разователей расхода вертикальное. При углах наклона оси отно сительно вертикали не более 10° градуировка не меняется. При больших наклонах наблюдается параллельное смещение градуи ровки и непрохождение ее через начало координат. Наибольшее смещение будет при горизонтальном положении преобразователя.
Рассматриваемые расходомеры предназначены прежде всего для измерения расхода жидкости, но возможно создание анало гичных приборов и для измерения расхода газа. При этом шарик целесообразно выполнять полым или же из пластмассы с тем, чтобы снизить его плотность рш. При больших отношениях рш/р могут возникнуть удары шарика о стенки камеры из-за недоста точности сил упругости сжимаемого газа. Кроме того, преобразо вание частоты колебаний шарика в электрический и пневмати ческий сигналы надо делать устройствами, не оказывающими реактивного воздействия на шарик.
Расходомеры особых типов с осциллирующим шариком. Пред ложен прибор (рис. 112, б) для измерения весьма малых расходов жидкости, в котором шарик 2 из магнитной коррозионно-стой кой стали, находящийся в стеклянной трубке 3, совершает вы нужденные колебания вверх и вниз под воздействием электро магнитов 4, расположенных в верхней части трубки. Поднимаясь вверх, шарик в средней части трубки прерывает луч света, пада ющий от осветителя 1 на фотоэлемент 8. Это приводит через гене ратор импульсов 7 и усилительное устройство 5 к выключению электромагнитов, и шарик 2 падает на упор. Затем цикл повторя ется. Чем больше расход жидкости, поступающей в трубку сни зу, тем медленнее происходит падение шара и тем меньше часто та его колебаний, измеряемая прибором 6. Она равна 3 Гц при Qmax и 20 Гц при Q = 0. Расходомер, выпускаемый одной амери канской фирмой, имеет цифровой и аналоговый выходы. Диапа зон измерений 0,05-1000 см^/мин обеспечивается набором смен ных шариков и стеклянных трубок. Давление до 1726 кПа, тем пература до 121 °С. Погрешность ±2 % .
10.3. ПУЗЫРЬКОВО-КАПЕЛЬНЫЕ РАСХОДОМЕРЫ
Рассматриваемые расходомеры разработаны для измерения микрорасходов газа (пузырьковые) или жидкости (капельные).
Пузырьковые встречаются чаще, чем капельные. Имеются две разновидности пузырьковых расходомеров. Первая из них осно вана на измерении времени перемещения пузырьков между дву мя отметками бюретки, вторая — на счете числа пузырьков. Рас ходомеры, принадлежащие к первой разновидности, обычно называют пленочно-пузырьковыми. Они довольно широко при меняются, в частности при градуировке и поверке других расхо домеров. Внизу стеклянной измерительной бюретки укреплен со суд из резины или другого материала, в котором содержится по верхностно-активное вещество, например мыльный раствор.
189
Газ, поступающий по трубке, проходит через тонкий слой мыльного раствора и в виде пузырьков, охваченных пленкой ра створа, поднимается по бюретке. С помощью секундомера, вклю чаемого вручную или автоматически, измеряют время т прохож дения пленки между двумя отметками шкалы, находящимися на достаточном расстоянии друг от друга. Расход определяют путем деления объема бюретки между этими отметками VK на время т. Достигая верхней, расширенной части бюретки, пленка разрыва ется и стекает в сосуд. Погрешность измерения расхода зависит от точности измерения времени т и обычно ±(0,5*1,5) % . Погреш ность измерения может возрасти, если будет происходить насы щение газа парами воды при проходе его через водяной затвор, что приведет к увеличению объема газа в измерительной бюрет ке. Если же газ, например углекислый, вступает в реакцию с мыльным раствором, то это приведет к уменьшению его объема. Поэтому надо внимательно относиться к выбору поверхностно активного вещества: рекомендуется применять жидкости с высо кой температурой кипения, например этиленгликоль; при пра вильном выборе поверхностно-активного вещества погрешность измерения расхода будет не более 0,7 % .
Предложены конструкции пленочно-пузырьковых расходоме ров, предназначенных для измерения расхода газа, находящего ся под повышенным (до 4 МПа) и под пониженным (до 250 мм рт. ст.) давлением.
У пузырьковых расходомеров второй разновидности газ выхо дит из отверстия небольшого диаметра, над которым находится слой жидкости высотой Л. Газ прорывается через этот слой в виде отдельных пузырьков, объемы которых Vn с достаточной точнос тью равны друг другу. Считая число п этих пузырьков за время, получим объемное количество nVn прошедшего газа. Расход оп ределяется путем деления nVn на т. Конструкция такого расходо мера показана в работе [014]. Газ под давлением до 20 МПа по ступает по трубке и выходит из сопла в виде отдельных пузырьков в камеру, заполненную жидкостью. Далее пузырьки газа прохо дят через камеру, частично заполненную жидкостью, и удаляют ся по трубе. В корпусе камеры имеются окна из оптически про зрачного материала для пропуска луча света от осветителя через фокусирующую линзу на фотоэлемент. Пузырек газа, пересекая этот луч, частично рассеивает его, уменьшая освещенность фото элемента и силу тока в нем. Камеру заполняют водой, глицери ном, дибутилфталатом. Погрешность прибора ±1 % .
10.4. РАСХОДОМЕРЫ С ПОДВИЖНЫМ УЧАСТКОМ ТРУБОПРОВОДА
Рассматриваемые расходомеры основаны на измерении зави сящего от расхода усилия, которое движущийся поток оказывает на закругленный участок трубопровода. Это усилие измеряется
190
или по длине перемещения закругленного участка, имеюще го гибкую связь с трубопроводом, или же по значению компен сационной силы, удерживающей этот участок от перемеще ния. Участок, имеющий гибкую связь с трубопроводом, дела ют или в виде двойного S-образного колена, или же в виде горизонтально направленной петли U-образной формы. По следняя с помощью сильфонов связана с трубопроводом и переме щается при возникновении расхода в горизонтальном направ лении. Двойное S-образное колено при возникновении расхо да поворачивается вокруг центральной точки. Гибкий учас ток трубы связан с подвижным элементом преобразователя линейного перемещения (например, дифференциально-транс форматорного) или преобразователя угла поворота (например, сель сина). Выходной сигнал этих преобразователей служит или для непосредственного измерения по нему расхода потока, или же для управления компенсационной схемы, создающей с по мощью постороннего источника энергии силу, компенсирую щую силовое воздействие потока на закругленный участок тру бы. В первом случае гибкие элементы, связывающие подвижной участок с остальным трубопроводом, должны иметь высокие уп ругие свойства, так как их силы упругости должны уравновеши вать давление потока на закругленный участок трубок. Этого не требуется во втором случае, где уравновешивание достигается с помощью компенсирующей силы. Такие расходомеры [3, 9] бо лее предпочтительны. В одном из них [9] при повороте S-образно- го двойного колена включается механизм, который закручивает противодействующую спиральную пружину, пока S-образное колено не возвратится практически в исходное положение. В ком плект входит радиоизотопный плотномер, благодаря чему при бор показывает массовый расход от 0,3 до 33 кг/мин. Приведен ная погрешность ±0,75% . Фирма считает этот прибор пригод ным для измерения расхода многофазных агрессивных и радио активных веществ.
Но в большинстве случаев погрешность измерения у расходо меров с подвижным участком трубы оказывается больше. Так, в работе [17] сообщается о расходомере, состоящем из двух после довательных U-образных петель. Первая по ходу потока, распо ложенная в вертикальной плоскости, воздействует на мембран ногидравлический преобразователь. Вторая — дополнительная, находящаяся в горизонтальной плоскости, передает свой вес на расположенный под ней динамометрический преобразователь массы измеряемого вещества. Испытания показали, что погреш ность измерения расхода около 5 % .
В одном японском расходомере [13] измеряется усилие, возни кающее не на закругленном участке трубы, а при переходе с боль шего диаметра на меньший. Соответствующий участок трубы выполняют подвижным.
191
10.5.РАСХОДОМЕРЫ С ОСЦИЛЛИРУЮЩИМ КРЫЛОМ
Вработе [8] приведены результаты исследования расходомера
сосциллирующим крылом, служащего для измерения расхода воздуха в каналах больших размеров. Преобразователь расхода состоит из двух одинаковых крыльев (рис. 113), поверхности которых расположены вдоль направления движения воздуха. Крылья сдвинуты немного (расстояние е) относительно друг дру
|
|
га, и между ними оставлено не |
|
|
большое расстояние Ьдля прохода |
|
|
воздуха. Нижнее крыло непо |
|
^ |
движно, верхнее может поворачи- |
/ |
ваться вокруг оси О. Установле- |
|
V |
-о |
но, что при правильно выбранных |
|
|
значениях отрицательного угла |
|
|
атаки а неподвижного крыла верх |
|
|
нее крыло начинает осциллиро |
Рис. 113. Схема преобразователя с ос |
вать вокруг точки О при скорос |
|
|
циллирующим крылом |
тях воздуха, не меньших некото |
рого значения, зависящего от массы крыла. Между частотой колебаний крыла и скоростью воз духа наблюдается достаточно хорошая пропорциональность. Ос новная причина этих колебаний — периодический срыв вихрей с криволинейной поверхности крыла. Поэтому данный расходо мер можно рассматривать как частный случай вихревого. Для указанных на рис. 113 размеров крыльев были приняты: Ъ= 10 мм, е = 2СИ-30 мм, р = 22+23 мм и а = 3+5°.
Чем легче крыло, тем меньше значение скорости воздуха i>min, начиная с которого крыло начинает осциллировать. Но чем мень ше жесткость крыла, тем раньше наступает вибрация крыла, т. е. тем меньше значение наибольшей итах измеряемой скорости воз духа. Наилучший диапазон измерения скоростей от 3 до 22 м /с оказался у крыла из пенопласта шириной 76 мм, а длиной 914 мм. При этом частота / колебаний возрастала от 5 до 37 Гц. Отноше ние f/v сохранялось постоянным в пределах ±4 % , но повторяемость f при данном v сохранялась с погрешностью не более ±0,5 %.
10.6. ИЗМЕРЕНИЕ РАСХОДА ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЖИДКОСТЕЙ
Один из методов измерения расхода основан на поляризации диэлектрической жидкости при движении ее в магнитном поле. Снаружи участка трубы, изготовленного из неэлектропроводного материала, расположены полюса магнита. Между ними, а также снаружи трубы, на концах диаметра, перпендикулярного к на правлению магнитного поля, помещены обкладки конденсатора в виде полукруглых металлических пластин. При движении жид кости на этих пластинах будут образовываться связанные заря-
192