4.3.10.1. Калориметрические расходомеры

Принцип работы калориметрических расходомеров основан на зависимости среднемассовой разности температур потока от мощности нагревания. Калориметрический расходомер (рис. 4.95) состоит из нагревателя 3, расположенного внутри трубопровода 4, и двух термопреобразователей 1 и 2 для измерения температур Т₁ до нагревателя и Т₂ после нагревателя. Термопреобразователи располагаются обычно на равных расстояниях (l₁=l₂) от нагревателя. Распределение температур по обе стороны от источника нагревания зависит от расхода вещества.

Рис. 4.95. Расходомер калориметрический

Так как теплоемкость у жидкостей намного больше, чем у газов, то калориметрические расходомеры находят применение лишь для измерения очень малых расходов жидкостей. Основное назначение этих приборов – измерение расхода газа. Из-за малой надежности работы в эксплуатационных условиях нагревателей и термопреобразователей, располагаемых внутри трубопровода, калориметрические расходомеры применяют как образцовые приборы для поверки и градуировки расходомеров других типов.

4.3.10.2. Термоконвективные расходомеры

Термоконвективными называются тепловые расходомеры, у которых и нагреватель, и термопреобразователь (термопара) располагаются снаружи трубопровода (рис. 4.96). Это существенно повышает эксплуатационную надежность расходомеров и делает их удобными для применения. Передача теплоты от нагревателя к измеряемому веществу осуществляется через стенку трубы за счет конвекции.

Рис. 4.96. Расходомер термоконвективный (1, 2 – термопреобразователи; 3 – нагреватель)

Термоконвективные расходомеры, у которых нагреватель совмещен с термопреобразователями, обладают меньшей инерционностью.

В схеме (рис. 4.97) нагреватель состоит из двух секций, являющихся одновременно терморезисторами R₁ и R₂, включенными в мостовую схему с терморезисторами R₃ и R₄.

Рис. 4.97. Расходомер термоконвективный с совмещенными нагревателем и термопреобразователями (1 – двухсекционный нагреватель; 2 – трубопровод; 3 – измерительный прибор; R₁, R₂, R₃ и R₄ – терморезисторы)

Они нагреваются током от стабилизированного источника напряжения ИПС. При отсутствии расхода среды распределение температур в стенке трубопровода представляет симметричная кривая (рис. 4.98). При этом R₁ и R₂ равны и мост находится в равновесии. С появлением расхода среды температура Т₁ и сопротивление R₁ становятся меньше температуры Т₂ и сопротивления R₂, а распределение температур соответствует кривой 2. С растом расхода среды возрастает разность температур Т₂–Т₁, увеличивается разность потенциалов в точках b и d, измеряемая прибором 3, шкала которого отградуирована в единицах расхода.

Рис. 4.98. Распределение температур в стенке трубопровода в отсутствие (1) и при наличии расхода (2) среды

4.3.10.3. Термоанемометры

Действие термоанемометров основано на зависимости между потерей теплоты непрерывно нагреваемого тела (элемента), погруженного в поток, и скоростью газа (или жидкости). Поток газа или жидкости, обтекающий электрически обогреваемый чувствительный элемент, охлаждает его (рис. 4.99).

Рис. 4.99. Термоанемометр: 1 – проволочный нагревательный элемент;

2 – трубопровод

При постоянной мощности нагревания температура чувствительного элемента (а при постоянной температуре – потребляемая им мощность) является мерой скорости потока.

Достоинства: большой диапазон скоростей, высокое быстродействие, позволяющее измерять скорости, изменяющиеся с частотой в несколько тысяч герц.

Недостатки: хрупкость первичных преобразователей вследствие динамических нагрузок и высокой температуры нагревания.

Первичные преобразователи термоанемометров делятся на полупроводниковые (термисторы) и металлические, которые в свою очередь подразделяются на проволочные и пленочные.

Чувствительный элемент проволочного преобразователя – тонкая и обычно короткая проволока (термонить) из платины, вольфрама или никеля. Наибольшую температуру нагревания t_п проволоки (до 1000С) допускает платина, а вольфрамовая проволока допускает нагревание до 600С.