|
Теплоизоляционный ко |
||
|
жух 6 защищает от внеш |
||
|
него теплообмена измери |
||
|
тельный участок трубы 5 |
||
|
и теплообменник. На вхо |
||
|
де и выходе из последне |
||
|
го установлены термо |
||
|
преобразователи 3 и 2укон |
||
|
тролирующие разность |
||
|
температур |
воды АТв, |
а |
|
в начале и в конце изме |
||
Рис. 57. Схема теплового расходомера с вспо |
рительного |
участка |
— |
могательным теплоносителем |
термопреобразователи |
1 |
|
и 7, контролирующие раз ность температур АТ измеряемого вещества. Из уравнения балан са тепла QMcAT = QMсв ДТв находим массовый расход измеряе
мого вещества |
в |
|
|
Q « = Q M„ (св / с)(Д Т в / А Т ), |
(38) |
где с и св— теплоемкости вещества и воды соответственно.
ЭДС дифференциальной термопары, контролирующей АГС, срав нивается с помощью автоматического компенсатора 8 с напряже нием на части г реохорда Др, включенного в цепь дифференци альной термопары, контролирующей АТ. Реверсивный двигатель 10 перемещает движок реохорда ЛL, пока сигнал на входе в уси литель 9 не станет равным нулю. Тогда получим r/Rp - АТВ/АТ, следовательно, QM= kr/Rp, где k = QMB (св /с) .
Большую чувствительность можшЛюлучить [15], если приме нять в качестве термопреобразователей полупроводниковые тер морезисторы, включенные в две мостовые схемы, разность на пряжений на выходе которых с помощью автоматического ком пенсатора делается равной нулю. Необходимо, чтобы АТ и ДТВ соответствовали среднемассовым разностям температур потоков. Для этого необходимы хорошая термоизоляция всего преобразо вателя и достаточная длина / участка между теплообменником
итермопреобразователем 7, контролирующим выходную темпе ратуру измеряемого вещества, с тем чтобы в зоне его установки была достигнута равномерность температурного поля. Особенно трудно это обеспечить при малых скоростях в ламинарной и пе реходной областях. Эффективно применение завихрителей пото ка, а также барботажное перемешивание с помощью воздуха.
По характеру работы рассматриваемые тепловые расходомеры относятся к калориметрической группе. В табл. 3 приведена ха рактеристика разработанных в ЛТИ тепловых расходомеров типа РКВ с жидкостным теплоносителем [4]. В табл. 3 обозначено: L
и! т — длины преобразователя и теплообменника. Постоянные
96
Т а б л и ц а 3 Характеристика тепловых расходомеров РКВТ с жидкостным теплоносителем
|
^мпвк» |
|
|
(вода |
d, |
L, |
|
6, |
|
Измеряемое вещество |
Р|, МПа |
*,°С |
5-250°), |
М |
|||||
кг/ч |
мм |
мм |
% |
||||||
|
|
|
|
кг/ч |
|
|
|
|
|
Нефелинизвестковая |
2000 |
0,5; 3,0 |
50-250 |
500 |
24 |
0,6 |
0,35 |
1.5 |
|
пульпа |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
То же |
125 •103 |
0|5} 3,0 |
130-150 |
5000 |
150 |
4,0 |
2,5 |
1,5 |
|
Алюминатные раство |
2500 |
0,5 |
80-120 |
500 |
24 |
0,6 |
0.35 |
1.5 |
|
ры |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Шлам |
100 •103 |
0,2 |
80-100 |
1000 |
150 |
2,5 |
1.6 |
2,0 |
|
Мазут |
2000 |
2,5 |
90-100 |
400 |
25 |
0,6 |
0,4 |
2,0 |
|
Натрий |
300 |
— |
150 |
200 |
15 |
0,3 |
0,05 |
2,0 |
|
Гидрогенизат |
300 |
30 |
450 |
50 |
11 |
0,9 |
0,3 |
2,5 |
|
Бензол |
60 |
8 |
50-250 |
30 |
14 |
0,25 |
0,07 |
2,5 |
|
Сера |
1500 |
0,5 |
135 |
250 |
40 |
1,0 |
0,5 |
2,5 |
времени расходомеров приведены от 10 до 60 с в зависимости от типа термоприемников. Как следует из табл. 3, приборы с жид костным теплоносителем применяют для измерения расхода са мых различных сред» различающихся высокой вязкостью» зна чительной температурой, осадкообразующих и двухфазных, в условиях, где ранее рассмотренные тепловые расходомеры ед ва ли применимы. К достоинствам их следует отнести помимо надежности работы и возможности взрывобезопасного испол нения также независимость показаний от зарастания стенок трубы и ухудшения теплопередачи в теплообменнике при ус ловии, что отношение Д!ГВ/ДТ не будет изменяться. Кроме того, для рассматриваемых расходомеров пригодна расчетная гра дуировка.
Вспомогательный теплоноситель в тепловых расходомерах применяется не только в качестве основного источника нагре ва или охлаждения измеряемого вещества. Так, не всегда мож но обеспечить экспериментальную градуировку теплового рас ходомера с электрическим нагревом. В этом случае вспомога тельный теплоноситель, нагреваемый за счет потери тепла пре образователем расходомера, может обеспечить расчетную гра дуировку.
3.7. ПАРЦИАЛЬНЫЕ ТЕПЛОВЫЕ РАСХОДОМЕРЫ
Термоконвективные тепловые преобразователи расхода изго товляют обычно лишь для труб малого диаметра. В случае при менения этих преобразователей в качестве парциальных они мо гут служить также и для измерения средних и больших расхо
97
|
дов. Так, фирма «Сетарам» {Setагат) |
||||||||
|
с помощью небольшого преобразова |
||||||||
|
теля термоконвекторного расходоме |
||||||||
|
ра, потребляющего 100 Вт и находя |
||||||||
|
щегося в обводном тракте вокруг тру |
||||||||
|
бы Вентури того или иного калибра, |
||||||||
|
выпускает |
приборы |
на |
предельные |
|||||
|
расходы: |
0,5; |
1; |
2; |
5; |
10; |
20; |
50 |
|
|
и 100 м3/ч. Эта же фирма выпускает |
||||||||
Рис. 58. Схема теплового пар |
термоконвективный |
парциальный |
|||||||
микрорасходомер, потребляющий все |
|||||||||
циального расходомера фирмы |
|||||||||
«Хастингс—Райдист* |
го 1 Вт. Его |
нагреватель совмещен |
|||||||
|
с двумя термометрами |
сопротивле |
|||||||
ния, образующими два плеча электрического моста, по разбалан су которого определяется расход потока.
В качестве примера парциального термоконвективного расхо домера на рис. 58 показана схема [34], разработанная фирмой «Хастингс—Райдист» {Hastings—Ridist). Ее особенность — от сутствие отдельного проволочного нагревателя. Нагревается сама обводная трубка 3, включенная в контур вторичной обмотки транс форматора 6. С появлением расхода возникает разность темпера тур по длине трубки 3, которая воспринимается двумя термопа рами 4 и измеряется милливольтметром 5. Мощность нагрева постоянная. Расходомер работает на восходящей ветви кривой. Диафрагма 1 создает разность давлений у концов трубки 3, а диа фрагма 2 обеспечивает пропорциональность между основным Q и парциальным q расходами. Во избежание засорения трубки 3, которое может нарушить соотношение между расходами Q и д, обводную трубку рекомендуется присоединять к верхней части основного трубопровода.
Иногда встречаются схемы [34] парциальных термоконвек тивных расходомеров, где автоматически поддерживается по стоянный расход q в обводной трубке путем изменения степе ни открытия регулирующего клапана в основном трубопрово де. Такая схема разработана в Иркутском НИИхиммаше для измерения расхода тяжелых остатков перегонки нефти от 0,14 до 7 г/с и расхода воздуха от 0,02 до 3 м3/с при давлении 32 МПа. В основном трубопроводе между местами присоеди нения обводной трубки установлен клапан. Самоуравновешивающийся электрический мост, снабженный пневматическим ре ле на выходе, поддерживает постоянную разность температур в термоконвективном преобразователе, перемещая с помощью пневматического исполнительного механизма клапан так, чтобы перепад на концах обводной трубки, а значит, и расход q в ней оставался неизменным. Расход Q определяют по степени открытия клапана, чтобы избежать малой скорости в обводной трубке и ее засорения.
98
3.8. ТЕПЛОВЫЕ МИКРОРАСХОДОМЕРЫ
Тепловые расходомеры термоконвективного типа, не имеющие контакта с измеряемым веществом, весьма удобны для измере ния малых расходов как жидкостей, так и газов при любом дав лении последних. Чтобы иметь развитую начальную восходящую ветвь градуировочной кривой (при постоянной мощности нагре ва) чаще применяют симметричное расположение термопреобра зователей относительно нагревателя. Расходомер, характеристи ки которого показаны на рис. 41, 42, может измерять расходы во ды от 1 см3/ч и выше, а расходомер, изображенный на рис. 46, в котором нагревается петлеобразный участок трубы диаметром 1 мм, измеряет расходы воды от 1-2 г/ч.
Кроме того, для измерения очень малых расходов предло жены тепловые расходомеры специальных конструкций, или работающих в особых тепловых режимах. В одном из них в тру бе диаметром 4 мм установлен термистор, нагреваемый им пульсами тока длительностью 1 мс. Генератор импульсов включается, когда температура термистора снижается до не которого заданного значения. Очевидно, частота включения импульсов будет мерой расхода. С увеличением последнего час тота возрастает. На расстоянии 6 мм от нагреваемого термисто ра помещен второй такой же термистор, служащий для компен сации температуры потока. Измеряется расход жидкости от 0,03 до 0,3 см3/с.
Для измерения очень малых расходов газа до 10 4 мм3/с при менены две тонкие нагреваемые проволочки диаметром 1,27 мм, расположенные близко по ходу потока и включенные дифферен циально в мостовую схему. С возрастанием расхода первая по ходу проволочка будет охлаждаться, а вторая — нагреваться. Для нагрева служат проволочки, расположенные рядом с измеритель ными.
В специальной конструкции калориметрического расходоме ра, в котором проволочный нагреватель пересекает прямоуголь ный водовод высотой 1 мм и шириной 9,7 мм, а для измерения разности температур имеется большое число медно-константано- вых пластинок, установленных до и после нагревателя, измерял ся расход воды от 0,04 см3/ч . Известны также расходомеры с высокочастотным нагревом, измеряющие расход электролитов от 0,5 см3/ч.
Меточный метод сравнительно редко применяют для измере ния малых расходов. Для этой цели наиболее подходят тепловые метки, перекрывающие обычно все сечение трубы маленького диаметра.
Для измерения расхода жидкости метками могут служить воз душные пузырьки, например, они служили для измерения мик рорасходов (50-100 г/ч) в трубе диаметром 2-4 мм.
99
Г л а в а 4
ОПТИЧЕСКИЕ РАСХОДОМЕРЫ
4.1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
Оптическими называются расходомеры, основанные на зави симости от расхода вещества того или другого оптического эф фекта в потоке. Имеется несколько разновидностей этих при боров:
1)допплеровские расходомеры, основанные на измерении раз ности частот, возникающей при отражении светового луча дви жущимися частицами потока;
2)расходомеры, основанные на эффекте Физо—Френеля, в ко торых измеряется какой-либо параметр (сдвиг интерференцион ных полос или сдвиг частоты световых колебаний), связанный
сзависимостью скорости света в движущемся прозрачном веще стве от скорости последнего;
3)расходомеры, основанные на особых оптических эффектах, например, зависимости оптических свойств фибрового световода от скорости обтекающего его потока;
4)расходомеры, основанные на измерении времени перемеще ния на определенном участке пути оптической метки, введенной в поток;
5)корреляционные оптические расходомеры.
Так как последние две разновидности — частные случаи ме точных или корреляционных расходомеров, то они рассматрива ются в гл. 8 и 9.
Иногда оптическими расходомерами называют приборы, опре деляющие расход жидкости, вытекающей из емкости путем из мерения оптическими методами высоты уровня в нем или же путем измерения интенсивности выхода из емкости флуоресцирующих частиц, предварительно введенных в жидкость и распределенных в ней равномерно.
Развитие основных разновидностей оптических расходомеров стало возможно после создания мощных и надежных оптических квантовых генераторов ОКГ, часто называемых лазерами, в свя зи с чем оптические расходомеры нередко называют лазерными.
Оптические расходомеры имеют много достоинств: высокие точность и быстродействие, отсутствие контакта с измеряемым веществом и ряд других. Они применяются для оптически про зрачных жидкостей, к которым относятся вода, керосин, бензин, спирт, четыреххлористый углерод, растворы серной и азотной кислот, а также для газов.
Основные среди рассматриваемых оптических приборов — доп плеровские. Они применяются главным образом для измерения местных скоростей жидкости и газа в различных исследователь
100