Датчики для измерения расхода

Датчики и методы измерения расхода жидкостей или газов подробно исследованы и освещены в литературе [6] и отличаются большим разнообразием.

Для систем ТГВ имеет смысл рассмотреть датчики и метод измерения расхода по переменному перепаду давления, по постоянному перепаду давления и датчики индукционных расходомеров, т.к. все они наиболее часто применяются, особенно первый.

Для датчика расхода, работающего по переменному перепаду давления, в трубе необходимо установить сужающее устройство. Схема такого датчика представлена на рис. 2.12.

В этом случае измеренный расход Q по переменному перепаду давления можно представить зависимостью:

, м³/с

где k – коэффициент пропорциональности;

– площадь сужающего устройства;

– перепад давления;

– плотность жидкости.

Перемещение измерительной мембраны зависит от величины , а величина функционально отражает изменение расхода, поэтому напряжение на выходе дифференциально-трансформаторного преобразователя зависит от расхода Q:

где – коэффициент пропорциональности.

Рис. 2.12. Схематическая конструкция электрического бесшкального дифференциального манометра

Устройство, представленное на рис. 2.12, называют электрическим бесшкальным дифференциальным манометром.

Совместно с электронным вторичным прибором группы КСД он применяется для измерения расхода жидкостей, газов не только в системах ТГВ, но и в системах водоснабжения и других, отличается высокой надёжностью и достаточной для практических целей точностью измерения, сечение трубопроводов при этом не ограничивается.

К устройствам, измеряющим расход по принципу постоянного перепада давления, можно отнести ротаметры и тахометрические расходомеры.

Схема ротаметра с электрическим выходным сигналом представлена на рис. 2.13.

Принцип действия ротаметра подробно освещён в литературе [6]. Отметим лишь, что перемещение поплавка ротаметра функционально зависит от расхода жидкости или газа.

А поскольку подвижный сердечник дифференциально-трансформаторного преобразователя соединён тягой (штоком) с поплавком, то выходное напряжение пропорционально расходу:

,

где K – коэффициент пропорциональности;

Q – расход жидкости или газа.

Рис. 2.13. Схематическая конструкция ротаметра с электрическим выходным сигналом

Ротаметр представляет собой механический прибор для измерения расхода по месту со шкалой, а дифференциально-трансформаторный преобразователь (как электрический датчик расхода) совместно с электронным прибором группы КСД составят электрический расходомер, который можно применить для автоматизации систем ТГВ.

Ротаметры применяются для измерения расхода жидкостей или газов в трубопроводах диаметром от 20 до 100 мм.

Тахометрические расходомеры применяются сравнительно редко, так как вносят возмущения в поток движущей жидкости или газа, трудности связаны также с установкой и герметизацией датчика. Датчиком расходомера является тахогенератор с крыльчаткой, установленные в трубе. Электрическое напряжение тахогенератора пропорционально частоте вращения крыльчатки, а частота вращения пропорциональна расходу вещества. В результате электрическое напряжение тахогенератора можно использовать в системах управления устройств ТГВ, связанных с измерением и регулированием расхода.

Индукционные расходомеры не вносят возмущение в поток жидкости или газа. Схематическое изображение такого расходомера представлено на рис. 2.14. Принцип действия индукционного расходомера освещён в литературе [6].

Рис. 2.14. Схематическая конструкция индукционного расходомера

Индукционные расходомеры применяются для измерения расхода жидкостей, электропроводность которых сопоставима с электропроводностью воды. Диаметр трубы при этом не ограничивается.

Конструктивно электроды датчика расхода устанавливаются в диаметральных точках трубы. В другой плоскости под углом 90º на трубе устанавливается магнит и охватывает её. Постоянный магнит может быть применён для труб малого сечения, но из-за постепенной потери свойств постоянный магнит малопригоден для практических целей, поэтому в приборах его заменяют электромагнитом, в результате конструкция датчика сильно усложняется. Напряжение на электродах датчика пропорционально магнитной индукции B, диаметру трубы D и скорости потока v:

,

а поскольку произведение определяет расход жидкости, то напряжение пропорционально этому объёмному расходу (м³/с). Отрезок трубы, где устанавливается датчик, должен быть изготовлен из магнитопрозрачного материала.

Индукционный датчик расхода совместно с вторичным прибором образуют расходомер. Выходное напряжение расходомера может быть использовано для автоматического управления процессом в той или иной системе ТГВ.