Тахометрические (крыльчатые и турбинные) счетчики.

Действие счетчиков данного типа основано на вращении движущимися жидкостью или газом специальных элементов: а) турбины; б) крыльчатки.

Схема внутреннего устройства тахометрических раходомеров

а) турбинный расходомер: 1 – корпус;

2, 3 – лопасти выпрямляющие поток жидкости или газа; 4 – турбина.

б) крыльчатый расходомер

 

Как видно из рисунка ось турбины располагается параллельно потоку, а ось крыльчатки располагается перпендикулярно. Крыльчатые расходомеры используют для измерения медленнодвижущихся потоков жидкостей с невысокой вязкостью, т.к. в противном случае крыльчатка создает сильное сопротивление движению быстрого потока или вязкой жидкости и ломается этим потоком. Соответственно турбинные счетчики применяются для измерения потоков с большей скоростью движения (например, измерение расхода газа), а также для измерения расхода жидкостей с повышенной вязкостью.

 

Показания счетчика могут выводится на счетные суммирующие устройства для визуального отображения, но для обеспечения выработки сигнала для средств автоматизации используются следующие виды преобразователей:

- индукционные (генераторные) преобразователи;

- индуктивные преобразователи;

- фотоэлектрические преобразователи;

- оптические преобразователи;

- механические магнитные преобразователи.

В индукционных преобразователях происходит создание турбиной электрического тока в виде импульсов в катушке из проводника расположенного на корпусе вокруг турбинного колеса.

В индуктивных преобразователях происходит изменение индуктивности наружной обмотки в зависимости от изменения сопротивления ее магнитной цепи, происходящего при вращении турбины. На выходе получается высокочастотный электрический сигнал.

В фотоэлектрических преобразователях происходит появление пульсирующего электрического напряжения в цепи фотоэлемента в результате периодического прерывания вращающейся турбинкой луча света, падающего на фотоэлемент. Частота пульсации напряжения в цепи фотоэлемента пропорциональна вращению турбинки. Такие преобразователи не создают никакого тормозящего момента, но устройство их сложнее, чем индукционных или индуктивных. Они применяются главным образом при измерении расхода газа.

В оптических преобразователях, так же как и в фотоэлектрических преобразователях, происходит прерывание луча света лопастями турбинки. Но в фотоэлектрических приемником является фотоэлемент, который генерирует импульс электрического тока, а в оптических приемником света является блок фотодиодов, которые под действием света управляют током, который подается в счетное устройство.

В механических магнитных выработка частотного сигнала в электрической цепи устройства осуществляется за счет герконов, которые включаются намагниченными магнитными лопатками вращающейся турбинки.

Геркон – герметичный контакт - электромеханическое устройство, представляющее собой пару ферромагнитных контактов, запаянных в герметичную стеклянную колбу. При поднесении к геркону постоянного магнита или включении электромагнита контакты замыкаются. Герконы используются, как бесконтактные выключатели, датчики близости и т. д. Геркон с электромагнитной катушкой составляет герконовое реле.

Внешний вид геркона.

 

Лопасти турбинки изготавливаются из ферромагнитного материала. При прохождении лопасти возле геркона, контакты геркона замыкаются, проходящий ток дает сигнал на счетное устройство.

Если рассмотреть все вышеперечисленные преобразователи, то можно заметить, что они преобразуют вращение турбины в сигнал в виде частоты (импульс).

В каждом расходомере указана цена одного импульса, которая измеряется м³/имп или л/имп.

Достоинства ТР: возможность измерения любых жидкостей и газов; нет необходимости перекалибровки при изменении типа жидкости.

Недостатки ТР: износ вращающихся деталей; противодействие деталей потоку; механическая сложность.

Индукционные расходомеры

 

Принцип действия индукционных расходомеров (ИР) основан на законе электромагнитной индукции (закон Фарадея). Рассмотрим принцип действия ИР на примере схемы приведенной на рисунке 17.

 

Схема индукционного расходомера

1 – трубопровод; 2 – магнит; 3 – электроды; 4 – электронный усилитель; 5 – вторичный показывающий прибор, проградуированный в единицах измерения расхода; 6 – источник питания электромагнита

 

Если в трубопроводе 1 движется токопроводящая жидкость между полюсами электромагнита 2, то перпендикулярно движению жидкости (перпендикулярно электромагниту), на электродах 3, возникает электрический ток, напряжение которого прямопропорционально скорости движения жидксоти. Электромагнит приводится в действие источником питания 6. Электронный усилитель 4 усиливает электрический ток, поступающий с электродов 3. Вторичный прибор 5 регистрирует значения расходомера.

Достоинства ИР: незначительная инерционность, отсутствие механических частей, отсутствие частей внутри трубопровода, возможность измерения расхода загрязненных или сложных жидкостей.

Недостатки: необходимость градуировки на каждый вид жидкости, побочные токи (например от проходящих рядом проводов) могут вносить существенную погрешность в измерения.

 

Ультразвуковые расходомеры

 

Принцип действия ультразвуковых расходомеров (УР) основан на физическом законе сложения скоростей. Например, если лодка плывет из пункта А в пункт В по течению реки, то время ее движения можно определить по формуле:

,

где t₁ - время движения; S - расстояние; J - скорость реки; n - скорость лодки.

При движении лодки из пункта В в пункт А (против течения) время рассчитывается по формуле:

.

Разница во времени определится по формуле:

,

где Dt - разница во времени движения.

Если скорость реки будет увеличиваться, то и время Dt также будет увеличиваться.

В УР в качестве лодки используется ультразвук. В трубопроводе на определенном расстоянии S друг от друга располагаются два пьезоэлектрических элемента. При подаче электрического тока на пьезоэлемент он совершает колебания, генерируя ультразвук. При попадании ультразвука на пьезоэлемент в нем вырабатывает электрический ток. Таким образом, пьезоэлементы являются одновременно и генераторами и приемными устройствами.

 

 

Схема работы ультразвукового расходомера

И₁, И₂ – первый и второй излучатель; П₁, П₂ – первый и второй приемник;

S – расстояние между излучателем и приемником;

J - скорость движения контролируемой жидкости

 

Первый генератор отправляет сигнал на приемник по ходу движения жидкости. Происходит замер времени прохождения. Затем второй элемент отправляет сигнал против течения жидкости. По полученным результатам определяется Dt. Расход жидкости в трубопроводе определяется по следующей формуле:

,

(12)

где Q - расход жидкости; F - площадь сечения трубопровода; n - скорость ультразвуказвука в контролируемой среде; S – расстояние между излучателем и приемником; К - коэффициент, учитывающий распределение скоростей в потоке по сечению.

Пример расположения пьезоэлементов в расходомере «Эталон РМ»

 

 

Достоинства УР: высокое быстродействие; надежность датчиков (излучателей и приемников), возможность измерения расходов любых жидкостей и газов, в том числе неэлектропроводных.

Недостатки: размещение датчиков внутри труб, необходимость данных о скорости распространения ультразвука в контролируемой среде.