измерении кориолисовых сил в трубах первичного преобразователя при протекании через них потока среды. Измерение плотности основано на измерении резонансной частоты колебания трубок первичного преобразователя расхода (см. рис.2.20). При отсутствии потока жидкости сигналы датчиков совпадают на фазе 1. Как только жидкость начинает двигаться по трубопроводу, происходит изменение геометрии измерительных трубок 2, приводящее к сдвигу сигналов датчиков 3. Разность фаз прямо пропорциональна массовому расходу жидкости.
Рис. 2.20. Эффект Кориолиса: сдвиг фаз колебаний труб пропорционален массовому расходу
Основные достоинства:
непосредственое измерение массового расхода;
возможность измерения температуры и плотности;
отсутствие ограничений по месту установки;
измерения можно проводить для вязких жидкостей и жидкостей содержащих твердые частицы;
высокие точность измерения и воспроизводимость;
отсутствие подвижных деталей.
Основные недостатки:
более высокая стоимость;
имеют место небольшие потери давления.
Емкостные расходомеры
Первичный измерительный преобразователь расходомера – это трубопровод, внутри которого установлены обкладки или система обкладок конденсатора. Наиболее выгодно и целесообразно трубопровод выполнять с прямоугольным поперечным сечением. В его стенках вровень с поверхностью расположены электропроводящие обкладки конденсаторов 1, …, n (рис. 2.21).
В качестве материла трубопровода может быть использован любой твердый диэлектрик, имеющий требуемые механические свойства. Толщина зазора d между пластинами конденсатора во много раз меньше ширины h и длины трубопровода. При таких размерах движение жидкости между пластинами близко к ламинарному.
Рис.2.21. Конструкция первичного измерительного преобразователя с прямоугольным сечением трубопровода