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

И. Р. Янбухтиным, С. А. Шузаловым и А. В. Денисовым разра­ ботан простой и надежный способ компенсации влияния вязкости на работу крыльчатки турбинного расходомера, заключающийся в том, что в межлопастных каналах крыльчатки площадь невозмущенного потока поддерживается постоянной ,в широких пределах изменения чисел Рейнольдса, т. е. скорости потока и вязкости жидкости. Это достигается тем, что перед лопастями крыльчатки по потоку уста­ навливаются тела обтекания, например в виде радиально расходящих­ ся цилиндрических «спиц», жестко связанных с крыльчаткой и проек­ тирующихся в межлопастные каналы.

Механизм действия компенсации заключается в следующем. Измеряемая среда, проходя тела обтекания, образует за ними следы, или кильватерные течения, которые на некотором расстоянии за те­ лами обтекания (в зоне лопастей крыльчатки) представляют собой спутные струи, скорость течения которых меньше скорости невоз­ мущенного потока. Наличие в межлопастном канале струи, имеющей скорость, меньшую скорости невозмущенного потока, равносильно за­ громождению части сечения этих каналов, причем с увеличением ско­ рости натекаиия жидкости точка исчезновения следа отодвигается дальше по потоку.

Таким образом, в каждом межлопастном канале крыльчатки одновременно образуется пограничный слой и спутная струя. Учиты­ вая, что зависимость толщины пограничного слоя на лопастях крыль­ чатки и ширины спутной струи в зоне лопастей от числа Рейнольдса обратная, в межлопастных каналах крыльчатки автоматически обес­ печивается поддержание постоянства площади невозмущенного по­ тока в широких пределах изменения чисел Рейнольдса, т. е. и расхо­ дов. Это позволяет получить высокую точность пропорциональной зависимости скорости вращения крыльчатки от расхода в широких диапазонах изменения расходов.

Массовые кориолиеовы 'расходомеры с одной враща­ ющейся крыльчаткой получили широкое распространение для измерения сыпучих матери, ілов. Строго говоря, та­ кие расходомеры измеряют массовый расход двухфаз­ ного потока твердое вещество — газ. Однако при боль­ шой плотности твердой фазы влияние газа на точность измерения массового расхода пренебрежимо мало и ос­ новным источником 'погрешности является переменный момент трения твердого вещества о лопасти крыльчатки. Для уменьшения этого влияния предложен метод, за­ ключающийся в том, что лопасти и вал крыльчатки из­ готовляются 'полыми с пористой поверхностью. Во внут­ реннюю полость крыльчатки подается сжатый воздух, который, пройдя через поры лопастей крыльчаток, обра­ зует тазовую подушку между потоком твердого вещест­ ва и крыльчаткой. Таким образом, момент трения о крыльчатку снижается до минимальных величин. Ука­ занная мера одновременно позволяет полностью исклю­ чить засоряемость измерительных элементов расходоме­ ра мелкими фракциями пылевидного измеряемого по-

ниям температуры, давления и физических характеристик измеряемого потока. Основным недостатком этого спо­ соба является невозможность градуировки и проверки работоспособности системы при отсутствии вращения крыльчаток.

Наиболее точно временной интервал -может быть сформирован в том случае, когда его границами явля­ ются нулевые точки значения э. д. с. при смене ее поляр­ ности. Это следует из того, что, во-первых, нулевые значения э. д. с. соответствуют моменту прохождения лопасти крыльчатки с магнитопроводящей пластиной через продольную ось магнита; во-вторых, положение нуля э. д. с. не зависит от частоты вращения крыльча­ ток; в-третьих, э. д. с. имеет наибольшую крутизнѵ в нуле {Л. 52].

Нуль-органы выделяют граничные значения времен­ ного, интервала. Сам же временной интервал формиру­ ется триггером, который устанавливается в состояние 1 импульсом, генерируемым первым нуль-органом, в со­ стояние 0 импульсом, генерируемым вторым нуль-орга­ ном. В результате время пребывания триггера в состоя­ нии 0 равно временному интервалу At.

Для того чтобы нуль-орган не срабатывал под дей­ ствием помех во время отсутствия входных сигналов, в схеме формируются стробирующие импульсы, которые включают нуль-органы только на время прохождения импульсов магнитоиндукционного генератора, «се осталь­ ное время нуль-органы выключены. Стробирующие им­ пульсы вырабатываются специальными формирователя­ ми. Их начало соответствует моменту достижения вход­ ным сигналом заданного уровня, превышающего мак­ симальное значение помехи, а конец — моменту сраба­ тывания нуль-органа.

Для точного измерения промежутка времени требу­ ется, как и в широко применяемом в настоящее время фазовом методе измерения угла, идентичность формы им­ пульсов с обеих крыльчаток, что в первую очередь дости­ гается при одинаковых условиях подхода и ухода отмет­ чиков на крыльчатках относительно индукционных пре­ образователей [Л. 42].

При различном расстоянии отметчиков от индукцион­ ных преобразователей амплитуды сигналов начала и конца измеряемого интервала времени будут различны­ ми даже при полной идентичности магнитоиндукционных

101

узлов. Это обстоятельство вызовет временное несоответ­

ло каждый раз в момент времени, соответствующий нуле­

на выходе магнитоиндукционного генератора. Очевидно, существуют зависимости

нию входными усилителями измерительной схемы расхо­ домера и sy — крутизна сигнала в области рабочей точки.

время является стартовым, а другой—стоповым, изме­ рительная схема должна содержать схему совпадения,

102

обеспечивающую работу схемы измерения, начиная только со стартового сигнала.

При работе с магнитоиндукционными преобразовате­ лями необходимо учитывать идентичность их активного и реактивного сопротивлений, определяющих собствен­ ную фазовую 'погрешность, которая приводит к запазды­ ванию магнитного потока относительно изменения маг­ нитного сопротивления. При допущении, что фазовая ха­ рактеристика линейна для небольших фазовых искаже­ ний, эту погрешность можно оценить по первой гармонике:

где R — активное магнитное сопротивление магнитоиндукционного генератора и %макс — реактивная составля­ ющая магнитной цепи при максимальной частоте сигна­

крыльчаток.

Практическое исследование схем измерения проме­ жутка времени, проведенное И. И. Ивановой, А.Я.Кор­ ниенко и В. Г. Троицким [Л. 51], заставляет отдать пред­ почтение схеме с независимым включением магнитоиндукционных генераторов. Анализ этой схемы позволяет сделать следующие выводы:

торов « элементов устройства, формирующего времен­ ной интервал;

2) в области малых расходов погрешность в основ­ ном определяется нестабильностью работы нуль-ограна;

3)в области больших расходов основная погреш­ ность обусловлена различными фазовыми сдвигами сигналов магнитоиндукционных генераторов;

4)в обоих случаях погрешность не превосходит 0,3%

Д4іакс = 5 мсек;

5) для повышения точности формирования времен-' ного интервала необходимо строго контролировать и при необходимости производить отбор магнитоиндукционных генераторов.

103