Теплотехнические измерения и инновационные измерительные технологии, страница 39

В частотных расходомерах каждый последующий импульс посылается после достижения предыдущим импульсом приемного пьезоэлемента. Если время между импульсами равно t, то частота их следования . Разность частот следования импульсов по потоку и против него связана со скоростью и объемным расходом. Показания частотных расходомеров не зависят от скорости распространения ультразвука в неподвижной среде, а следовательно, от изменения ее физико-химических свойств. Это является важным достоинством частотных расходомеров.

В фазовых расходомерах измеряется разность фаз Dj ультразвуковых колебаний частотой f, распространяющихся по потоку и против него. Изменение свойств среды влияет на показания фазовых расходомеров, что является их недостатком.

Таким образом, на показания ультразвуковых расходомеров существенное влияние оказывают искаженность профиля распределения скорости потока по сечению и изменение физико-химических свойств среды от температуры и давления. Поэтому требуется выполнение стабилизации потока и введение коррекции по температуре и давлению среды.

5.4.8.  Вихревые расходомеры

Вихреакустические преобразователи расхода совсем недавно были сертифицированы и нашли применение в составе счетчиков тепла, газа, воды, пара.

Вихревыми расходомерами называются приборы, работа которых основана на зависимости частоты колебаний давления, возникающих в потоке в процессе вихреобразования или колебания струи, от расхода среды.

Они подразделяются на три группы, отличных друг от друга:

1) расходомеры, имеющие в первичном преобразователе неподвижное тело, при обтекании которого с обеих сторон попеременно возникают срывающиеся вихри, создающие пульсации давления;

2) расходомеры, в первичном преобразователе которого поток закручивается и, попадя затем в расширенную часть трубы, прецессирует, создавая при этом пульсации давления;

3) расходомеры, в первичном преобразователе которого струя, вытекающая из отверстия, совершает автоколебания с пульсациями давления.

Для исследования характеристик вихревых расходомеров наряду с числом Рейнольдса Re применяют критерий Струхаля Sh, характеризующий периодические процессы, связанные с движением жидкости или газа. При обтекании средой цилиндрического тела диаметром d критерий Струхаля определяется по формуле:

                                                             ,

где     f – частота пульсаций давления жидкости или газа в результате периодического срыва вихрей, с^–1;

          v – средняя скорость потока, м/с.

При постоянном значении числа Sh частота f пропорциональна скорости потока, а стало быть, и объемному расходу.

Для обеспечения линейной шкалы расходомера необходимо выполнить условие  в возможно большом диапазоне чисел Re.

Иногда кроме числа Sh применяют число Росби Ro – отношение осевой и тангенциальной составляющих скорости:

                                                             ,

где     w – угловая скорость вращения потока.

Связь между Sh и Ro:

                                                            ,

из которого следует, что Sh остается постоянным, если постоянны число Ro и отношение .

Вихревые расходомеры обладают рядом достоинств: отсутствие подвижных частей, простота и надежность преобразователя расхода, независимость показаний от давления и температуры среды, большой диапазон измерения, линейность шкалы, достаточная точность (предельная погрешность ± 0,5 ¸ 1,5 %), стабильность показаний, возможность получения универсальной градуировки.

К недостаткам вихревых расходомеров относятся: значительная потеря давления, достигающая 30 ¸ 50 кПа, непригодность при малых скоростях из-за трудности измерения низкочастотного сигнала, ограниченность применения на трубопроводах больших диаметров (применяются на трубопроводах диаметром от 25 до 300 мм) из-за потери устойчивости вихреобразования.

На рис. 5.66 приведена схема вихреакустического преобразователя расхода, изготавливаемого Промышленной группой «Метран» (г. Челябинск), предназначенного для технологического и коммерческого учета расхода и объема воды и водных растворов в составе теплосчетчиков или счетчиков-расходомеров, а также в составе АСУ ТП и АСКУЭ.