+7 (812) 956-58-87
+7 (812) 907-33-70

Тепловые расходомеры

Тепловые расходомеры это расходомеры, измеряющие зависящий от расхода эффект теплового воздействия на поток или тело, контактирующий с потоком. Тепловые расходомеры используют при измерении расхода газа и, иногда, при измерении расхода жидкости.

Тепловые расходомеры по конструкции отличаются: способом нагрева, расположением нагревателя (снаружи или внутри трубопровода), характером функциональной зависимости между расходом и измеряемым сигналом. Основной способ нагрева — электрический омический. Индуктивный нагрев используется редко. Иногда применяется нагрев с помощью электромагнитного поля и с помощью жидкостного теплоносителя. По способу теплового взаимодействия с потоком тепловые расходомеры можно разделить на калориметрические, термоконвективные и термоанемометрические. При электрическом омическом нагреве у калориметрических расходомеров нагреватель расположен внутри, а у термоконвективных — снаружи трубы. Иногда калориметрическими расходомерами называют отдельные расходомеры с наружным нагревом.

Термоконвективные расходомеры разделяются на квазикалориметрические и теплового пограничного слоя. В квазикалориметрических расходомерах вычисляется разность температур потока, или мощность нагрева. В расходомерах теплового пограничного слоя вычисляется разность температур пограничного слоя или мощность нагрева, используются при измерении расхода преимущественно в трубопроводах диаметром 0,5-2,0-100мм. 
Достоинством калориметрических и термоконвективных расходомеров является то, что они измеряют массовый расход при постоянной теплоемкости среды, отсутствие контакта с измеряемой средой. Недостаток термоконвективных расходомеров — большая инерционность. Для повышения быстродействия используют корректирующие схемы и импульсный нагрев. Термоанемометры малоинерционны и используются при измерении местных скоростей. Погрешность термоконвективных расходомеров находится в пределах ±1,5-3%. У калориметрических расходомеров погрешность равна ± 0,3-1%. 
Предел использования термоконвективных расходомеров - 150-200°С, реже 250°С, при использовании нагрева электромагнитным полем или жидкостным теплоносителем - до 450°С.

Калориметрические расходомеры основаны на зависимости от мощности нагрева среднемассовой разности температур потока. 


Калориметрические расходомеры с внутренним нагревом не получили распространения в промышленности из-за малой надежности работы в эксплуатационных условиях нагревателей и термопреобразователей, располагаемых внутри трубопровода. Они более пригодны для различных исследовательских и экспериментальных работ. Кроме того, целесообразно применять их в качестве образцовых приборов для поверки и градуировки других расходомеров. При этом особенно ценным является то, что они измеряют массовый расход, а сами могут быть проградуированы путем измерения мощности W и разности температур. Оценивая погрешность измерения W значениями ±0,1-0,15% , а измерения разности температур — значениями ±0,1-0,2% , можно в случае поправочного коэффициента обеспечить измерение расхода с относительной приведенной погрешностью ±0,3-0,5%.

Термоконвективными называются тепловые расходомеры, у которых нагреватель, и термопреобразователь размещаются снаружи трубопровода, что увеличивает эксплуатационную надежность расходомеров и удобство для применения. Передача тепла от нагревателя к измеряемой среде производится за счет конвекции через стенку трубы.

Квазикалометрические расходомеры (первая группа) имеют градуировочные характеристики аналогичные калориметрическим расходомерам и две ветви: восходящую и нисходящую, а у расходомеров второй группы — только одну ветвь, так как у них преобразователь начальной температуры изолирован от нагревательного участка трубы. Кроме того, квазикалориметрические расходомеры применяются преимущественно для труб диаметром от 0,5-1,0 мм и выше.
Чем больше диаметр трубы, тем в меньшей степени прогревается центральная часть потока, и прибор все в большей мере измеряет лишь разность температур пограничного слоя, которая зависит от его коэффициента теплоотдачи, а значит, и от скорости потока. При малых диаметрах прогревается весь поток и здесь так же, как и в калориметрических расходомерах, измеряется разность температур потока с той и другой стороны нагревателя.

Тепловые расходомеры, измеряющие разность температур пограничного слоя. Расходомеры пограничного слоя отличаются от ранее рассмотренных тем, что тепло от нагревателя не достигает термопреобразователя, который расположен первым по ходу потока. В результате в них измеряется не разность средних температур потока до и после нагревателя, а разность температур с обеих сторон пограничного слоя.

Термоанемометры.

Термоанемометры основаны на зависимости между потерей тепла непрерывно нагреваемого тела и скоростью газа или жидкости, в которых это тело находится. Основное назначение термоанемометров — измерение местной скорости и ее вектора. Они могут служить и для измерения расхода, когда известно соотношение между местной и средней скоростью потока, или когда последняя непосредственно измеряется с помощью термоанемометра. Кроме того, существуют конструкции термоанемометров, специально предназначенных для измерения расхода. 
Погрешность прибора ±2,5%. 
При измерении расхода воды во избежание выделения из нее растворенного газа, а также образования пара вместо нагрева полупроводникового терморезистора можно производить на основе эффекта Пельтье его охлаждение.

Тепловые расходомеры с излучателями. 

Существенный недостаток рассмотренных калориметрических и термоконвективных расходомеров — их большая инерционность. В связи с этим были разработаны тепловые расходомеры, у которых нагрев потока производится с помощью энергии электромагнитного поля высокой частоты ВЧ (порядка 100МГц), сверхвысокой частоты СВЧ и инфракрасного диапазона ИК.

Парциальные тепловые расходомеры. 

Термоконвективные тепловые преобразователи расхода изготовляют обычно лишь для труб малого диаметра. В случае применения этих преобразователей в качестве парциальных они могут служить также и для измерения средних и больших расходов.

Тепловые микрорасходомеры. 

Тепловые расходомеры термоконвективного типа, не имеющие контакта с измеряемым веществом, весьма удобны для измерения малых расходов как жидкостей, так и газов при любом давлении последних. 
Меточный метод сравнительно редко применяют для измерения малых расходов. Для этой цели наиболее подходят тепловые метки, перекрывающие обычно все сечение трубы маленького диаметра. 
Для измерения расхода жидкости метками могут служить воздушные пузырьки, например, они служили для измерения микрорасходов (50-100г/ч) в трубе диаметром 2-4мм.

Поделится:

регистрация в поисковиках Строительные компании