6. РАСХОДОМЕРЫ С МАРКЕРНЫМИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯМИ

В ряде случаев требуется производить измерение нестационарных скоростей и расходов в ламинарных потоках, в которых недопустимо расположение каких-либо измерительных элементов. В этих условиях находят применение измерительные системы, работающие с маркерными устройствами. Принцип работы таких систем основан на создании при помощи специальных устройств — формирователей (ионных, радиоактивных, оптических, тепловых и др.) отметок потока и измерения времени движения отметок совместно с потоком между двумя определенными точками трубопровода. При известном расстоянии между точками и измеренном времени движения отметки может быть определена скорость потока. Рассмотрим систему измерения, в которой частота формирования отметок пропорциональна скорости потока (рис. VI.25, а).

Рис. VI.25. Измерительная система с дискретными метками: а — с частотой создания меток, пропорциональной скорости потока; б — с постоянной частотой создания меток потока

На трубопроводе расположен элемент 5, формирующий отметки. На некотором расстоянии от него расположен регистратор отметок 1. Созданная отметка двигается к отметчику со скоростью потока. Импульс, полученный при прохождении отметки потока мимо отметчика, усиливается и подается на тригерное устройство 2, формирующее электрические колебания прямоугольной формы. Эти колебания в следующем блоке 3 преобразуются в остроконечные обращенные импульсы и после усиления усилителем 4 подаются на элемент, формирующий отметки; последний создает в измеряемом потоке новую отметку, и весь цикл повторяется. Отметки следуют одна за другой с промежутками времени, изменяющимися в зависимости от скорости потока. Выходной сигнал такого устройства представляет собой частоту следования импульсов напряжения, которые после блока 3 подаются на частотомер 6, а затем могут быть использованы для целей управления.

Динамические свойства таких устройств сравнительно высокие и определяются в основном свойствами элемента, формирующего отметки в потоке.

Измерительная схема, в которой отметки потока формируются с постоянной частотой, показана на рис. VI.25, б. Отметка создается в потоке с помощью элемента 2, управляемого от генератора 1. Импульс, поступающий с элемента 2, запускает запертое кипп-реле 4, а импульс, поступающий с регистратора отметок 3, запирает кипп-реле. Длительность импульсов на выходе кипп-реле получается равной времени переноса метки между точками А и В. Этот сигнал преобразуется блоком 5 в сигнал постоянного тока, мгновенная величина которого обратно пропорциональна скорости потока.

Расходомеры с периодической искровой ионизацией потока осуществляют измерение времени, требующегося на перемещение ионизированного объема от места ионизации до приемника ионов. Ионизатор, создающий отметки потока, расположен в трубопроводе, по которому двигается измеряемый поток (см. табл. VI. 1, схема а).

Расходомеры с ионизацией потока модулированными радиоактивными излучателями. Рядом с трубопроводом (табл. VI. 1, схема б), по которому перемещается поток, располагается радиоактивный изотоп. Его излучения модулируются при помощи механического или электромагнитного модулятора таким образомг что они проходят через поток в течение коротких промежутков времени с чередующимися паузами. Получающиеся в потоке ионизационные отметки фиксируются затем приемником, расположенным на некотором расстоянии от ионизатора по направлению потока. Приемник состоит из двух тонких пластинок, укрепленных на стенках трубопровода и изолированных от них. На эти пластинки подается определенный электрический потенциал. В момент прохождения ионизированного объема мимо коллектора на вход измерительной схемы поступает импульс напряжения.

Расходомеры с оптическими и тепловыми маркерными преобразователями. Для измерения прозрачных потоков могут применяться устройства, в которых создаются оптически непрозрачные отметки потока, в виде, например, какого-нибудь темного порошка, который периодически вводится в поток при помощи специальных дозаторов (табл. VI. 1, схема г). В поток также могут вводится метки, свечение которых возбуждается двигающейся средой (табл. VI.1, схема е). Фотоэлектрическое устройство отмечает время прохождения непрозрачных меток потока против окон трубопровода, просвечиваемых специальным источником света. Получаемый с фотоэлектрического устройства импульс после усиления и преобразования подается на вход измерительной системы, с помощью которой определяется скорость движения потока. Возможно также создание меток путем облучения газового потока импульсным рентгеновским или электронным лучом, что вызывает послесвечение газа (табл. VI. 1, схема д).

Для измерения расходов высокотемпературных потоков можно применять вещества, которые при нагреве будут давать излучения определенного состава.

(кликните для просмотра скана)

Продолжение табл. VI. 1 (см. скан)

Для измерения ненагретых потоков жидкостей (и частично газов), имеющих стабильную температуру, могут применяться устройства, формирующие тепловые отметки потока (табл. VI. 1, схема ж).

Расходомеры с вихревым маркерным преобразователем. Эти устройства предназначены для измерения расходов электропроводных жидкостей, в которых при помощи установленной на патрубке катушки в потоке жидкости периодически создаются вращающиеся отметки (вихри), которые перемещаются вместе с потоком (табл. VI. 1, схема з).

Расходомеры с ядерно-резонансным маркерным преобразователем. Методом ядерного магнитного (ЯМР) резонанса можно измерять расход широкого класса жидкостей, включающего в себя жидкие диэлектрики и жидкости с низкой электропроводностью. Основным требованием является содержание в жидкости достаточно большого числа одинаковых ядер с магнитным моментом, отличным от нуля. К таким ядрам могут быть отнесены ядра фтора, дейтерия, лития и ряд других. Расходомер такого типа должен содержать следующие элементы: постоянный магнит, генератор высокой частоты, детектор сигнала ядерно-магнитного резонанса. Измерение расхода может производиться по амплитуде сигнала погашения ЯМР (амплитудный метод), зависящей от скорости обновления жидкости в радиочастотной катушке. В последнее время разработаны расходомеры с формированием отметок потока, основанных на явлении ядерно-магнитного резонанса (табл. VI. 1, схема и). В этих устройствах измеряется время прохождения поляризованным потоком определенного участка трубопровода. Разработаны также схемы с метками проводимости (или диэлектрической проницаемости табл. VI. 1, схема к).