Калориметрические расходомеры

Принцип действия калориметрических расходомеров основан на нагреве потока жидкости или газа посторонним источником энергии, соз- дающим в потоке разность температур, зависящую от скорости потока и расхода теплоты в нагревателе. Если пренебречь теплом, отдаваемым по- током через стенки трубопровода в окружающую среду, то уравнение те- плового баланса между расходом тепла, потребляемым нагревателем, и теплом, сообщенным потоку, принимает вид

qt = kQмc p Δ t, (4.27)

 

где k – поправочный множитель на неравномерность распределения тем- ператур по сечению трубопровода; ср – теплоемкость (для газа при посто- янном давлении) при температуре t=(t1+t2)/ 2; ∆ t – разность температур до и после нагревателя.

Тепло к потоку в калориметрических расходомерах подводится обычно электронагревателями, для которых

qt = 0,24 I2 R, (4.28)

 

где I – сила тока; R – сопротивление нагревателя.

На основании выражений (4.27) и (4.28) получим уравнение массо-

вого расхода

м

Q = 0,24 I R

 

 

(4.29)

kcp Δ t

Возможны и существуют два способа измерения массового расхода

в соответствии с выражением (4.29):

• расход определяют по значению мощности, потребляемой нагрева-

телем и обеспечивающей постоянную разность температур

Δ t;

• расход определяют по разности температур Δ t

мощности, подводимой к нагревателю.

при неизменной

В первом случае расходомеры работают как регуляторы температу-

ры нагрева потока, у которых измерительным и регулирующим элементом

является уравновешенный мост с термометрами сопротивления до и после нагревателя. При изменении разности температур мост выходит из равно- весия и включает устройство, которое изменяет регулировочное сопро- тивление до тех пор, пока не восстановится заданная степень нагрева. Массовый расход при этом определяют по показаниям ваттметра, вклю- ченного в цепь нагревателя.

Датчики калориметрических расходомеров второго типа (рис. 4.25) состоят из двух последовательно соединенных термометров сопротивле- ния 1 и 2, устанавливаемых до и после нагревателя 3. Последовательное соединение термометров обеспечивает равенство токов в их цепях, что позволяет градуировать их непосредственно по разности температур. Кро- ме термометров сопротивления используют также термисторы и термопа- ры. Термометры сопротивления обладают тем преимуществом, что их можно выполнять в виде равномерной сетки, перекрывающей все сечения потока, и таким образом измерять среднюю по сечению температуру. Тер- мометры сопротивления включают в плечи моста, два плеча которого составляют резисторы сопротивлением R1 и R2

 

 

Рис. 4.25. Калориметрический расходомер:

1 и 2 – термометры сопротивления;

3 – электрический нагреватель

 

Калориметрические расходомеры обладают достаточно высокой точностью, оцениваемой (в условиях индивидуальной градуировки) при- веденной погрешностью ± (0,5 - 1,0)%, большим диапазоном измерений (10:1 и выше), малой инерционностью.

Недостатками их являются сложность измерительных схем и неста- бильность характеристик, связанная с коррозией приемных устройств и осаждением на них различных частиц, переносимых потоком.

Данные приборы можно применять для измерения массового расхо- да как жидкостей, так и газов, но в настоящее время ими измеряют, глав- ным образом, малые (в трубках диаметром 2-3 мм) и средние расходы чис- тых газов.

Контрольные вопросы

 

 

1. Как классифицируются счетчики по принципу действия?

2. Назовите основные характеристики счетчиков.

3. На чем основан принцип действия объемных счетчиков?

4. Чем определяется количество жидкости, прошедшей через скоро-

стной счетчик?

5. Чем отличаются барабанный и ротационный газовые счетчики?

6. Где применяются насосы-дозаторы?

7. Какие сужающие устройства относятся к стандартным?

8. По какой зависимости определяется объемный расход по методу переменного перепада давления?

9. Что учитывает коэффициент расхода в методе переменного пере-

пада давления?

10. Какое из стандартных сужающих устройств дает больший пере-

пад давления при одном и том же расходе?

11. Линейна ли зависимость разности давления до и после диафрагмы от измеряемого расхода?

12. Где наблюдается минимальное давление при измерении расхода методом переменного перепада давления?

13. Что входит в комплект расходомера переменного перепада давле-

ния?

14. Будет ли работать ротаметр, если в нем конусную трубку заменить цилиндрической?

15. Почему перепад давления не зависит от положения поплавка ро-

таметра и постоянен?

16. Линейна ли зависимость положения поплавка ротаметра от изме-

ряемого расхода?

17. Назовите преимущества измерения расхода бесконтактными ме-

тодами перед контактными.

18. Почему электромагнитным расходомером нельзя измерять расход неэлектропроводной жидкости?

19. Назовите основные недостатки электромагнитного расходомера с постоянным магнитным полем.

20. Может ли ультразвуковой расходомер измерить расход неэлек-

тропроводной жидкости?

21. Что является мерой расхода в ультразвуковом расходомере?

22. На каком законе основана работа расходомеров Кориолиса?

23. Что входит в комплект расходомера Кориолиса?

24. Что является мерой расхода в кориолисовом расходомере?

25. На каком принципе основана работа вихреакустического расхо-

домера?

26. Назовите область применения вихреакустических расходомеров.

27. Назовите основные отличия вихревых от вихреакустических рас-

ходомеров.

28. Назовите области применения калориметрических расходомеров.

29. От каких переменных зависит массовый расход в калориметриче-

ском расходомере?