Тахометрические расходомеры -крыльчатые и турбинные расходомеры Электромагнитные расходомеры

Крыльчатые и турбинные расходомеры применяются для измерения расхода различных жидкостей за исключением очень вязких и загрязненных, поскольку для них важной является смазывающая способность измеряемой среды. Для измерения расхода газа турбинные расходомеры применяются реже. Это связано с тем, что из-за малой плотности газа достаточно большой вращающий момент получается только при больших расходах, что уменьшает диапазон измерения расходомера и повышает порог чувствительности. Кроме того, в газовой среде ускоряется износ подшипников.
При диаметрах трубопроводов от 15 до 40 мм применяются крыльчатые расходомеры, а от 50 до 250 мм — турбинные. На рис. 13.2, а схематично показано устройство турбинного преобразователя расхода жидкости. Корпус преобразователя 1 представляет собой отрезок трубы с двумя фланцами для присоединения его к трубопроводу. Внутри корпуса установлены струевыпрямители 2 и 3, соединенные осью, на которой расположена турбинка 4. В расходомерах частота вращения турбинки, пропорциональная объемному расходу, с помощью тахометрического. преобразователя 5 преобразуется в частоту импульсов выходного сигнала. При известной цене импульса их суммарное число определяет объемный расход на интервале времени. Импульсный сигнал с помощью специальной схемы преобразуется в аналоговый выходной сигнал. В счетчиках количества число оборотов турбины, пропорциональное количеству протекшего вещества, измеряется счетным механизмом, соединенным с осью турбинки шестеренчатым редуктором и магнитной муфтой. Если редуктор находится в воде, то счетчик называется мокроходным, если редуктор вынесен из воды, то счетчик является судоходным. В основном используются последние. Счетчики могут давать импульсный сигнал, пропорциональный числу оборотов, для чего на стрелке отсчетного устройства устанавливается постоянный магнит, который вызывает срабатывание герконового реле. Цена импульса зависит от того, на стрелке какой декады счетчика установлен магнит.

Рис. 13.2. Устройство турбинных преобразователей расхода:
а — четырехлопастная турбина; б — турбина однострунных водосчетчиков; 1 — корпус;
2, 3 — струевыпрямители; 4 — турбинка; 5 — тахометрический преобразователь
Турбинки тахометрических расходомеров подразделяются на аксиальные и тангенциальные. У первых — ось совпадает с направлением потока, у вторых — она перпендикулярна потоку.
Аксиальные турбинки имеют лопасти винтовой формы (рис. 13.2, а). При малом диаметре турбинок число лопастей мало (4—6), но они имеют большую длину. При больших диаметрах турбинки число лопастей велико (до 20), но их высота и длина невелики (относительно диаметра).
Конструкции тангенциальных турбинок разнообразны. В качестве примера на рис. 13.2, б показана турбинка серийно выпускаемых одноструйных водосчетчиков.
При незначительных нагрузках на турбинку ее частота вращения со пропорциональна объемному расходу G₀. Однако на характер этой зависимости влияют вязкость v и плотность ρ измеряемой среды, момент сопротивления М_с от трения в опорах и реакции тахометрического преобразователя частоты вращения (см. рис. 13.2, а поз. 5) или механического счетчика, конструктивные параметры турбинки. С увеличением вязкости и снижением числа Re коэффициент преобразования  турбинного преобразователя уменьшается.
Зависимость показаний турбинных расходомеров от вязкости контролируемой среды является их существенным недостатком. Влияние момента сопротивления М_с наиболее сильно проявляется при уменьшении измеряемых расходов, так как вращающий момент снижается в большей степени, чем М_с. Это обстоятельство сужает диапазон измерения и обусловливает большую погрешность измерения на начальном участке диапазона.
В расходомерах для возможности бесконтактного измерения скорости вращения турбинки ее лопасти либо изготавливаются из ферромагнитного материала, либо на крыльчатке устанавливаются отметчики из этого материала. Среди бесконтактных преобразователей (см. рис. 13,2, а поз. 5), преобразующих скорость вращения турбинки в электрический сигнал, наибольшее распространение получили магнитоиндукционные типы. Такой преобразователь (рис. 13.3, а) представляет собой катушку 1 с большим числом витков, внутрь которой вставлен магнит 2. Оси катушки и магнита располагаются перпендикулярно к оси немагнитной трубы 3. При прохождении ферромагнитной лопасти 4 турбинки (или отметчика) мимо магнита происходит изменение магнитного поля, что вызывает появление импульса ЭДС (меандра) в обмотке. Очевидно, что частота следования этих импульсов будет равна числу оборотов турбинки, умноженному на число лопастей. Частотно-импульсный сигнал по линиям связи поступает на вход измерительного блока, преобразующего этот сигнал в токовый, изменяющийся пропорционально расходу. Магнитоиндукционные преобразователи используются в расходомерах с турбинками больших диаметров» имеющих значительный крутящий момент. Это связано с тем что такие преобразователи создают большой тормозящий момент.
Расходомеры малых расходов (см. рис. 13.3, б) оснащаются дифференциально-трансформаторными преобразователями, тормозящий момент которых значительно меньше, чем у магнитоиндукционных. Дифференциально-трансформаторный преобразователь состоит из первичной обмотки U питаемой от генератора напряжением с частотой 3...6 кГц двух встречно включенных секций вторичной обмотки 2 и двух сердечников 3 и 4. При отсутствии лопасти турбинки под сердечником 4 ЭДС, наводимые в обеих секциях должны быть равными, при этом U_вых = 0. Если присутствует начальный небаланс, то он устраняется с помощью подвижного сердечника 3.
При прохождении лопасти турбинки под сердечником 4 нарушается равенство магнитных потоков в секциях вторичной обмотки (увеличивается поток в нижней обмотке и уменьшается в верхней), в силу чего на выходе вторичной обмотки появляется сигналU_вых. Этот сигнал имеет частоту питающего напряжения, модулированного по амплитуде частотой, равной частоте вращения турбинки, умноженной на число лопастей. Измерительный преобразователь, на вход которого поступает U_вых, выделяет частоту модуляции и преобразует ее в выходной токовый сигнал. Серийно выпускаются турбинные расходомеры для измерения расхода воды от 0,07 до 500 м³/ч в трубопроводах диаметром от 20 до 150 мм при температурах среды до 120 °С и давлении до 1 6 МПа с пределом основной относительной погрешности ±(2 5) %. Расходомеры газа выпускаются с верхними преде­лами от 100 до 1600 м³/ч при диаметрах 65...200 мм, температуре газа до 50 °С и давлении до 0,6 МПа. Достоинством турбинных расходомеров является возможность их использования в широком интервале расходов, диаметров трубопроводов и параметров контролируемой среды. У отдельных типов расходомеров при больших скоростях и диаметрах труб динамический диапазон измерения достигает 15...20. Такие расходомеры имеют малую инерционность.

Рис. 13.3. Схема электрических бесконтактных преобразователей турбинных расходомеров: