Измерение расхода

Измерение расхода. Измерение расхода играет жизненно важную роль в промышленности. Несмотря на большую потребность в качественных датчиках расхода, точность этих устройств до сих пор оставляет желать лучшего.
Измерение объемного расхода. Объемный расход можно определить на основе скорости истечения потока. Связь между этими величинами однозначно определяется геометрией сечения трубы, где производится измерение, поэтому их взаимный пересчет легко выполняется с помощью калибровочной таблицы, поставляемой производителем датчика. Для измерения объемного расхода можно использовать следующие принципы:
- разность давлений;
- скорость вращения турбины;
- распространение ультразвука в жидкости;
- магнитную индукцию;
- интенсивность образования вихрей.
Датчики расхода, основанные на измерении разности давлений, работают в соответствии с законом Бернулли. Движущаяся в трубопроводе жидкость имеет постоянный объемный расход во всех сечениях. Даже если трубопровод имеет сужение, то массовый и объемный расход должны оставаться одинаковыми. Чтобы удовлетворить законы сохранения энергии и количества движения, в месте сужения скорость и статическое давление жидкости должны отличаться от остальных сечений трубопровода. В соответствии с законом Бернулли в месте сужения скорость движения жидкости увеличивается, а давление падает. По величине перепада давления Δp = p₁ - p₂ можно рассчитать скорость жидкости. Расход пропорционален √Δp коэффициент пропорциональности зависит от геометрии сужения. Для измерения можно использовать смещение мембраны, возникающее из-за увеличения давления. Если мембрана соединена с магнитным сердечником дифференциального трансформатора, то выходное напряжение также будет пропорционально разности давлений и, следовательно, расходу жидкости (рис.2.7а).

Рис. 2.7. Измерение расхода по разности давлений: а - общий подход с использованием сужения трубопровода; б - принцип трубки Вентури.

В месте сужения всегда присутствуют потери на трение, которые можно уменьшать за счет выбора гидродинамически обтекаемой формы. Примером такого устройства является трубка Вентури (рис.2.7б), которая состоит из сужающегося и расширяющегося сопел.
Расход можно измерить турбиной со счетчиком частоты вращения, поскольку он пропорционален скорости вращения. Обычно этот принцип применяется в расходомерах, которые выдают импульс при прохождении через турбину определенного количества жидкости. Такой измеритель можно использовать только для чистых жидкостей, так как любые твердые частицы будут мешать вращению турбины.
Простой способ измерения объемного расхода основан на свойствах распространения ультразвука в жидкости. В результате ультразвукового измерения можно получить среднюю скорость жидкости, которая определяется по скорости распространения ультразвуковых волн.
Ультразвуковое измерение выполняется с помощью двух пьезоэлектрических преобразователей, помещенных по разные сторонам трубы на расстоянии (вдоль оси трубы) по крайней мере, 100 мм друг от друга; они могут работать как в режиме излучения (прямо), так и в режиме отражения.