ДАТЧИКИ РАСХОДА И СКОРОСТИ

В промышленной измерительной технике требуются очень точные методы определения расхода и скоро­сти потока. При этом допустимые погрешности не должны превышать одного процента, а иногда и од­ной десятой процента. Довольно точные измерители расхода требуются иногда и в быту (например, газовый счетчик).

Рис. 4.1. Устройство лазерного допплеровского анемометра для измерения скоростей потоков в трубопроводе.

При таких требованиях к точности при­меняют чаше всего механические измерительные при­боры. Лишь в самое последнее время появились оптоэлектронные измерители расхода и скорости, рабо­тающие на оптическом эффекте Допплера. Эти лазер­ные допплеровские анемометры (рис. 4.1) исполь­зуют особый вид рассеяния света (эффект Доппле­ра), рассмотреть который более подробно здесь не представляется возможным. В данном случае луч лазера разделяется светоделительной пластинкой на два отдельных световых пучка, которые фокусируются затем с помощью линзы в протекающей среде. Рассе­янный потоком свет попадает далее на фотодетектор (фотоумножитель), где он преобразуется в электри­ческий ток. Усиленный допплеровский сигнал элек­тронным путем преобразуется затем в пропорцио­нальное расходу измерительное напряжение.

Рис. 4.2. Схематическое изображение процессов теплопередачи

от самонагревающегося резистора в канале потока.

Такой способ измерения расхода довольно дорог, но его достоинство состоит в том, что поток не иска­жается процедурой измерения и профиль потока мо­жет быть измерен с очень хорошим разрешением, так как регистрируется только скорость в точке фокуса. Однако для любительской практики этот метод не­пригоден.

Измерения расхода можно осуществить чисто элек­тронным путем, применяя в качестве датчика самона­гревающийся резистор. Сопротивление такого рези­стора изменяется вследствие охлаждения потоком, в результате чего резистор действует как датчик рас­хода. На рис. 4.2 показано омическое сопротивление (элемент датчика) в канале потока. Ток I нагревает этот элемент до температуры. В этих усло­виях теплоотвод осуществляется несколькими путями:

теплопроводность через среду потока к стен­кам трубы; ;

теплопроводность через механический дер­жатель и электропровода;

;

-теплопередача путем излучения (по закону Стефана – Больцмана );

- теплопередача путем свободной конвекции; ;

-теплопередача путем вынужденной конвек­ции (поток):

где Q – объемный расход.

В итоге омический элемент датчика оказывается в состоянии теплового равновесия, т. е. количество подводимой энергии равно количеству отводимой.

Поскольку подводимая электрическая энергия рав­на , равновесие определяется выражением

где представляет собой собственно измеряемую величину, так как она определяется потоком в ка­нале. Поэтому все остальные формы теплопередачи могут быть выражены константой. В этом случае по­лучается так называемое уравнение Кинга

,

где n = 0,5. В этом уравнении и можно считать аппаратурными параметрами, остающимися постоян­ными в известных пределах.

Поиск по сайту: