Датчик витрати рідини - це прилад, який одночасно вимірює витрата і кількість речовини, що проходить через дане перетин трубопроводу в одиницю часу. Якщо прилад має інтегруючий пристрій з лічильником і служить для одночасного вимірювання та кількості речовини, то його називають витратоміром з лічильником.
Витратоміри розділені, як правило, на чотири типи за принципом дії: електромагнітні, ультразвукові, вихрові і механічні, коріолісову, теплові.
МЕХАНІЧНІ ДАТЧИКИ ВИТРАТИ РІДИНИ
Принцип дії механічних витратомірів (крильчасті, турбінних, гвинтових) заснований на перетворенні поступального руху потоку рідини в обертальний рух вимірювальної частини. Механічні витратоміри чутливі до наявності великих механічних домішок у воді. Цей дефект легко забирається установкою перед лічильником магнітомеханічного фільтра.
Електромагнітні ДАТЧИКИ ВИТРАТИ РІДИНИ
В даний час тверду позицію серед пристроїв вимірювання витрати рідких речовин (зокрема, води) займають електромагнітні витратоміри з поперечним полем. Він має високу точність вимірювання, має широкий лінійний динамічний діапазон і не має механічних частин, що стикаються з рідиною.
Робота електромагнітних лічильників витрат рідини заснована на законі Фарадея. У провіднику, що перетинає силові лінії поля, активується ЕРС, пропорційна швидкості руху провідника. При цьому напрямок струму, що виникає в провіднику, перпендикулярно до напрямку руху провідника і напрямку магнітного поля. Якщо замінити провідник потоком провідної рідини, яка тече між полюсами магніту, і вимірювати ЕРС, наведену в рідини за законом Фарадея, можна отримати принципову схему електромагнітного витратоміра, запропоновану ще самим Фарадеєм
Схема і принцип дії електромагнітного витратоміра з поперечним магнітним полем:
- трубопровід;
- полюса магніту;
- електроди для знімання ЕРС;
- електронний підсилювач;
- відлікова система;
- джерело живлення магніту.
ВИХРОВІ ДАТЧИКИ ВИТРАТИ РІДИНИ
Принцип дії вихрового витратоміра заснований на визначення частоти вихорів, що утворюються в потоці вимірюваного середовища при обтіканні тіла спеціальної форми, встановленим в проточній частині перетворювача витрати. Частота вихорів пропорційна об'ємній витраті визначається за допомогою двох пьезо датчиків, які фіксують пульсації тиску в зоні вихреобразования.
Прилад складається з корпусу проточної частини і електронного блоку. У корпусі проточної частини датчика розміщені первинні перетворювачі об'ємної витрати, надлишкового тиску і температури. На вході в проточну частину датчика встановлено тіло обтікання 1. За тілом обтікання, у напрямку потоку газу, симетрично розташовані два п'єзоелектричних перетворювача пульсацій тиску 2. Перетворювач надлишкового тиску 3 тензорезисторного принципу дії розміщений перед тілом обтікання поблизу його кріплення. Термоперетворювач опору платиновий 4 розміщений всередині тіла обтікання. Для забезпечення безпосереднього контакту вимірюваного середовища і ТСП в тілі обтікання виконані отвори 5. Плата цифрової обробки 6 виробляє обробку сигналів і передає на обчислювач 7.
Прилади цього типу також чутливі до різких змін в потоці рідини, до наявності великих домішок, але байдужий до відкладень в трубах і магнітним домішкам (залізо у воді).
Коріолісову ДАТЧИКИ ВИТРАТИ РІДИНИ
Витратомір Коріоліса складається з датчика витрати (сенсора) і перетворювача. Сенсор безпосередньо вимірює витрата, щільність середовища і температуру сенсорних трубок. Перетворювач конвертує отриману з сенсора інформацію в стандартний вихідний сигнал.
Вимірюване середовище, що надходить в сенсор, розділяється на рівні половини і протікає через кожну з сенсорних трубок. Рух задає котушки призводить до того, що трубки коливаються вгору-вниз в протилежному напрямку один до одного.
Складання магнітів і котушок-соленоїдів, звані детекторами, встановлені на сенсорних трубках (ріс.191). Котушки змонтовані на одній трубці, магніти на інший. Кожна котушка рухається крізь однороная магнітне поле постійного магніту. Сгенерированное напруга від кожної котушки детектора має форму сінусоіальной хвилі. Ці сигнали являють собою рух однієї трубки щодо іншої.
При русі вимірюваного середовища через сенсор проявляється фізичне явище, відоме як ефект Коріоліса. Поступальний рух середовища в обертальному русі сенсорної трубки призводить до виникнення коріолісового прискорення, яке, в свою чергу, призводить до появи коріолівовой сили. Ця сила спрямована проти руху трубки, приданого їй задає котушкою, тобто коли трубка рухається вгору під час половини її власного циклу, то для рідини, що надходить всередину, сила Коріоліса направлена вниз. Як тільки рідина проходить вигин трубки, напрямок сили змінюється на протилежне. Сила Коріоліса і, отже, величина вигину сенсорної трубки прямо пропорційні масовій витраті рідини.
УЛЬТРАЗВУКОВІ ДАТЧИКИ ВИТРАТИ РІДИНИ
Незаперечні достоїнства ультразвукових витратомірів: мале або повна відсутність гідравлічного опору, надійність (так як немає рухомих механічних елементів), висока точність, швидкодію, перешкодозахищеність - визначили їх широке поширення.
Існують три основні методики визначення витрати рідини за допомогою ультразвуку:
- час-імпульсний метод (фазового зсуву),
- доплеровские витратоміри,
- метод знесення ультразвукового сигналу (кореляційний).
Ультразвукові лічильники працюють на принципі зміни часу проходження ультразвукового сигналу від джерела до приймача сигналів, яке залежить від швидкості потоку рідини.
Звукова хвиля, що розповсюджується в напрямку потоку, рухається з більшою швидкістю, ніж рухається проти потоку - різниця часу (прямо пропорційна середній швидкості продукту) у безперервний спосіб вимірюється. Об'ємна витрата дорівнює середній швидкості продукту (vm), помноженої на площу труби.
Ці прилади добре працюють при вимірюванні витрати чистої, однорідної рідини по чистим трубах. Однак, при протіканні рідин, що мають сторонні включення - окалина, частинки накипу, пісок, повітряні бульбашки і при нестійкому витраті, вони дають суттєві неточності показань. Відкладення накипу і інших механічних домішок на стінках вимірювальної частини витратоміра зроблять спотворення постійними, аж до відмови роботи приладу.
ТЕПЛОВІ ДАТЧИКИ ВИТРАТИ РІДИНИ
Принцип дії теплового витратоміра заснований на вимірюванні ефекту теплового впливу на потік, залежне від расхода.Тепловой витратомір складається з нагрівача 1 і двох датчиків температури 2 і 3, які встановлюються зовні трубки 4 з вимірюваним потоком.
При постійній потужності нагрівача кількість тепла, що забирається від нього потоком, буде також постійним. Тому зі збільшенням витрати Q нагрів потоку буде зменшуватися, що визначається по різниці температур, вимірюваної термодатчиками 3 і 2. Для вимірювання великих витрат вимірюють не весь потік Q, а лише його частина Q1, яку пропускають по трубці 4. Ця трубка шунтирует ділянку трубопроводу 5 , забезпечений дроселем 6. Прохідний перетин дроселя визначає верхню межу діапазону вимірюваних витрат: чим більше це перетин, тим більші витрати можна вимірювати (при тій же потужності нагрівача).
Теплові витратоміри розраховані на застосування в складі теплолічильників для водяних і парових систем теплопостачання та інших вимірювальних систем, де в якості теплоносія використовуються вода, конденсат, перегрітий пар або сухий або вологий насичений пар.
Інтегровані функціональні можливості тепло обчислювача забезпечують комплексне рішення широкого кола завдань:
- комерційний облік споживання теплової енергії і маси води, перегрітого і насиченої пари;
- контроль режимів теплоспоживання;
- організація систем диспетчеризації і контролю споживання теплової енергії і теплоносія.
Один з можливих варіантів лічильника теплової енергії:
Вимірювання електричних сигналів, що відповідають параметрам теплоносія, з подальшим розрахунком теплової енергії і кількості теплоносія. Сучасні теплолічильники мають комунікаційний порт, призначений для розширення функціональних можливостей в частині збільшення кількості обслуговуваних теплових навантажень.