Материал: Расходомеры и счетчики количества веществ. Расходомеры переменного перепада давления, расходомеры переменного уровня, тахометрические расходомеры и счетчики

не конусами с углами а и р , как показано на рис. 159. Пропорциональность между частотой и

расходом наблюдали в пределах пятикратного диапазона изме­ нения расхода. С увеличением dm частота вращения уменьшает­ ся. При уменьшении dm до 12 мм нарушается устойчивость шара, а при увеличении до 21 мм имеет место полная потеря устойчи­ вости.

На рис. 161 приведена зависимость отношения f/qQот расхода qQдля шаров, имеющих dm, равный 15, 17, 19 и 20 мм при диамет­ ре отверстия d = 20 мм [30]. Замена криволинейной входной ча­ сти на прямоугольную с углом р= 180 ° (см. рис. 159) позволила уменьшить влияние вязкости у шаров с dm, равным 19 и 20 мм, и таким образом увеличить диапазон измерения прибора (штри­ ховые линии на рис. 161). Опыты показали, что преобразователь может работать в любом положении: горизонтальном, вертикаль­ ном и наклонном, причем направление потока может быть как снизу вверх, так и наоборот. Частота вращения шара при этом не изменяется. Кроме того, была обнаружена способность самоочи­ щения шара от механических примесей, попавших в его отвер­ стие.

22 П . П . Кремлевский

Первые опытно-промышленные образцы аналогичных преоб­ разователей были предназначены для измерения расхода воды в пределах 0,7-7 м3/ч при давлении до 20 МПа и температуре до 320 °С. Шар был выполнен из двух полусфер, сваренных между собой. По оси шара расположена трубка из ферромагнитного спла­ ва. Для температур менее 250 °С шар был изготовлен из фторо­ пласта. Снаружи корпуса расположено кольцо из кобальтовой стали со стабильными магнитными свойствами. Обмотка из по­ серебренного провода в стеклоизоляции. Такая магнитомодуля­ ционная система позволит избежать влияния прецессии шара на выходной сигнал и одновременно избавляет от размещения маг­ нитных элементов в потоке. На входе и выходе из полости, где расположен шар, имеются ограничители его хода, предотвращаю­ щие запирание шаром отверстий.

Согласно данным работы [37] соотношение размеров проточ­ ной части (см. рис. 159) надо выбирать в следующих пределах: dm/D = 0,32-0,62; L/D = 0,5+2; dBX/D = 0,21+0,34; DBblx/D = = 0,21+0,79; Pi = 60+360°; P2 = 40+75°. Потерю устойчивости на­ блюдали при dBX/D < 0,21, при dBX/D > 0,34, при dBbIX/D < 0,21 при Pi > 60° и в меньшей степени при Р2 < 45°. Но при Р2 > 75° шар запирал выходное отверстие. Соотношения dBblx/D > 0,79 и L/D > 2 не оказывали существенного влияния на устойчивость шара. С уменьшением dBX/D возрастали частота вращения шара и одновременно потеря напора. При изготовлении опытных об­ разцов авторами работы [37] было принято: dm/D = 0,50+0,53; L = 0,5D; dBX = (0,30+0,32)П; dBbIX = (0,65+0,7)D; Р2 = 70°.

Дальнейшие исследования были выполнены в НИИтеплоприбор [18, 20]. Основная цель — увеличение диапазона измерения за счет уменьшения qmin и упрощение конструкции узла съема сигнала. Была получена следующая зависимость, связывающая tfmin с геометрическими размерами £>, dm9 dBXи плотностями шара рш и жидкости р:

^min = V(Рш —Р)£^щ / (12р),

где кш — коэффициент расхода, отнесенный к площади входного отверстия.

Значение km мало зависит от X), dm> cLx, но уменьшается от 1,4 до 1,0 при увеличении рш от 1,15 г/см3^(оргстекло) до 2,7 г/см 3 (дюраль).

Кроме того, было установлено, что для достижения минималь­ ного значения qmin надо иметь dBblx/D = 0,48+0,50, но для сниже­ ния потери давления полезно увеличить dBblx/D до 0,56-0,59. При малой массе шара (рш = 1,15 г/см 3) и размерах: D = 54 мм, dBX = 18 мм {dBX/D = 0,33), dBblx = 30 мм (dBblx/D = 0,55), dm —

= 27 мм, Pi = 100° и р2 = 70° — удалось получить диапазон изме­ рения расхода <7max/<7min = 12,2, при потере давления 50 кПа (при

(7max)e

338

Преобразователь расхода (см. рис. 159) имеет простую кон­ струкцию. Но ему присущи и недостатки. Как указывается в работе [18], в ряде случаев наблюдаются зависание шара в от­ верстии по оси потока и прекращение его вращения. При некото­ рых режимах увеличивается амплитуда колебаний шара, приво­ дящая к его ударам о стенки камеры. Кроме того, возникают трудности с обеспечением надежности преобразования частоты вращения шара в частотный выходной сигнал в связи с появле­ нием прецессии оси вращения шара. В связи с этим тахометрический преобразователь следует выполнять в виде катушки ин­ дуктивности, охватывающей весь корпус, в котором помещен шар.

В НИИтеплоприбор были исследованы и разработаны преоб­ разователи расхода, у которых шар с диаметральным отверстием снабжен осью с небольшой аксиальной турбинкой на ее конце. Это обеспечивает вращение шара вокруг оси обтекающего его потока, устраняет возможность зависания и прецессии шара и упрощает устройство тахометрического преобразователя, разме­ щаемого на боковой поверхности корпуса, но одновременно и ус­ ложняет общую конструкцию преобразователя расхода. По срав­ нению же с турбинными преобразователями их преимуществами являются отсутствие опор и возможность измерения расхода ве­ ществ, содержащих механические примеси. Завод «Старорусприбор» [21] изготовляет подобные преобразователи типов ДРГП-50 и ДРГП-8. Первые служат для измерения расхода воды в преде­

в составе расходомеров ШРГП-55-50, а вторые — в составе расхо­ домеров ШРГП-55-8. Погрешность этих расходомеров ±1,5 % от верхнего предела измерения.

14.13. ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА КРЫЛЬЧАТЫХ, ТУРБИННЫХ И ШАРИКОВЫХ РАСХОДОМЕРОВ И СЧЕТЧИКОВ

Многие находящиеся в эксплуатации крыльчатые и турбин­ ные счетчики жидкости не имеют дистанционной передачи пока­ заний. Вал турбинки связан у них через зубчатый редуктор ме­ ханически или через магнитную муфту с роликовым либо стре­ лочным счетным механизмом. Магнитная муфта в старых кон­ струкциях находится между редуктором и счетным механиз­ мом, а в более новых — между турбинкой и редуктором.

Имеются конструкции, в которых наряду со счетным меха­ низмом, установленным непосредственно на корпусе преобразо­ вателя расхода, есть еще и устройство, обычно электрическое, для дистанционного измерения количества прошедшей жидкости или газа либо их расхода. Если же турбинный и шариковый преобра­ зователи расхода имеют тахометрический преобразователь, выра­ батывающий сигналы, частота которых пропорциональна частоте

339

вращения турбинки или шарика, то местные указатели расхода или количества отсутствуют.

Для измерения количества прошедшего вещества эти импуль­ сы, создаваемые тахометрическим преобразователем, считаются электрическим счетчиком импульсов, а для измерения расхода служат частотомеры, измеряющие частоту импульсов. Иногда ограничиваются измерением среднего значения выпрямленного пульсирующего тока. Но в этом случае точность измерения рас­ хода оказывается невысокой.

Применяют два способа измерения частоты. Первый основан на ее предварительном преобразовании в постоянный ток путем перезарядки конденсатора. Второй — на счете числа импульсов за определенные промежутки времени.

В НИИтеплоприбор разработан конденсаторный преобразова­ тель частоты для тахометрических, в частности шариковых, рас­ ходомеров (рис. 162). Импульсы от тахометрического преобразо­ вателя после усиления и формирования в прямоугольные с кру­ тыми фронтами нарастания и спада поступают на базу полупро­ водникового триода VI. Заряд конденсатора С до напряжения [7СТ стабилитрона V4 происходит от источника питания Ек через резистор RKи диод V2 при закрытом триоде VI. Когда последний открывается, конденсатор С разряжается через триод V I, диод V3 и цепь нагрузки RнCф. Емкость Сф сглаживает выходное напря­ жение. Такой конденсаторный преобразователь частоты «Пирс-5» имеет выходной сигнал 0-5 мА постоянного тока при RH= 0,2-5- -5-2,5 кОм и, кроме того, сигнал 0-100 мВ постоянного тока при RH= = 20 Ом. Имеется несколько модификаций «Пирс-5» в зависимо­ сти от верхнего значения измеряемой частоты f (в пределах от 20 до 400 Гц) и от типа тахометрического преобразователя (так, «Пирс-5» — для индукционного преобразователя с катушкой, на­ мотанной на постоянный магнит, а «Пирс-5УД» — для индуктив­ ного преобразователя с дифференциально-трансформаторной ка­ тушкой, питаемой током частотой 5 кГц). Погрешность «Пирс-5» не более 0,5 % . Учитывая, что погрешность выходных измери­ тельных приборов порядка 0,2-1,0 % , получим общую погреш­

340

Для измерения массового расхода и количества с помощью тахометрических расходомеров и счетчиков существует много схем. Их можно разделить на две группы. В первой наряду с тахометрическим преобразователем расхода имеется независи­ мый от него преобразователь плотности вещества (или темпера­ туры и давления). Вычислительное устройство обрабатывает сиг­ налы от этих преобразователей, и на выходе схемы получаются значения массового расхода жидкости или газа. Во второй груп­ пе тахиметрический преобразователь расхода конструктивно свя­ зан с устройством, реагирующим на изменение плотности (или температуры и давления). Основное применение в той и другой группе получили лишь приборы для измерения массового расхо­ да или количества жидкости, в которых необходимая коррекция достигается только с помощью соответствующего преобразовате­ ля температуры. Схемы с коррекцией по плотности встречаются значительно реже вследствие трудностей, связанных с разработ­ кой и изготовлением достаточно точных и надежных преобразо­ вателей плотности.

Всхеме [46] расходомера фирмы «Фор—Герман» турбинка помещена внутри конической втулки, которая перемещается вруч­ ную или автоматически, так чтобы скорость в месте установки турбинки возрастала с увеличением плотности и наоборот. Для автоматического перемещения втулки предусмотрен поплавко­ вый преобразователь плотности, через который непрерывно про­ текает измеряемая жидкость. Преобразователь воздействует на двухфазный реверсивный двигатель, перемещающий втулку.

Врасходомере, разработанном в НИИтеплоприбор [39], ось аксиальной турбинки, воспринимающая усилие, пропорциональ­ ное рq20, закреплена на гибких упругих подвесках, что позволяет ей перемещаться в продольном направлении и через рычаг, уп­ лотненный разделительной мембраной, воздействовать на стан­ дартный компенсационный преобразователь усилия. Сигнал от последнего, пропорциональный рq2Q, делится в вычислительном устройстве на сигнал от турбинного преобразователя, пропорцио­ нальный 90, и на выходе получаем сигнал, пропорциональный pq0, т. е. массовому расходу. Рассмотренные схемы отличаются сложностью и не получили широкого применения.

При измерении расхода или количества жидкости проще ог­ раничиться введением коррекции на температуру измеряемого вещества. Для турбинных и шариковых расходомеров, имеющих выходной электрический сигнал, коррекция на температуру вво­ дится с помощью электрического сигнала от преобразователя тем­ пературы. Так, для измерения массового расхода жидкого топли­ ва в ЦКТИ реализована схема, состоящая из шарикового расхо­ домера, имеющего частотный выходной сигнал, и терморезистора, сопротивление которого преобразуется в частоту особым устрой­ ством. Перемножение этих двух частотных сигналов образует

341