Массовые расходомеры

Приборы для измерения расхода в единицах массы

(массовые расходомеры)

 

В системах автоматического регулирования теплоэнергетических установок, в ракетной и авиационной технике, в различных химических процессах массовый расход является основным физическим параметром, определяющим оптимальные режимы работы объектов и качество процессов.

 

РасходомерыВ связи с этим интенсивно разрабатываются и внедряются различные приборы для измерения массового расхода. Развитие этой области расходометрии идет по трем направлениям.

 

Во-первых, объемные расходомеры (переменного перепада давления, электромагнитные, турбинные и пр.) снабжаются соответствующими датчиками плотности и корректирующими схемами;

 

во-вторых, создаются приборы, способные непосредственно измерять прямыми методами массовый расход благодаря особенностям своего принципиального устройства:

 

в-третьих, находят применение комбинированные расходомеры, измеряющие массовый расход косвенными методами путем автоматической обработки результатов прямых измерений связанных с ним параметров.

Несмотря на многообразие предложенных принципиальных схем и конструктивных решений, массовые расходомеры прямого действия можно отнести к двум основным видам: инерционным и тепловым.

Принцип действия инерционных расходомеров основан на том, что потоку измеряемого вещества сообщается дополнительное движение, чтобы создать в потоке инерционные эффекты, по которым судят о значении массового расхода. В зависимости от того, какое именно дополнительное движение сообщается потоку (при помощи вращающегося или колеблющегося звена), на чувствительном элементе прибора возникает или усилие Кориолиса, или гироскопический, или инерционный момент.

Принцип действия тепловых расходомеров основан на непрерывном нагреве потока (калориметрические расходомеры) или специального элемента, помещенного в поток (термоанемометры). В первом случае массовый расход определяется количеством тепла, обеспечивающим определенную разность температур потока до и после нагревателя; во втором — количеством тепла, теряемым нагретым или непрерывно нагреваемым телом, помещенным в поток измеряемого вещества.

Массовые турборасходомеры. В турборасходомерах, реализующих инерционный принцип измерений, закручивается поток относительно вектора его актуальной (продольной) скорости.

См. также:  Расходомеры постоянного перепада давления

Основным источником методических погрешностей турборасходомеров является непостоянство сил трения в их гидравлическом тракте, обусловленное изменениями вязкости, температуры и других параметров измеряемой среды.

Погрешность измерения массового расхода турборасходомерами может быть доведена до ± (0,5—1,0) % верхнего предела измерений. Повышение точности лимитируется трудностями поддержания постоянного числа оборотов ведущей (закручивающей поток) турбинки, нестабильностью характеристик упругих элементов, воспринимающих действие инерционного звена, и изменением КПД приводного двигателя при изменении нагрузки (расхода). Кроме того, на показания турборасходомеров (как уже отмечалось выше) влияет изменение параметров измеряемой среды, а их надежность ограничивается наличием изнашивающихся опор.

Кориолисовые и гироскопические расходомеры. В этих расходомерах закручивание и торможение потока производится в помощью вращающихся элементов трубопровода сложной конфигурации.

Кориолисовый расходомер состоит из двух Т-образных участков трубопровода, сочлененных при помощи гибких соединений и приводимых во вращение с постоянной угловой скоростью со специальным приводным механизмом. Прибор размещен в корпусе. При протекании вещества со скоростью V через вращающийся в уплотнительных муфтах элемент трубопровода в потоке возникает направленное против вращения ускорение Кориолиса.

Относительно невысокая точность кориолисовых и гироскопических расходомеров, характеризуемая приведенной погрешностью 1—2 %, объясняется большими температурными влияниями на жесткость упругих элементов, их гистерезисом и последействием, а также трудностями поддержания постоянным числа оборотов приводного механизма, особенно при колебаниях расхода. Расходомеры данного типа громоздки, сложны в эксплуатации, требуют специальных вращающихся уплотнительных устройств и большой мощности приводного механизма.

Два последних недостатка отсутствуют у вибрационных расходомеров, у которых вращательное движение трубопровода заменяется колебательным. Однако точность вибрационных расходомеров получается меньшей.

Преимуществом кориолисовых и гироскопических расходомеров является полная независимость их показаний от вязкости измеряемой среды. Поэтому их целесообразно применять лишь для измерения массового расхода веществ с большим диапазоном изменения вязкости.