1.4.2 Вихревые расходомеры с обтекаемым телом

Тело, находящееся на пути потока, изменяет направление движения обтекающих его струй и увеличивает их скорость за счет соответствующего уменьшения давления. За миделевым сечением тела начинается обратный процесс уменьшения скорости и увеличения давления. Одновременно с этим на передней стороне тела создается повышенное, а на задней стороне пониженное давление. Пограничный слой, обтекающий тело, пройдя его миделево сечение, отрывается от тела и под влиянием пониженного давления за телом изменяет направление движения, образуя вихрь. Это происходит как в верхних, так и в нижних точках обтекаемого тела. Но так как развитие вихря с одной стороны препятствует такому же развитию с другой стороны, то образование вихрей с той и другой стороны происходит поочередно (рис. 4). При этом за обтекаемым телом образуется вихревая дорожка Кармана шириной а, имеющая постоянное отношение b/а, которое для обтекаемого цилиндра равно 0,281.

Рис. 4. Схема образования вихрей

Частота срыва вихрей согласно критерию Струхаля f=uSh/d, т. е. пропорциональна отношению u/d, а следовательно, при постоянном характерном размере d тела пропорциональна скорости u, а значит, и объемному расходу Qo. Зависимость между Qo и f дается уравнением

Q₀=(sd/Sh)f,

где s — площадь наименьшего поперечного сечения потока вокруг обтекаемого тела.

Чтобы обеспечить пропорциональность между Q₀ и f, число Струхаля Sh должно оставаться неизменным в возможно большей области значений числа Re.

1.4.3Достоинства.

У вихревых расходомеров много достоинств: отсутствие подвижных частей, простота и надежность преобразователя расхода, независимость показаний от давления и температуры, большой· диапазон измерения, доходящий в некоторых случаях до 15 — 20, линейность шкалы, хорошая точность (погрешность ±0,5 — 1,5 %), частотный измерительный сигнал, стабильность показаний, сравнительная несложность измерительной схемы, возможность получения универсальной градуировки.

1.4.4Недостатки.

К недостаткам вихревых расходомеров относятся значительная потеря давления, достигающая 30 — 50 кПа, и некоторые ограничения возможности их применения: они непригодны при малых скоростях из-за трудности измерения сигнала, имеющего малую частоту, и изготовляются лишь для труб, имеющих диаметры от 25 до 150 — 300 мм. Применение их для больших труб затруднительно, а при очень малых диаметрах нет устойчивого вихреобразования. Они не применяются также при Re < 10³¸10⁴. Многие конструкции вихревых расходомеров непригодны и для измерения загрязненных и агрессивных веществ, могущих нарушить работу преобразователей выходного сигнала.

Вихревые расходомеры появились сравнительно недавно и поэтому еще не получили широкого распространения. Но благодаря своим достоинствам и более низкой по сравнению с турбинными и электромагнитными расходомерами стоимости они весьма перспективны. /1/

5.Электромагнитные расходомеры

1.5.1Принцип действия и общая характеристика

В основе электромагнитных расходомеров лежит взаимодействие движущейся электропроводной жидкости с магнитным полем, подчиняющееся закону электромагнитной индукции.

Основное применение получили такие электромагнитные расходомеры, у которых измеряется ЭДС, индуктируемая в жидкости, при пересечении ею магнитного поля. Для этого (рис. 5) в участок 2 трубопровода, изготовленный из немагнитного материала, покрытого внутри неэлектропроводной изоляцией и помещенного между полюсами 1 и 4 магнита или электромагнита, вводятся два электрода 3 и 5 в направлении, перпендикулярном как к направлению движения жидкости, так и к направлению силовых линий магнитного поля. Разность потенциалов Е на электродах 3 и 5 определяется уравнением .

Е == BDu = 4BQ_о/pD,

где В — магнитная индукция; D — расстояние между концами электродов, равное внутреннему диаметру трубопровода; u и Qo — средняя скорость и объемный расход жидкости.

Таким образом, измеряемая разность потенциалов Е прямо пропорциональна объемному расходу Qo. Для учета краевых эффектов, вызываемых неоднородностью магнитного поля и шунтирующим действием трубы, уравнение умножается на поправочные коэффициенты к_м и к_и, обычно весьма близкие к единице.

Рис. 5. Принципиальная схема преобразователя расхода у электромагнитного расходомера

При измерении расхода расплавленных металлов применяется постоянное магнитное поле. При измерении же расхода обычных жидкостей с ионной проводимостью во избежании поляризации электродов применяют переменное магнитное поле, создаваемое электромагнитами. В случае питания их током промышленной частоты f поле имеет синусоидальную форму и его индукция B = Вmах sin 2nft. В этом случае ЭДС, пропорциональная расходу, изменяется по уравнению

(11)

Но в последние годы все шире применяется переменное поле низкой частоты и особой формы. /1/