Прибор, измеряющий расход, т е. количество вещества, проходящее в трубопроводах в единицу времени, называют расходомером
|
Скачать 0.84 Mb.
|
Тепловые расходомеры – расходомеры, измеряющие зависящий от расхода эффект теплового воздействия на поток или тело, контактирующий с потоком.В основе метода лежит простая идея: если локально изменять свойства вещества в потоке (например, температуру) и регистрировать эти изменения на некотором удалении от места воздействия, можно определить среднюю скорость перемещения вещества в потоке (рис. 2.33). Допустим, что в потоке установлена пара датчиков температуры (A и B) и один нагревательный элемент C, причём расстояния AC > BC. Если вещество неподвижно, повышение температуры происходит локально за счёт теплопроводности, и датчик B нагревается быстрее, поскольку расположен ближе к нагревательному элементу. Если же поток придёт в движение, температура в области A упадёт до исходной температуры вещества в потоке, а температура в области B будет чуть выше исходной. Анализ данных с датчиков позволяет однозначно судить о скорости перемещения вещества в потоке.  Рис. 2.33. Общая схема расположения ключевых элементов теплового расходомера По конструкции тепловые расходомеры отличаются способом нагрева, расположением нагревателя (снаружи или внутри трубопровода), характером функциональной зависимости между расходом и измеряемым сигналом. Основной способ нагрева – электрический омический. Иногда используется индуктивный нагрев с помощью электромагнитного поля и с помощью жидкостного теплоносителя. По способу теплового взаимодействия с потоком тепловые расходомеры можно разделить на калориметрические, термоконвективные и термоанемометрические. При электрическом омическом нагреве у калориметрических расходомеров нагреватель расположен внутри, а у термоконвективных – снаружи трубы. У калориметрических и термоконвективных расходомеров измеряется разность температур газа или жидкости (при постоянной мощности нагрева) или же мощность (при постоянной разности температур). У термоанемометров измеряется сопротивление нагреваемого тела (при постоянной силе тока) или же сила тока (при постоянном сопротивлении). Термоконвективные расходомеры разделяются на квазикалориметрические и теплового пограничного слоя. В квазикалориметрических расходомерах вычисляется разность температур потока, или мощность нагрева. В расходомерах теплового пограничного слоя вычисляется разность температур пограничного слоя или мощность нагрева, основная область применения – измерения расхода в трубопроводах диаметром до 100 мм. В трубах большого диаметра используются: • парциальные расходомеры с нагревателем на обводной трубе; • парциальные расходомеры с тепловым зондом; • парциальные расходомеры с наружным нагревом ограниченного участка трубы. Достоинством калориметрических и термоконвективных расходомеров является то, что они измеряют массовый расход при постоянной теплоемкости среды, отсутствие контакта с измеряемой средой. Недостаток термоконвективных расходомеров – большая инерционность. Для повышения быстродействия используют корректирующие схемы и импульсный нагрев. Иногда используют тепловые расходомеры с нагревом электромагнитным полем или жидкостным теплоносителем. Достоинство тепловых расходомеров с нагревом электромагнитным полем – относительно низкая инерционность, их применяют для измерения расхода электролитов и диэлектриков, селективно-серых агрессивных жидкостей. Электромагнитное поле образуется с помощью излучателей энергии высокой частоты, сверхвысокой частоты или инфракрасного диапазона. Расходомеры с жидкостным теплоносителем используются для измерения расхода пульп, расхода газожидкостных потоков. Предел использования термоконвективных расходомеров – 150-250 °С, при использовании нагрева электромагнитным полем или жидкостным теплоносителем – до 450 °С. Калориметрические расходомеры основаны на зависимости от мощности нагрева среднемассовой разности температур потока. Калориметрический расходомер состоит из нагревателя, расположенного внутри трубопровода, и двух термопреобразователей для измерения температур до и после нагревателя. Термопреобразователи располагаются обычно на равных расстояниях от нагревателя. Распределение температур по обе стороны от источника нагрева будет зависеть от расхода вещества. При отсутствии расхода температурное поле симметрично. При появлении расхода эта симметрия нарушается. Рост разности температур при малых значениях расхода почти пропорционален расходу. Затем этот рост замедляется и после достижения максимума начинается падение разности температур по гиперболическому закону. Расположение термопреобразователей влияет на градуировочные кривые. Калориметрические расходомеры с внутренним нагревом не получили распространения в промышленности из-за малой надежности работы в эксплуатационных условиях нагревателей и термопреобразователей, располагаемых внутри трубопровода. Они более пригодны для различных исследовательских и экспериментальных работ. Кроме того, целесообразно применять их в качестве образцовых приборов для поверки и градуировки других расходомеров. При этом особенно ценным является то, что они измеряют массовый расход. Термоконвективными называются тепловые расходомеры, у которых нагреватель, и термопреобразователь размещаются снаружи трубопровода, что увеличивает эксплуатационную надежность расходомеров и удобство для применения. Передача тепла от нагревателя к измеряемой среде производится за счет конвекции через стенку трубы. Разновидности термоконвективных расходомеров: 1. квазикалориметрические расходомеры • с симметричным расположением термопреобразователей; • с нагревателем, совмещенным с термопреобразователем; • с нагревом непосредственно стенки трубы; • с асимметричным расположением термопреобразователей; 2. расходомеры, измеряющие разность температуры пограничного слоя; 3. расходомеры особых разновидностей для труб большого диаметра. Квазикалометрические расходомеры (первая группа) имеют градуировочные характеристики аналогичные калориметрическим расходомерам и две ветви: восходящую и нисходящую, а у расходомеров второй группы – только одну ветвь, так как у них преобразователь начальной температуры изолирован от нагревательного участка трубы. Кроме того, квазикалориметрические расходомеры применяются преимущественно для труб диаметром от 0,5-1,0 мм и выше. Чем больше диаметр трубы, тем в меньшей степени прогревается центральная часть потока, и прибор все в большей мере измеряет лишь разность температур пограничного слоя, которая зависит от его коэффициента теплоотдачи, а значит, и от скорости потока. При малых диаметрах прогревается весь поток и здесь так же, как и в калориметрических расходомерах, измеряется разность температур потока с той и другой стороны нагревателя. Тепловые расходомеры, измеряющие разность температур пограничного слоя. Их существенный признак – отсутствие прогрева центральной части потока, так как применяют их для труб с диаметром не менее 50 мм. В результате в них измеряется не разность средних температур потока до и после нагревателя, а разность температур с обеих сторон пограничного слоя. Расходомеры особых разновидностей трубопроводов большого диаметра. При измерении расхода веществ, имеющих высокую температуру, а также веществ, температура которых может существенно изменяться, следует стабилизировать или вообще исключить потерю тепла в окружающую среду. Этого можно достичь с помощью дополнительного компенсационного нагревателя, установленного по всей длине измерительного участка. Нагреватель поддерживает заданную разность температур в поперечном сечении теплоизоляции независимо от температуры и расхода измеряемого вещества. Эта разность контролируется дифференциальной термопарой, сигнал которой поступает в автоматический регулятор, управляющий через блок питания током, поступающим в компенсационный нагреватель. Для измерения расхода в трубах большого диаметра служит метод, основанный на применении теплового зонда. Преобразователь местной скорости здесь по внешней форме напоминает напорную трубку Пито диаметром 18 мм. После обтекаемой конусообразной носовой части расположена медная трубка (d = 18 мм), на внутренней поверхности которой помещен терморезистор, контролирующий температуру поступающего газа. Затем имеется небольшая теплоизоляционная втулка, за которой находится вторая медная трубка (d = 18 мм) с расположенными на внутренней поверхности последовательно электронагревателем и вторым терморезистором, контролирующим температуру нагретой стенки, зависящей от местной скорости потока. Провода от терморезисторов и нагревателя выводятся через держатель, перпендикулярный к измерительной части зонда, имеющей длину около 140 мм. Для измерения расхода измерительную часть зонда надо установить в том месте, где имеется средняя скорость потока. Элементы конструкции термоконвективных расходомеров Нагреватель и термопреобразователи – основные элементы термоконвективных расходомеров. Обычно на трубу, покрытую изоляцией (слюда, титановая эмаль и т. п.), наматывают провод тех или других марок (ПЭВ, ПЭТВ, ПЭТК и т. п.), а также манганиновую или нихромовую проволоку. При диаметрах труб от 1 до 50 мм длина нагревателя от 10 до 100 мм, диаметр проволоки 0,1-0,2 мм, сопротивление 10-150 Ом, мощность 0,1-100 Вт, сила тока 1-500 мА, снижаемая до 0,1 мА при взрывобезопасном исполнении. Известны случаи применения для нагрева полупроводниковых пленок, в частности слоя хлористого олова, нанесенного на титановую эмаль. При этом снижается тепловая инерция. Термопреобразователями служат термопары или термометры сопротивления. В микрорасходомерах, где сложно разместить несколько спаев термопар, обычно применяют термометры сопротивления (медные и никелевые). В остальных расходомерах применяют преимущественно термобатареи (медь-константановые и хромель-копелевые) с числом спаев 8-30. Получаемая термо-ЭДС лежит в пределах от 1 до 10 мВ. Спаи термобатареи располагают последовательно в местах измерения температур, и таким образом получаемая термо-ЭДС, соответствует разности температур. Спаи должны быть изолированы от стенки трубы и в то же время их температура должна быть как можно ближе к соответствующим температурам стенки. Для изоляции служат синтетические смолы и цемент. Сами же спаи и термоэлектроды должны иметь минимальные размеры, а в эпоксидные компаунды, которые закрепляют спаи на поверхности трубы, рекомендуется добавлять теплопроводные примеси (например, измельченный графит). Третий элемент конструкции преобразователей термокондуктивных расходомеров – устройство, которое должно максимально уменьшить теплообмен преобразователя с окружающей средой. Это надо как для уменьшения потерь тепла, так и влияния внешних тепловых возмущений. Для этого служат наружный кожух, имеющий теплоизоляционное покрытие, и дополнительная внутренняя труба. Между ними образуется воздушная изоляционная прослойка. Кроме того, эффективно применение внутри кожуха многослойных отражательных экранов из алюминиевой фольги и стеклоленты. При необходимости можно применять дополнительный компенсационный нагреватель, поддерживающий заданную разность температур в поперечном сечении теплоизоляции. Термоанемометры основаны на зависимости между потерей тепла непрерывно нагреваемого тела и скоростью газа или жидкости, в которых это тело находится. Основное назначение термоанемометров – измерение местной скорости и ее вектора. Они могут служить и для измерения расхода, когда известно соотношение между местной и средней скоростью потока, или когда последняя непосредственно измеряется с помощью термоанемометра. Кроме того, существуют конструкции термоанемометров, специально предназначенных для измерения расхода. Термоанемометры малоинерционны и используются при измерении местных скоростей. Погрешность термоконвективных расходомеров находится в пределах ±1,5-3 %. У калориметрических расходомеров погрешность равна ±0,3-1 %. Большинство термоанемометров относится к термокондуктивному типу со стабильной силой тока нагрева или же с постоянным сопротивлением нагреваемого тела. У первых измеряется электрическое сопротивление тела, являющееся функцией скорости потока, а у вторых – сила греющего тока, которая должна возрастать с ростом скорости потока. Кроме того, в одной группе термокондуктивных преобразователей ток нагрева одновременно служит и для измерения, а в другой – нагревающий и измерительные токи разделены. Через один резистор течет ток нагрева, а через другой, получающий тепло от первого, – ток, который необходим для измерения. К достоинствам термоанемометров относятся большой диапазон измеряемых скоростей, начиная от весьма малых, и высокое быстродействие, позволяющее измерять скорости, изменяющиеся с частотой в несколько тысяч герц. Недостаток термоанемометров с проволочными чувствительными элементами – хрупкость последних и изменение градуировки по причине старения и перекристаллизации материала проволоки вследствие динамических нагрузок и высокой температуры нагрева. Преобразователи термоанемометров. Первичные преобразователи термоанемометров разделяются на проволочные, пленочные и терморезисторные. Чувствительный элемент проволочного преобразователя – тонкая и обычно короткая проволочка из платины, вольфрама, никеля. Концы проволочки (термонити) приваривают к концам двух манганиновых стерженьков, укрепленных на жестком основании. Наибольшую температуру нагрева Тп проволочки (до 1000 °С) допускает платина. Тарированный вольфрам может работать до 600 °С. Но, во избежание быстрого старения материала, обычно проволочку нагревают только до 400-500 °С. При измерении же вещества, имеющего высокую температуру, термонить укрепляют на основании, охлаждаемом проточной водой. Для предохранения термонити от поломки при большой скорости газового потока принято защищать ее стеклянной оболочкой. Пленочный преобразователь термоанемометра состоит из круглого стеклянного полого стержня диаметром в несколько миллиметров с клинообразным или конусообразным концом, на которое распылена пленка платины толщиной 50-100 А в виде небольшой полоски (1 х 0,2 мм). Концы полоски соединены с проводами, проходящими внутри стеклянного стержня. Иногда наносится еще вторая пленка большего размера для температурной компенсации. Пленочные преобразователи значительно прочнее проволочных и могут служить для измерения скоростей газа от 1,5 м/с вплоть до 400-500 м/с при температурах до 500 °С и скоростей жидкости до 18 м/с при температуре до 60 °С. Их инерционность немного больше, чем у проволочных и возрастает с уменьшением скорости. Верхний частотный предел уменьшается от 100 кГц при скорости воздуха 300 м/с до 1 кГц при скорости 1м/с. Чувствительным элементом терморезисторного преобразователя служит миниатюрный полупроводниковый терморезистор, обычно в виде шарика или бусинки. Их достоинства – простота конструкции, механическая прочность и высокая чувствительность. Недостаточная стабильность градуировки в значительной степени уменьшена. Применение их в качестве термоанемометров для измерения скоростей жидкостей и газов при очень высокой температуре все более расширяется. Постоянная времени у них несколько больше, чем у проволочных и пленочных термоанемометров, и в зависимости от размера терморезистора составляет 0,5-2,5 с. Часто преобразователь термоанемометра состоит из двух терморезисторов, один из которых измерительный, а другой – компенсирующий изменение температуры потока. У термоанемометров, в которых цепь нагрева отделена от цепи измерения терморезистор обычно располагается внутри проволочного нагревателя. Возможны разные конструкции: например, нагреватель намотан на трубку, внутри которой находится терморезистор, или же спираль нагревателя с помощью стекла закрепляется на полупроводниковом шарике и затем запаивается в стеклянный капилляр. Преобразователи термоанемометрических расходомеров Преобразователь термоанемометрического расходомера отличается от преобразователя обычного термоанемометра тем, что чувствительный элемент (термонить) находится не в какой-то одной точке потока, а более или менее равномерно распределен по всему его сечению. Погрешность прибора ±2,5 %. При измерении расхода воды во избежание выделения из нее растворенного газа, а также образования пара вместо нагрева полупроводникового терморезистора можно производить на основе эффекта Пельтье его охлаждение. 2.8. ИОНИЗАЦИОННЫЙ РАСХОДОМЕР Ионизационными расходомерами называются приборы, основанные на измерении того или иного зависящего от расхода эффекта, возникающего в результате непрерывной или периодической ионизации потока газа или жидкости. Ионизационные расходомеры разделяются на две группы:
Погрешность расходомеров, основанных на измерении ионизационного тока, около ±5 % и применяются они сравнительно редко, преимущественно для измерения скоростей, а не расходов газовых потоков. Кроме того, имеются разработки ионизационных приборов для измерения расхода жидкостей-диэлектриков, в частности расхода индустриального масла. В таких расходомерах погрешность измерения меньше и находится в пределах 2-4 %. Меточные ионизационные приборы более точные. Расходомеры с ионизацией потока газа радиоактивным излучением – это расходомеры у которых в качестве ионизатора выступает радиоактивное излучение. Радиоактивный источник, создающий α-или β-излучение, может находиться как внутри (Рис. 2.34, а, в), так и снаружи трубы (Рис. 2.34, с). Это излучение ионизирует поток газа, движущегося в трубе. Внутри нее помещены два (иногда три) электрода, к которым подана разность потенциалов. Сила ионизационного тока, возникающего между электродами, будет зависеть от числа ионизированных молекул в промежутке между электродами, т. е. от скорости движения газа. Имеются два типа ионизационных расходомеров. В первом – источник излучения и электроды находятся друг от друга на некотором расстоянии L по оси трубы (Рис. 2.34) и ионизационный ток течет вдоль оси трубы. Во втором – ионизационный ток течет не вдоль, а поперек трубы, так как источник излучения и приемные электроды расположены на противоположных сторонах трубы (Рис. 2.35). В первой схеме (Рис. 2.34, а) слой радиоактивного вещества нанесен на первом по ходу потока электроде 1, второй 2 расположен от первого на расстоянии L. Во второй схеме (Рис. 2.34, б) радиоактивный источник 3 кольцевой формы находится на расстоянии L от двух пластинчатых электродов 4 полукольце образной формы, расположенных друг против друга. В третьей схеме (Рис. 2.34, с) радиоактивный источник помещен снаружи трубы в защитном контейнере 5. β-излучение проходит в газопровод   а в  с Рис. 2.34. Схемы ионизационных расходомеров, с источниками излучения и приемными электродами расположенными на расстоянии L вдоль оси трубы через окно, закрытое медной фольгой, и поступает внутрь кольцевого электрода 6. Второй электрод 8 находится на расстоянии L от первого. Стенка трубы 7 изготовлена из изоляционного материала. При отсутствии расхода во всех трех схемах все ионизированные молекулы рекомбинируют, прежде чем, достигнут приемного или приемных электродов и тока в цепи не будет. Рекомбинация носителей зарядов - процесс, обратный ионизации. При рекомбинации из положительных ионов и электронов образуются нейтральные атомы. С увеличением расхода будет возрастать число ионизированных молекул, достигающих приемных электродов, и сила тока в цепи станет расти. Вначале рост силы тока пропорционален расходу, но затем станет замедляться. Ток будет стремиться к некоторому постоянному значению, когда все ионизированные молекулы, не успев рекомбинировать, достигнут приемных электродов. При дальнейшем возрастании скорости газа наблюдается даже небольшое уменьшение силы тока, объяснимое тем, что часть ионизированных молекул проносится мимо электродов. В качестве источника радиоактивного излучения, могут использоваться хром, стронций, иттрий, пригодные до температур 300 °С, а также америций, применяемый до 150 °С. В схеме, изображенной на рис. 2.35а, напротив излучающего электрода расположен один приемный электрод, а в схеме на рис. 2.35в – два приемных электрода 2 и 3 расположены симметрично относительно излучающего электрода 1 и включены навстречу друг другу. В первой схеме при отсутствии расхода сила тока будет максимальной. С увеличением расхода сила тока будет уменьшаться, потому что при этом все большее число ионизированных молекул будет уноситься из межэлектродной зоны.  а  в Рис. 2.35. Схемы ионизационных расходомеров с расположением источника излучения и приемных электродов на противоположных стенках трубы
|
Похожие:
 |
Сравнительный расход топлива на единицу работ, выполняемых различными агрегатами Затупившиеся лапы культиватора, диски сошников сеялок увеличивают тяговое сопротивление и поэтому снижают производительность, при... |
|
11. Виды доз. Широта терапевтического действия, ее значение Дозой называют количество вещества на один прием (разовая доза). Обозначают дозу в граммах или долях грамма |
 |
Лекция №3 Химическая кинетика Скорость реакции измеряется количеством вещества, реагирующего в единице объёма в единицу времени – (гомогенные реакции) или на единице... |
|
Исследование продовольственного картофеля нашего поселения «Непецинское» Века. Его по праву называют вторым хлебом. Клубни картофеля, в зависимости от его назначения, содержат до 25 сухого вещества, в том... |
|
Регулятивные ууд Цель: выявление умения ребенка осуществлять кодирование с помощью символов в единицу времени (концентрация, переключение и объем... |
|
Положение об оплате труда (образец заполнения) утверждаю общество... Мрот устанавливаемый федеральным законом (или законом субъекта рф) минимальный размер оплаты труда (минимальная месячная заработная... |
|
Ра Се Свае ногi мачу Яж так I, як I ў се Жыць добра I доўга хачу! Если какая-нибудь сторона выступает наиболее сильно, овладевая массой и торжествуя над ней, так что при этом противоположная сторона... |
|
Инструкции по безопасности. Подключение и работа Старые приборы содержат вещества, которые можно переработать. Сдайте Ваш старый прибор в пункт приема утиля |
|
Безопасное обращение с бытовыми электроприборами В домашнем хозяйстве находит применение большое количество электрических аппаратов, машин и приборов (телевизоры, стиральные машины,... |
|
Межгосударственный стандарт гост 611-2013 "Государственная система... Введен в действие приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 23 сентября 2013 г. N 1085-ст |
|
Разрешение экрана (пиксел) Максимальное количество кривых, одновременно отображаемых на экране в реальном времени |
|
Конспект учебного занятия План урока № Повторить основные количественные характеристики из курса химии такие, как количество вещества, молярная масса, массовая доля, число... |
|
Гентамицин I. Общие сведения Гентамицина сульфат 4% раствор – лекарственное средство, содержащее в качестве действующего вещества гентамицина сульфат. В 1 мл... |
|
Инструкция по применению и техническому обслуживанию углекислотных... Заряд огнетушителя количество огнетушащего вещества, находящегося в корпусе огнетушителя, выраженное в единицах массы или объема |
|
Инструкция по применению и техническому обслуживанию порошковых огнетушителей... Заряд огнетушителя количество огнетушащего вещества, находящегося в корпусе огнетушителя, выраженное в единицах массы или объема |
|
Пояснительная записка Характеристика вида спорта ... |