турбинки находится магнит. При вращении турбинки поле этого магнита пересекает витки катушки, генерируя в них пульсирую щий ток. При необходимости повысить частоту тока увеличива ют число катушек, расположенных снаружи, или же число маг нитов. Так, в одной конструкции турбинка снабжена кольцевым ободом, утопленным в кольцевом пазе в стенке корпуса. В ободе помещены с равным шагом несколько десятков маленьких маг нитов, каждый из которых, проходя мимо катушки, генерирует импульс тока. Пример турбинного преобразователя с большим числом магнитов дан на рис. 149.
Если же магнит помещен внутри катушки, то тогда или лопат ки турбинки изготовляют из ферромагнитного материала, или в ее ступице помещают из аналогичного материала пластинку либо штифт с осью, перпендикулярной к оси трубы. Каждый из этих магнитопроводов при вращении турбинки изменяет поле маг нита, находящегося внутри катушки, и генерирует в последней пульсирующий ток. Здесь при большом числе ферромагнитных лопастей легче, чем в предыдущем случае, обеспечить высокую частоту тока даже при малой частоте вращения, соответствую щей малым расходам. Но при небольших диаметрах, когда число лопастей ограничено, для повышения частоты прибегают к уве личению магнито-индукционных узлов.
Иногда обмотку, в которой генерируется ток вращающимся магнитом, выполняют не в виде прямой катушки, а тороидально, наматывая проволоку на кольцевой сердечник из пермаллоя, от деленный от турбинки диамагнитной стенкой. При этом можно увеличить амплитуду сигнала и избавиться от торможения по коя при симметрии магнитной цепи. Тормозящий момент М п индукционных преобразователей определяется мощностью, рас ходуемой на выделение тепла в электрическом контуре, и мощ ностью, расходуемой на вихревые токи и перемагничивание фер ромагнитных материалов. Момент М п возрастает с ростом ам плитуды сигнала. Увеличение последнего оправдано при сред них и больших турбинках, когда влияние противодействующего момента М ПУсоздаваемого тахометрическим преобразователем, не значительно, при этом в некоторых случаях можно обойтись без промежуточных усилителей. Анализ индукционных преобразова телей и рекомендации по их расчету приведены в работах [10, 26].
Индуктивные преобразователи основаны на изменении индук тивности наружной обмотки в зависимости от изменения сопро тивления ее магнитной цепи, происходящего при вращении тур бинки. Индуктивная катушка с железным сердечником, отделен ная от турбинки диамагнитной стенкой, питается от особого гене ратора током сравнительно высокой частоты в несколько кило герц. Во время вращения турбинки при проходе лопастей или других ее элементов из ферромагнитного материала мимо катуш ки изменяется сопротивление ее магнитной цепи, а значит, и ее
312
сигнала. Электрическую схему, показанную на рис. 142, имеет турбинный расходомер «Парус-31», рассчитанный для измерения расхода топлива (<7тах = 5 м3/ч, диапазон измерения 20 : 1) в трубах диаметром 25 мм. Измерительный прибор — авто матический потенциометр. Погрешность измерения ±0,5 % от <7max* Для достижения указанного большого диапазона измерения входной направляющий аппарат имеет лопатки под углом 35° при установочном угле лопастей турбинки 15°, что увеличивает движущий момент на заторможенной турбинке [16].
Фотоэлектрические тахометрические преобразователи основа ны на появлении пульсирующего электрического напряжения
вцепи фотоэлемента в результате периодического прерывания вращающейся турбинкой луча света, падающего на фотоэлемент. Частота пульсации напряжения в цепи фотоэлемента пропорци ональна 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 [10, 12, 17], но иногда и жид кости, например, при небольших диаметрах турбинки [57] или при измерении быстропеременных расходов [22]. Обычно освети тель (электрическая лампочка) и фотоэлемент устанавливаются с разных сторон турбинки и отделяются от измеряемого веще ства прочными стеклами. В теле турбинки делается одно или несколько отверстий, которые при вращении турбинки создают периодическое освещение фотоэлемента светом, падающим от осветителя. Для получения высокой частоты фототока служат разные средства. Так, в работе [22] для этой цели применено зуб чатое колесо, каждый зуб которого модулирует луч света, падаю щий на фотоэлемент. В другом расходомере применены три фо тоэлектрических преобразователя, каждый из которых состоит из лампы, фотосопротивления и двух оптических призм, отделяю щих фотосопротивления и лампы от жидкости. Фотосопротивле ния смещены относительно друг друга на 120°.
Применение фотоэлектрических преобразователей для непро зрачных жидкостей затруднительно, но возможно. Так, в работе [57] тангенциальная турбинка имеет отражательные пластинки на концах лопастей. Над турбинкой, ось которой горизонтальна, помещено прочное стекло, за которым расположены осветитель и германиевый фотодиод. При вертикальном положении лопас ти турбинки луч света отражается от пластинки на конце лопас ти и освещает фотодиод. Слой жидкости между концом лопасти и стеклом очень тонок и не мешает процессу отражения. Кроме того, максимум чувствительности германиевого фотодиода лежит
винфракрасной области при длине волны около 1,5 мк. Известны также конструкции, в которых для измерения непрозрачной жид кости на вертикальной оси турбинки, выведенной вверх в воз душную камеру, укреплялся обтюраторный диск для прерыва ния луча света.
314
Оптические тахометричес- |
1Ш1к2/ >1 |
|||
кие преобразователи, как |
и |
|||
фотоэлектрические, основаны |
||||
на периодическом прерыва |
||||
нии лопастями турбинки све |
ImlF' |
|||
тового |
луча. От источника |
|||
инфракрасного излучения (све |
|
|||
тодиод АЛ107Б или АЛ119), |
|
|||
находящегося в приемно-пере |
|
|||
дающем |
блоке 4 (рис. 143, а) |
|
||
световой поток вводится |
в |
|
||
центральный световод пучка |
|
|||
из семи кварц-полимерных |
|
|||
световодов диаметром 0,4 мм, |
|
|||
образующих волоконно-опти |
Рис. 143. Схема турбинного преобразова |
|||
ческую линию связи 3, и да |
||||
теля расхода с оптическим преобразова |
||||
лее через гермоввод 2 падает |
телем (а) и схема распространения лучей |
|||
на торец очередной лопасти |
в градане {б) |
|||
турбинки 1. Отражаясь от нее, световой поток через гермоввод 2 попадает на торцы шести пери
ферийных световодов волоконно-оптической линии связи 3 и за тем на светочувствительный элемент блока 4. В качестве гермо ввода применяется градан-стержень из кварца с градиентным распределением по радиусу коэффициента преломления, который имеет свойства цилиндрической линзы.
На рис. 143, б показана схема распространения лучей в градане (5 — отражающая поверхность торца лопасти турбинки; 6, 7 — передающее центральное и приемное периферийное волок на световода; 8 — градан). Диаметр градана 1,5 мм, длина 16 мм. Допустимые давление и температура 15 МПа и 200 °С [1].
14.9.КОНСТРУКЦИИ РАСХОДОМЕРОВ
ИСЧЕТЧИКОВ С АКСИАЛЬНОЙ ТУРБИНКОЙ
Уже много лет широкое применение имеют счетчики жидко сти воды, аксиальная турбинка которых через шестеренчатый ре дуктор связана со счетным механизмом. Ранее они нередко име новались счетчиками Вольтмана, с горизонтальной или вертикаль ной осью. На рис. 144 показано устройство одной из моделей такого водосчетчика типа УВТ. Вода поступает в турбинку 7, прой дя через струевыпрямитель 8, в ребрах которого укреплен обтека тель 10, содержащий передний подшипник 9 оси турбинки. У струевыпрямителя одна из лопастей 6 может поворачиваться при вращении регулировочного винта, который затем закрывает ся крышкой и пломбируется. Задний подшипник вместе с упор ным, выполненным в виде регулируемого винта 4 с агатовым наконечником и червячной парой, передающей вращение от тур-
315
Рис. 144. Счетчик воды УВТ с аксиальной турбинкой
бинки паре сменных шестерен 3, заключены внутри кронштейна 5. В нем же находятся и опоры вертикальной оси червячного колеса. Размещение этих опор в одной детали позволяет устра нить биение оси и быстрый износ зубчатых колес, имевший место в прежних конструкциях. Шестерня 3 вращает магнитную полумуфту, отделенную водонепроницаемой диамагнитной перегород кой от второй магнитной полумуфты, соединенной с редуктором 2, и через последний со счетным роликовым механизмом 1, име ющим стрелочный указатель. Общее передаточное число редук тора 1:88,25 . В отличие от более старых конструкций здесь не только счетный механизм, но и редуктор отделены от воды, а бла годаря применению магнитной передачи нет трения оси, связы вающей редуктор и счетный механизм, в сальниковом уплотне нии.
В связи с выходом ГОСТ 14167-83 (табл. 29) разработана но вая конструкция турбинного водосчетчика типа СВТ (рис. 145). В корпусе 1 с помощью кольца 3 укреплена втулка 16, снабжен ная струевыпрямителем 2, несущим передний подшипник, и реб рами жесткости 14 с задним подшипником турбинки 15. Такая конструкция позволяет обеспечить соосность обоих подшипников. Для регулирования частоты вращения турбинки при настройке имеется поворотная лопатка 4. На конце оси турбинки укрепле-
316