Тема 10.4: « Радіоізотопні датчики»

Для вимірювання рівня сипких матеріалів знаходять застосування також радіоізотопні датчики. На мал. г приведена схема контролю заповнення бункера, використовуючи такий датчик. Випромінювач 1 є металевим корпусом, в якому знаходиться капсула з радіоактивним препаратом. Чутливим елементом 2 служать звичайно газорозрядні трубки або сцинтиляційні лічильники. Їх робота заснована відповідно на зміні електричного опору газу або на сприйнятті фотоелементом світлових спалахів, що виникають в сцинтиляторі під дією гамма-променів. Коли бункер заповнюється на стільки, що на шляху гамма - проміння виявляється не прозоре для них середовище, інтенсивність опромінювання чутливого елементу різко падає, що і наголошується вимірювальним пристроєм 3, на виході якого може бути включене реле, контрольний прилад й інше.

Тема 10.5: «Датчики витрати рідин і газів»

Один з найбільш ширше вживаних методів вимірювання витрати полягає в перетворенні швидкості потоку в трубопроводі в перепад тиску, який і вимірюється. Для цього перетворення використовують спеціальні звужуючі вимірювальні вставки в трубопровід, званих діафрагмами або дроселями.

Статичний тиск в трубопроводі після діафрагми менше, ніж до неї, причому різниця цього тиску тим більше, чим вища швидкість руху речовини по трубопроводу, тобто чим більше витрата цієї речовини.

Перепад тиску звичайно вимірюється диференціальними манометрами (ДМ). Витратоміром цьому випадку називають дифманометр, проградуйований в одиницях витрати. Описаний спосіб вимірювання

представлений на мал.

Конструкція більшості диференціальних манометрів є судиною з двома робочими камерами, між якими знаходиться чутливий елемент (мембрана, сильфон, дзвін), що переміщається під дією різниці тиску в робочих камерах.

Якщо робочі камери розділяються глухою перегородкою, то функції чутливого елементу виконує сама судина. Прикладом такого дифманометра є " кільцеві ваги " (мал. би), що є порожнистим кільцем, що наполовину заповнене робочою рідиною (водою, маслом, ртуттю) і спирається призмою на нерухому підставу. У верхній частині кільце, герметично розділено перегородкою, і до кожної його половини за допомогою гнучких трубок підведений тиск Р1 і Р2 відповідно до і після звужуючої вставки в трубопровід . Під дією перепаду тиску DР= Р1-Р2 виникає обертаючий момент, що повертає кільце . Грузнув G і вагу робочої рідини створюють протидіючий момент, прагнучий повернути кільце в початковий стан. Кут а, при повороті на деякий обидва моменти врівноважуються, є функцією величини DР і, отже швидкості потоку або витрати в одиницю часу.

Відомі також турбо тахометричні датчики витрати, в яких швидкість потоку перетвориться в швидкість обертання турбіни, поміщеної в потік, а швидкість обертання перетвориться в електрорушійну силу за допомогою тахогенератора, механічно сполученого з турбінною. При цьому вихідна напруга тахогенератора виявляється пропорційною витраті.

Витрату рідин звичайно вимірюють або датчиками перепаду (різниці) тиску, або механічними контактними датчиками (наприклад, турбіною).

Швидкість потоку F характеризує швидкість руху рідини і звичайно має розмірність м/ с,

Об'ємний потік Q є об'єм рідини, що протікає в одиницю часу, наприклад

м/с³.

Для газів потік маси М визначають в кг/с.

Оскільки різниця тиску між двома крапками рівна натиску, то елементи конструкції датчика потоку, що працює на принципі вимірювання різниці тиску, аналогічні елементам вимірників натиску або вимірників зміни натиску. Перепад тиску пропорційний вазі стовпа рідини в диференціальному манометрі.

Швидкість потоку V обчислюється із залежності, що пов'язує її з прискоренням вільного падіння (q=9,8 м/с²) і перепадом тиску P, вираженому в м вод. ст.:

V = 2 q   P м / с.

Витрата рідини у відкритих каналах вимірюється за допомогою пристроїв, в яких створюється перепад тиску , наприклад лотків і зливів. Вимірювання натиску виробляється методом вимірювання ваги потоку , що проходить через злив. Далі, як показано на мал. а, змірявши площу поперечного перетину потоку L x H, можна одержати об'ємну витрату

Q =  2 L H  H м/с³,

де Н и L - відповідно висота і ширина потоку в сливі.

 P

V/ 2 q

Q/L/ q

-

+  Р

Р L  Н Х

H Слив Датчик

рівня

а) б)

Мал. Вимірювання швидкості потоку а) і об'ємної витрати рідини б).

На рис. в показані елементи конструкції диференціальних датчиків, що використовують принцип вимірювання різниці тиску .

О твір Трубка Вентурі Трубка Піто

Мал. в . Елементи диференціальних датчиків тиску.

При вимірюванні вагової витрати ( або витрати маси) потрібні додаткові датчики для вимірювання температури і тиск. Для збільшення точності температура повинна вимірюватися в кожній крапці, в якій виробляється вимірювання швидкості ( див. мал.)

Р М

Х + 

- Р

+

Т

_

+

Помітимо, що статичний тиск можна вважати постійним по перетину

каналу. Краще всього датчики швидкості об'єднувати з датчиками температури . Як відомо, коефіцієнт калібрування К і вимірювану величину М можна одержати відповідно з наступних виразів:

К =  R  Po /  P x, K / c^1/2

M = K  P  P / T, кг /с ,

де :  Po - дійсний перепад тиску Ро - Р , торр;

 P x- зміряний перепад тиску, торр;

R- універсальна газова постійна.

До витратоміра з механічним контактом відносяться турбінні і гіроскопічні перетворювачі, які вимірюють швидкість потоку по кутовому моменту; охолоджувані термоелектричні перетворювачі швидкості; датчики, що вимірюють швидкість по електричному опору, а також датчики, що вимірюють швидкість потоку з використанням  - випромінювання.

Для широко поширених турбінних витратомірів зв'язок між швидкістю потоку і кутовою швидкістю обертання турбіни виражається наступним рівнянням:

F =  r / tg  , м/с

-кутова швидкість обертання;

r- середній радіус лопатей ротора;

- кут між лопатнями ротора.