Файл: Ильинский В.М. Измерение массовых расходов.pdf

ка на систему вращающихся крыльчаток не действует в качестве момента внешних сил момент массового рас­

форме апериодического звена с постоянной времени, на­ ходящейся в обратно пропорциональной зависимости от скорости потока ѵ. В этом случае

/гпи = ю(7,ь.р + 1).

Здесь ku — коэффициент преобразования; Тк — посто­ янная времени:

а также параметрами измеряемого потока жидкости. Допуская, что плотность потока во время переходно­

го процесса постоянна, можно отметить, что в этом слу­ чае любое изменение массового расхода вызовет соотвегствующее изменение скорости измеряемого потока. Это будет обусловливать изменение угловой скорости закрут­ ки потока. Тогда уравнение движения чувствительного элемента для расходомеров с приводом от потока, в ко­ торых чувствительные крыльчатки охвачены синхронно

с выходным сигналом в виде At уравнение движения крыльчатки с приводом от потока:

\Т] Р- + (Tt + Т 3 ) р + 1 ] = fe**pc7 ( 7 > + 1 ).

В расходомерах групп 3—5 (табл. 3) чувствительные крыльчатки не охватываются экранами и поэтому в пе­ реходных режимах момент вязкого трения будет иметь знак, обратный знаку момента на пружине. Тогда

Как отмечалось выше, в таких приборах для исклю­ чения влияния вязкости применяются две идентичные из-

70

•мерительные крыльчатки, на которые действуют одина­ ковые моменты вязкого трения.

Тогда уравнение движения для первой чувствитель­ ной крыльчатки приборов групп 3 и 5 (табл. 3) записы­ вается:

[Т\ Р2 + (Т3 - Т2) р + 1 ] = k**pG ( 7 > + 1 ).

Для расходомеров, представленных в табл. 3, урав­ нение движения будет иметь вид:

[Т\ р- + (Tt - Т2) р + 1 ]]М = /г*у?.

В переходных режимах угловая скорость закрутки потока имеет переменную составляющую ckçldt. Это при­ водит к нарушению соответствия угловых скоростей пер­ вой чувствительной и второй крыльчаток компенсацион­ ных расходомеров (группы 4 и 5, табл. 3), в результате чего на компенсационную крыльчатку действует допол­ нительный момент:

В двух последних уравнениях все обозначения соот­ ветствуют ранее принятым обозначениям, но имеют ниж­ ний индекс «к» — компенсационная крыльчатка.

В расходомере группы 4, отмеченном звездочкой (табл. 3), рассматриваемое явление отсутствует, так как любые колебания первой крыльчатки не будут переда­ ваться на вторую компенсационную из-за установки раз­ делительной крыльчатки.

Для компенсационных кориолисовых расходомеров без учета влияния первой крыльчатки на другую уравненение можно представить в виде

Т2р1Рг + (Т* + Трз + 1) ср/2 + [ 7 > * + ( Г Р 2 +

+ ^ Р З ) Р + І ] - Н ^ Г ;

[7, ÎP3 + (?N2 + ^ ) P + l l ? = ^ .

где ф/2 = фі=ф2 .

71

При значительном отношении / Ѵ і или при закручен­ ном потоке на входе в первую крыльчатку коэффициент Ар будет равен для обеих крыльчаток.

Из приведенного уравнения видно, что коэффициент усиления для компенсационного расходомера будет ра­ вен удвоенной величине коэффициента усиления турборасходомера.

Расходомеры с чувствительными крыльчатками, сов­ мещенными с роторами асинхронного электропривода, образуют с динамической точки зрения особую группу приборов (группа 6, табл. 3). Их крыльчатки жестко связаны с ротором электродвигателя, приводящего крыльчатки во вращение. В этих приборах о массовом расходе судят по величине нагрузки, прикладываемой к электродвигателю. Противодействующий вращению крыльчатки момент в таких расходомерах равен сумме

Момент внешних сил, прикладываемый электродвига­ телем к измерительной крыльчатке расходомера, можно

72

записываем решение уравнения динамической характе­ ристики расходомера

Таким образом, постоянная времени и в этом расхо­ домере зависит от массового расхода, причем при увели­ чении расхода ее величина уменьшается. Очевидно, уве­ личение жесткости механической характеристики элек­ тропривода, т. е. рост к', улучшит динамические свойства расходомера.

В рабочем диапазоне прибора для прироста потреб­ ляемого тока, являющегося выходным параметром, су­ ществует линейная зависимость, выражаемая как Аі =

=<k'à"sn, так как Ai = k"MB,c.

Пренебрегая инерционностью электрической измери­ тельной части, уравнение расходомера запишется:

Динамические свойства расходомеров с гистерезисны­ ми тормозными устройствами определяются параметра­ ми и динамическими характеристиками крыльчаток и ма­ ло отличаются от крыльчатых расходомеров, достаточно исследованных в настоящее время.

Отличительной чертой этих устройств является нали­

турбинного объемного расходомера. Нелинейное звено определяется статической характеристикой заторможен­ ной крыльчатки с зоной нечувствительности, зависящей от массового расхода. Массовые расходомеры на рис. 8, ІѴ-2 являются только одним нелинейным одно­ значным звеном с зоной нечувствительности.

Таким образом, передаточные функции основных ти­ пов массовых расходомеров имеют переменные и зави­ сящие от входной величины коэффициенты при первых производных.

Экспериментальные исследования динамических свойств разработанного автором турборасходомера [Л. 14] подтвердили изложенные положения.

Специальным устройством, имитирующим скачкооб­ разное воздействие на крыльчатку расходомера по мето­ ду, аналогичному методу Л. Л. Бошняка и А. I i . Вызова [Л. 36], чувствительной крыльчатке сообщалось возмуще­ ние, эквивалентное мгновенному изменению расхода от нуля до заданной величины Gx.

Величина Gx менялась от опыта к опыту. Скачкооб­ разное изменение расхода имитировалось так: при рабо­ тающем расходомере в трубопроводе устанавливался тре­ буемый расход Gx и чувствительная крыльчатка смеща­ лась на какой-то угол, регистрируемый вторичной аппа­ ратурой. Затем крыльчатка с помощью внешнего воздей­ ствия возвращалась в положение, соответствующее ну-

Рис. 16.

левому расходу, после чего внешнее воздействие мгно­ венно снималось и записывался переходный процесс, со­

ное изменение расхода, - представлена иа рис. 16,а. Корпус устройства 5 фланцевым соединением крепится к патрубку 1 испытуемого расходомера. Ось 7 имеет воз­ можность вращения. Осевое перемещение ее осуществля­ ется с помощью втулки 8 и ручки 9. На оси 7 установлен эксцентричный упор 3, который в крайнем левом поло­ жении ручки 9 входит в зацепление с чувствительной крыльчаткой 2 расходомера. Поток жидкости выходит через отверстие 4.

Ввиду того, что поток после чувствительной крыльчат­ ки не закручен, наличие упора 3 в выходном патрубке

74