В каталоге 4065 приборов

Для инженеров:
— удобный поиск по параметрам
— постоянно обновляемый каталог
Для компаний КИПиА:
— возможность бесплатно получить клиентов
— удобный инструмент добавления приборов

Виды, устройство и принцип действия расходомеров



 О чем эта статья

Какие бывают виды расходомеров. Как каждый из них устроен и для чего создан. Какие у них преимущества и в каких случаях разные расходомеры стоит применять. Все это вы узнаете в этой статье.
Вы также можете посмотреть другие статьи. Например, «Устройство и принцип работы датчиков уровня» или «Психрометр Августа (стационарный психрометр)».

Перейти к выбору и покупке расходомеров

Расходомер, как видно из названия — устройство, предназначенное для измерения расхода какого-либо вещества — как правило, жидкости или газа. Если имеется канал диаметром d и по нему со средней скоростью Va перемещается жидкость или газ, то расходом является величина:

формула расхода вещества
где A=πd2/4 — площадь поперечного сечения канала.

Следует сразу отметить, что вещества, расход которых необходимо измерить, могут быть сжимаемыми (газ) или несжимаемыми (жидкость), и методики измерения расхода в обоих случаях имеют свои особенности.

Независимо от типа используемого устройства определения расхода вещества является довольно сложной комплексной задачей, при решении которой приходится учитывать множество факторов, таких как:

  1. Физические характеристики исследуемой среды
  2. Физические характеристики окружающей среды
  3. Форма канала и свойства материала, из которого он изготовлен

К каждому датчику как правило прилагается набор документов описывающих технические параметры прибора, его ограничения и рекомендации по эксплуатации. Перед покупкой изучите все эти документы и выберете наиболее подходящее для ваших задач устройство.

Среди довольно большого разнообразия расходомеров по принципу действия можно выделить следующие основные группы:

  • Датчики скорости потока по перепаду давления
  • Тепловые расходомеры
  • Ультразвуковые расходомеры
  • Электромагнитные расходомеры
  • Микрорасходомеры
  • Кориолисовские расходомеры
  • Расходомеры с мишенями
  • Детекторы изменения скорости потока

Рассмотрим основные виды расходомеров.

Тепловые расходомеры

В основе метода лежит довольно 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 (рисунок 1). Предположим, 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.

Общая схема расположения ключевых элементов теплового расходомера
Рисунок 1. Общая схема расположения ключевых элементов теплового расходомера.

Подобным образом изменению могут быть подвергнуты и другие параметры вещества (например, его химический состав), однако в большинстве случаев это недопустимо, например, когда речь идёт о медицинском применении расходомеров.

Ультразвуковые расходомеры

В устройствах данного типа используется свойство звуковых волн изменять скорость своего распространения в подвижной среде. Если установить источник (A) и приёмник (B) ультразвука со смещением (рисунок 2), то о скорости потока можно судить по изменению скорости распространения звуковой волны вдоль отрезка AB.

Общая схема расположения ключевых элементов ультразвукового расходомера
Рисунок 2. Общая схема расположения ключевых элементов ультразвукового расходомера

Кроме того, для измерения локальной скорости потока может быть использован эффект Допплера, для этого источник и приёмник располагаются как указано на рисунке 3. Исходный сигнал, а также сигнал с приёмника отправляются на смеситель. Частота ультразвука, которую фиксирует приёмник, изменяется в зависимости от скорости потока, исходная частота остаётся неизменной. Частота сигнала на выходе из смесителя является разностью частот исходного и принятого сигнала - по этой величине можно однозначно судить о локальной скорости вещества в потоке.

Общая схема расположения ключевых элементов расходомера на эффекте Допплера
Рисунок 3. Общая схема расположения ключевых элементов расходомера на эффекте Допплера

Ультразвук достаточно часто используется в производстве датчиков. Например, существуют ультразвуковые дефектоскопы

Электромагнитные расходомеры

Если жидкость проводит ток, её перемещение поперёк линий магнитного поля приведёт к возникновению ЭДС, пропорциональной скорости потока. На практике эта схема реализуется путём установки электромагнитов таким образом, чтобы линии магнитного потока были перпендикулярны потенциальному перемещению потока жидкости, а также установкой пары электродов, фиксирующих наведённую движением потока ЭДС (рисунок 4).

Общая схема расположения ключевых элементов электромагнитного расходомера
Рисунок 4. Общая схема расположения ключевых элементов электромагнитного расходомера

Возможно несколько различных реализаций данного метода, однако изменения в целом касаются схемы обработки данных и не затрагивают принципиальные основы метода.

Вихревые расходомеры (Расходомеры с мишенями)

В расходомерах данного типа основным элементом является дискообразная или шарообразная мишень, укреплённая на эластичном тросе, один противоположный конец которого неподвижно закреплён (рисунок 5). Поток жидкости или газа приводит к смещению мишени, что вызывает деформацию троса, а установленные на нём тензодатчики регистрируют тип и степень деформации. Полученные данные позволяют судить о скорости потока вещества, а также о его направлении.

Схема расположения ключевых элементов вихревого расходомера
Рисунок 5. Схема расположения ключевых элементов вихревого расходомера

Достоинством таких датчиков является возможность проведения измерений расхода и скорости потока в двух или даже в трёх различных направлениях. Для обеспечения подобной многозадачности необходимо обеспечить симметричность мишени для всех нужных направлений.

Кориолисовские расходомеры

Обычно кориолисовский расходомер состоит из трубки, которая подвергается вибрационному воздействию от внешнего генератора колебаний (рисунок 6). Если трубка пуста, колебания приведут к синхронному ускорению всех участков трубки. Если же по трубке перемещается жидкость, на неё из-за воздействия ускорения, вызванного колебательным воздействием, будет также действовать кориолисова сила, направленная в различные стороны для входного и выходного потоков жидкости, что приведёт к сдвигу фазы колебаний трубки. Величина фазового рассогласования зависит от массы жидкости, протекающей по трубке в единицу времени.

Схема функционирования кориолисового расходомера
Рисунок 6. Схема функционирования кориолисовского расходомера

Главным достоинством устройств данного типа является их универсальность — они могут применяться для определения скорости потока большого спектра веществ — как жидкостей, так и газов. Основным же недостатком кориолисовских расходомеров является их относительно высокая стоимость.

Микрорасходомеры

Этот класс представлен расходомерами теплового или емкостного принципа действия в миниатюрном исполнении. Требования к габаритам обусловлены областью применения подобных устройств — это, как правило, химическое производство или медицинские технологии. По принципу действия микрорасходомеры полностью идентичны своим крупногабаритным аналогам, однако стоимость миниатюрных устройств, как правило, гораздо выше.

Расходомеры по перепаду давления

Для понимания принципа функционирования данного типа расходомеров проще всего прибегнуть к аналогии с законом Ома. В рамках данной аналогии давление эквивалентно напряжению, а скорость потока эквивалентна силе тока. Если на пути прохождения потока установить препятствие (сопротивление), возникнет перепад давления до и после препятствия (падение напряжения на сопротивлении). Определение перепада давление можно осуществлять как непосредственно измеряя давление жидкости до и после прохождения препятствия, так и с помощью дифференциального датчика давления, установленного на ответвлении от основного канала. Аналогично можно определить силу тока на участке цепи, зная падение напряжения на сопротивлении известного номинала.

Детектор изменения скорости потока (датчики наличия расхода)

Часто требуется определение не количественных, а качественных характеристик потока жидкости или газа. К примеру, от устройства необходимо получать сигнал только в случае, если скорость потока отклоняется от номинальной. В данном случае чаще всего используются пороговые расходомеры на основе пьезоэффекта. В потоке устанавливается пара пьезокристаллов, включенных в электрическую цепь навстречу друг другу. Один из кристаллов изолирован от внешнего воздействия, второй находится непосредственно в потоке вещества (Рисунок 7).

Схема расположения ключевых элементов порогового расходомера на пьезокристаллах
Рисунок 7. Схема расположения ключевых элементов порогового расходомера на пьезокристаллах

В случае если кристаллы находятся в одинаковых условиях, заряды на них имеют равную величину и разные знаки, напряжение на резисторе R равно нулю. Если же скорость потока изменяется, возникает изменение заряда на не изолированном кристалле, баланс зарядов нарушается, напряжение на резисторе изменяется — регистрация этого явления позволяет сделать вывод об отклонении скорости потока от номинального значения.

Приборы, в основу которых положен данный метод, как правило, могут быть использованы для анализа как жидких, так и газообразных сред.

Механические расходомеры

К этой группе относится ряд устройств, полностью лишённых электронных компонентов. В расходомерах такого типа скорость потока может измеряться, например, путём определения скорости вращения механической турбины при погружении её в поток. Механические расходомеры довольно дешевы, однако их точность, как правило, не позволяет использовать их в большинстве критичных к этому параметру приложений. Помимо низкой точности, их недостатком является наличие подвижных частей, препятствующих потоку жидкости или газа, что также снижает точностные характеристики приборов данного типа. Однако, это не мешает им широко использоваться в приборах учета расхода воды установленных в квартирах.

Опубликована 04-03-12.

Если вам понравилась статья нажмите на одну из кнопок ниже

 

Корзина

Сейчас корзина пуста.
Найти нужный прибор можно через поиск приборов или в каталоге.


Каталог


Полезные материалы

Определение расходы вещества очень важная задача. Однако, влажность тоже очень важный показатель. Узнайте в каких единицах измеряется абсолютная влажность в и другую информацию об этом важнейшем параметре.
Принцип работы датчиков различных физических величин во многом схож. После изучения этой статьи рекомендуем вам узнать какие бывают виды датчиков давления.

Случайные приборы





LY3100ALH width="160px" height="105px"
Гироскопы




LPY530AL width="160px" height="105px"
Гироскопы




AD7817ARU width="160px" height="105px"
Полупроводниковые термодатчики