Вихревые и турбинные расходомеры. Принцип действия. Характеристики.
Расходомер с лопастью (рис. 5.3). На лопасть 2 действуют аэро- или гидродинамическая сила потока, сила веса и пружины 1 (если необходимо). Положение равновесия лопасти зависит от расхода. Положение лопасти можно измерить, например, с помощью потенциометра, закрепленного на ее оси.
Статическая характеристика может быть линейной или нелинейной в зависимости от формы трубопровода. Достоинства такого датчика: простота, надежность и низкая стоимость.
Турбинные и вихревые расходомеры
Основной частью турбинного расходомера является ротор с лопастями 1, помещенный в поток (рис. 5.4). Угловая скорость ротора пропорциональна скорости потока, которая в свою очередь пропорциональна расходу. На оси ротора находится постоянный магнит 2, который наводит импульсы в катушке 3. По частоте импульсов можно судить о скорости потока или его расходе.
Турбинный расходомер имеет линейную статическую характеристику (1:0,5%) и высокую производимость (до 0,2%). Диапазон измеряемых расходов не менее 10:1. Показания прибора мало зависят от температуры, плотности и давления среды.
Недостатки: влияние вязкости на точность работы и износ подвижных частей.
Вихревые расходомеры. Если поместить поперек потока цилиндрический стержень, то за ним при определенной скорости Uобразуются вихри, поочередно с каждой стороны (рис. 5.5). Частота их следования прямо пропорциональна скорости потока.
Измерение частоты следования вихрей можно осуществить с помощью емкостных датчиков давления, помещeнных по обе стороны препятствия, либо с помощью нагретых нитей, помещенных в среде за препятствием.
Достоинствами таких приборов являются: широкий диапазон измерения (30:1); хорошая линейность характеристики (1%); статическая характеристика не зависит от вязкости, плотности, давления и температуры; стабильность во времени; нет подвижных частей; можно использовать для измерений в жидкостях и газах с одинаковой точностью.
Недостатком таких датчиков является то, что могут возникнуть неустойчивости, связанные с трехмерностью течения. Для стабилизации используются специальные препятствия в потоке.
Расходомер с осевым вихрем основан на генерации колеблющихся вихрей с помощью насадки на входе в прибор (рис. 5.6).
Частота колебаний закрученной жидкости пропорциональна расходу. Эту частоту можно измерить с помощью температурного датчика. Диапазон измерения расхода жидкостей 6·10-4÷2 м3/с, а газов – 10-4÷3 м3/с. Точность метода ±1%. Пределы измерения одним прибором – 10:1.