2.1.3. Тахометрические расходомеры с температурной коррекцией плотности

Одна из возможных схем расходомера мгновенного расхода представлена на рис.10. Здесь вращение крыльчатки 1 измеряется тахогенератором переменного тока 2. Сигналы частоты вращения f, пропорциональные объемной скорости потока Q_v () передаются на блок формирования БФ, на выходе которого получаем напряжение, пропорциональное Q_v. Для измерения плотности ρ служит мостовая схема 3, в одно из плеч которой включен конденсатор C_x, помещаемый в поток жидкости (топлива).

Рис. 10. Схема тахометрического расходомера с температурной коррекцией плотности

Емкость конденсатора зависит от температуры, а, следовательно, от плотности жидкости. Зависимость плотности ρ от емкости можно представить в виде

(6)

где = ., ε₁ – диэлектрическая постоянная; ρ – плотность, гр/см³; S – площадь обкладок, м²; d – расстояние между обкладками, м. Сигнал, пропорциональный ρ, передается на движок потенциометра R₃, где происходит перемножение сигналов Q_v и ρ. В схеме усилителя Ус 2 и двигателя Д ₂ происходит усиление и отработка сигнала массового расхода.

2.2. Турбосиловые расходомеры

Турбосиловыми называют силовые расходомеры, в преобразователе которых в результате силового воздействия, пропорционального массовому расходу, поток закручивается. Принципиальная схема расходомера при внешнем силовом воздействии представлена на рис.11. Внутри трубопровода 2 установлен ротор 3 с малым радиальным зазором, имеющий каналы для прохода жидкости, разделенные перегородками, параллельными его оси, или же выполненный в виде прямолопастной крыльчатки.

Рис. 11. Принципиальная схема турбосилового расходомера

Ротор вращается от электродвигателя 1 с угловой скоростью ω и закручивает жидкость, которая приобретает винтовое движение, показанное стрелками. Далее жидкость поступает на ротор 5, закрепленный на пружине 6, и закручивает последнюю на угол φ, пропорциональный массовому расходу. Неподвижный диск 4 уменьшает вязкостную связь между роторами.

Главный момент количества движения жидкости l_x относительно оси вращения роторов определяется выражением

(7)

где l_x – момент инерции закручиваемой жидкости относительно оси вращения, кг*м²; ω – угловая скорость вращения жидкости, об/мин.

Обозначим через массу m вращающейся жидкости, а через r_c средний радиус каналов ротора 3. Очевидно, Тогда, из уравнения (7) вытекает:

(8)

Из закона моментов следует, что

(9)

где М – главный момент всех внешних сил, действующих на жидкость со стороны ротора 3, Н/м.

Отсюда

(10)

так как

Момент М не учитывает сопротивления от момента М_в, создаваемого силами вязкостного трения на поверхностях ротора, и от момента М_м, создаваемого силами трения в подшипниках. Крутящий ротор 3 момент М_к должен преодолевать все эти моменты. Следовательно,

(11)

Чтобы исключить появление дополнительной погрешности измерения массового расхода, моменты М_в и М_м должны сохранять постоянное значение или же быть компенсированы. С увеличением наружного радиуса r₁ каналов роторов или лопастей крыльчаток чувствительность расходомера увеличивается. Для жидкостей радиус обычно принимают равным радиусу трубопровода или несколько больше. Внутренний радиус r₂ чаще всего равен радиусу ступицы. Длину l лопастей выбирают так, чтобы обеспечить закрутку всех частиц потока, проходящих через ротор при наибольшем измеряемом расходе, т. е. принимают , где t – время поворота крыльчатки между смежными лопастями, c. Так как , где z – число лопастей, то, следовательно, имеем .

Таким образом, длина лопастей l должна быть тем больше, чем меньше их число z. Брать большое число z не рекомендуется из-за загромождения проходного сечения, а также увеличения трения жидкости о лопасти и соответственно потери давления. Угловая скорость вращения жидкости ω при внешнем воздействии в большинстве случаев соответствует 1500 об/мин, но имеются расходомеры и с большей угловой скоростью. Если электродвигатель отсутствует, и закручивание потока происходит за счет его потенциальной энергии с помощью роторов, имеющих наклонные лопатки, то скорость ω возрастает с увеличением расхода.

Турбосиловые расходомеры применяются очень часто, особенно для более значительных расходов. Максимальные расходы для жидкости от 6 до 300 т/ч при диаметрах труб от 50 до 200 мм. Их погрешность ± (0,5 ÷ 2) % от предела шкалы. Постоянная времени около 1с. Рассмотрим их разновидности.