Расходомеры малых расходов для схем промышленной автоматики - Левин В.М.

Author: Левин В.М.

Tags: приборы, устройства, аппараты с механизмами передачи или с подвижными механизмами промышленность автоматика

Year: 1972

Similar

Техника измерения давления, расхода, количества и уровня жидкости, газа и пара: Учебное пособие

МРБ 694. Логические схемы на полупроводниках и их применение

Ремонт часов

Читающие автоматы

Text

БИБЛИОТЕКА ПО АВТОМАТИКЕ
Выпуск 472
В. М. Левин
РАСХОДОМЕРЫ
МАЛЫХ РАСХОДОВ
ДЛЯ СХЕМ
ПРОМЫШЛЕННОЙ
АВТОМАТИКИ
«ЭНЕРГИЯ»
МОСКВА 1972

6П2.12
Л 36
УДК 681.121
РЕДАКЦИОННАЯ КОЛЛЕГИЯ:
И. В. Антик, Г. Т. Артамонов, А. И. Бертинов, А. А. Вороной,
Л. М. Закс, В. С. Малов, В. Э. Низе, О. В. Слежановский,
Б. С. Сотсков, Ф. Е. Темников, М. Г. Чиликин, А. С. Шаталов
Левин В. М.
Л 36 Расходомеры малых расходов для схем промыш
ленной автоматики. М., «Энергия», 1972.
72 с. с ил. (Б-ка по автоматике. Вып. 472).
Книга посвящена одному из актуальных вопросов измерительной
техники — измерению малых расходов жидкостей и газов.
Рассмотрены методы и приборы для измерения малы» расходов
в схемах промышленной автоматики и лабораторной практике. Основ-»
ное внимание уделено новому, получающему распространение струй-
ному методу измерения расхода, объемно-тахометрическим расходоме-
рам и расходомерам переменного перепада компенсационного- типа.
Значительное внимание уделено также структурным схемам измерения,
дозирования и регулирования расхода на базе частотно-ферродинами-
ческого комплекса аппаратуры.
Материал рассчитан на лиц, занятых в области разработки и экс-
плуатации приборов, а также на проектировщиков схем промышленной
автоматики.
ВЛАДИМИР МАТВЕЕВИЧ ЛЕВИН
РАСХОДОМЕРЫ МАЛЫХ РАСХОДОВ ДЛЯ СХЕМ ПРОМЫШЛЕННОЙ
АВТОМАТИКИ
3-3-13
282-72
6П2.12
Редактор В. М. Ильинский
Редактор издательства Н. Б. Фомичева
Технический редактор Л. М. Кузнецова
Корректор В. С. Антипова
Сдано в набор б/III 1972 г,
1972 г. Подписано к печати 8/VIII 1972 г.
(VU1 1972 г. T-J4011
Бумага типографская № 2
Уч.-изд. л. 4,99
Цена 25 коп.
Формат 84х108»/з*
Усл. печ. л. 3,78
Тираж 12 000 экз.
Зак. 1096
Издательство .Энергия". Москва, М-114, Шлюзовая наб., 10.
Московская типография № 10 Главполиграфпрома
Комитета по печати при Совете Министров СССР.
Шлюзовая наб., 10.

ВВЕДЕНИЕ
Измерители расхода различных веществ занимают важное место
среди средств представления первичной информации. С их помощью
решаются следующие основные задачи:
1. Учет количества (суммарного расхода).
2. Информация о величине расхода в каждый данный момент.
3. Автоматическое поддержание заданного значения расхода.
4. Автоматическое поддержание заданного соотношения между
расходами двух или нескольких компонентов.
5. Автоматическое дозирование и ряд других.
Надежность и должное качество выполнения перечисленных
функций обеспечивают оптимальный режим производственного про-
цесса во многих отраслях промышленности.
Роль средств измерения расхода существенно возрастает в свя-
зи с переходом на новые принципы планирования, связанные с по-
вышением экономической эффективности народного хозяйства.
Основное место среди измерителей расхода занимают расходо-
меры жидкости и газа. Промышленная необходимость диктует ряд
специальных требований, предъявляемых к расходомерам, как, на-
пример, возможность измерения расхода агрессивных сред, измере-
ния пульсирующих расходов, измерения малых расходов, расходов
вязких жидкостей и целый ряд других. В связи с этим при разра-
ботке расходомерной аппаратуры используется значительное число
методов, основанных на законах физики, гидродинамики, теорети-
ческой механики и пр.
В то время как расходомеры для обычных условий работы^ ши-
роко распространены и подробно описаны, расходомеры, отвечаю-
щие специальным условиям, недостаточно освоены в производстве,
а в ряде случаев просто отсутствуют, что вызывает необходимость
дальнейших исследований и разработок.
Настоящая работа посвящена расходомерам, специально пред-
назначенным или пригодным для измерения малых расходов жид-
кости и газа. В книге рассмотрены только расходомеры, снабжен-
ные устройствами телепередачи. Счетчики количества используются
в ряде случаев только как узлы, входящие в данную конструкцию.
Основное внимание уделено расходомерам, основанным на но-
вом струйном методе измерения, расходомерам переменного пере-
пада компенсационного типа, объемно-тахометрическим расходоме-
3

рам и структурным схемам измерения, регулирования и дозирова-
ния расходов с применением аппаратуры частотно-ферродинамиче-
ского комплекса.
Термин «малые расходы» до настоящего времени недостаточно
четко определен.
Под «малыми» мы будем понимать расходы в трубопроводах
диаметром менее 50 мм. Принимая минимальный расход в трубо-
проводе диаметром 50 мм, равным 30% от максимального и наи-
большие скорости 2 м\сек для жидкости и 20 м/сек для газа, по-
лучим примерный диапазон малых расходов:
для жидкости — 0 — 5 м3/ч,
для газа — 0 — 50 мъ\ч.
Промышленная и лабораторная потребность ,в измерителях ма-
лых расходов велика и ориентировочно составляет 30—40% общей
потребности в расходометрах.

Глава первая
РАСХОДОМЕРЫ ПЕРЕМЕННОГО ПЕРЕПАДА ДАВЛЕНИЯ
Измерение расхода по методу переменного перепада давления
основано на законе сохранения энергии. При наличии сужения
в трубопроводе скорость жидкости или газа в месте сужения воз-
растает, что приводит к увеличению кинетической энергии потока.
Это неразрывно связано со снижением потенциальной энергии, т. е.
уменьшением давления.
На рис. 1 представлен участок трубопровода со встроенным
в него сужающим устройством (диафрагмой). На рисунке показаны
характер потока, проходящего через сужение, и распределение дав-
ления в трубопроводе.
Основные уравнения расхода могут быть легко получены из
уравнения Бернулли, характеризующего закон сохранения энергии,
и уравнения неразрывности струи.
Уравнение Бернулли (1) и уравнение неразрывности струи (2),
составленные для двух сечений трубопровода /—/ и //—// (рис. 1),
имеют вид:
где F, v, р и р' — соответственно площадь, средняя скорость, плот-
ность и абсолютное давление потока в сечениях /—/ и //—//.
Учитывая, что для несжимаемой жидкости рх= р2= р, рх — //2 =
1. ОСНОВЫ МЕТОДА
О)
(2)
v\) и v1F1 = v2F2t получаем
У\ (Р'.-Л).
2—1096
5

Обозначив перепад давления p'i—р\ чеерз Ар' и умножив ско-
рость v9 на F2, получим выражение для объемного расхода:
Практически для измерения расхода отбор давления осуществ-
ляется у торцов сужающего устройства и в расчет принимают не
площадь поперечного сечения потока, а площадь отверстия сужаю-
щего устройства Fn. Кроме этого, полученная формула расхода (3)
1LU
Рис. 1. Участок трубопрово-
да со встроенной диафраг-
мой.
распределение давления
вдоль стенки трубопровода;
распределение давле-
ния по оси трубопровода; 1—1 —
сечение потока в месте, где дей-
ствие сужения еще не сказы-
вается; II—II — сечение потока
в месте наибольшего сужения;
1 и 2 — отверстия для отбора
давления.
не учитывает неравномерность распределения скоростей по сечению
и потери на трение.
Указанные условия учитываются коэффициентом расхода а
где Ар — перепад, замеренный у торцов диафрагмы.
Массовый расход QM = pQ или
QM = «F0 /2рД/?.
В случае сжимаемой жидкости (газа или пара) необходимо
принимать во внимание изменение плотности измеряемой среды при
ее проходе через сужающее устройство. Это учитывается введением
коэффициента расширения 8.
Таким образом, формулы расхода в общем случае имеют вид
выражений {Л. 1, 2]
Q = aeF0 }/~-j-Ap> I (4)
Qu = aeF0 V^Ap, J
Для несжимаемой жидкости e=,l.

При измерении расхода по методу переменного перепада дав-
ления необходимо наличие, по крайней мере, двух устройств: а) при-
емного преобразователя, обеспечивающего сужение потока и полу-
чение перепада, и б) дифференциального манометра (дифманомет-
ра), измеряющего перепад давления. Величину расхода в виде по-
казания или пропорционального сигнала можно получить на самом
дифманометре (в основном при построении его по компенсационной
схеме) либо на вторичном приборе.
Метод переменного перепада давления, по сравнению с други-
ми методами измерения расхода, пвлучил наибольшее распростра-
нение.
Ряд сужающих устройств (диафрагма, сопло, сопло Вентури)
стандартизован. Разработаны методика их расчета, технические ус-
ловия монтажа и условия при-
менения. Стандартные сужающие
устройства могут быть предвари,
тельно рассчитаны и при соблюде-
нии соответствующих правил не
нуждаются в проверке на расходе.
Правила измерения расхода
жидкостей, газов и паров стан-
дартными диафрагмами и соплами
изложены в [Л. 8].
Однако стандартизованные
сужающие устройства не могут рис. 2. Характер изменения
охватить все случаи измерения коэффициента расхода в функ-
расхода. В частности, их нельзя ции числа Рейнольдса (Re),
применить для измерения малых
расходов жидкостей и газов. Огра-
ничения в применении определяются границами постоянства коэф-
фициента расхода а.
Коэффициент расхода а зависит от состояния поверхности тру-
бопровода, остроты кромки диафрагмы и величины модуля т=
= (d/Z))2, где d — диаметр диафрагмы и D — диаметр трубопровода.
Однако даже при условии учета указанных факторов коэффициент
расхода является еще функцией числа Рейнольдса *.
Особенно резко коэффициент расхода изменяется при малых
числах Рейнольдса, характеризующих увеличение вязкостных сил
по отношению к силам инерции потока.
Очевидно, что непостоянство коэффициента расхода при малых
числах Рейнольдса вносит существенную погрешность в функцио-
нальную (квадратичную) зависимость расход — перепад. Минималь-
ное числе Рейнольдса, отнесенное к диаметру трубопровода D(Rep),
начиная с которого коэффициент расхода стабилизируется и при
дальнейшем возрастании Re остается Постоянным, называется пре-
дельным числом Рейнольдса и обозначается Re© пр.
Величина предельного числа Рейнольдса зависит от формы су
жающего устройства и значения модуля т.
Примерный характер изменения коэффициента расхода в функ-
ции числа Re показан на рис. 2 — заштрихована зона, в которол
1 ReD = aD/v, где v — скорость, D — диаметр, v — кинематическая
вязкость измеряемой среды.
2* 7

коэффициент расхода непостоянен и стандартные сужающие устрой-
ства неприменимы 4.
В связи с этим указанные устройства не могут быть использо-
ваны для трубопроводов с диаметром менее 50 мм.
Удобство и простота измерительной схемы расходомеров пере-
менного перепада давления послужили основанием для создания
ряда специальных решений, основанных на данном методе и при-
годных для измерения малых расходов.
В частности, значительное число отечественных и зарубежных
исследований посвящено созданию специальных сужающих устройств.
2. ПРИЕМНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ДЛЯ МАЛЫХ РАСХОДОВ
В настоящее время известен и применяется ряд сужающих
устройств, предназначенных для измерения расхода при малых чис-
лах Рейнольдса, пригодных для встройки в трубопровод диаметром
менее 50 мм. Такие сужающие устройства показаны на рис. 3 и 4.
Таблица 1
Буквен-
ное обоз-
начение
на рис. 3
Наименование сужающего
устройства по рис. 3
Допустимые пределы
чисел Рейнольдса
до
Б
В
Г
д
Нормальное сопло без ци-
линдрической части
Диафрагма с двойным скосом
Диафрагма с двойным скосом
Сопло с профилем полукруга
Сдвоенная диафрагма
0,37—0,45
0,16—0,25
0,06—0,12
0,12i
0,04—0,09
0,2
0,1—0,6
4 000
3 000
20
50
80
300
3 000
100 000
100 000
30 000
30 000
10 000
10 000
300 000
Таблица 2
Характеристика сопла с профилем „четверть круга" (рис. 4)
т
rid
«и
Re
0,05
0,100
0,771
700— 56 000
0,16
0,112
0,792
650— 14 000
0,25
0,135
0,830
330—240 000
0,36
0,208
0,903
300—270 000
0,39
0,285
0,933
370—150 0G0
0,44
0,377
0,974
250—200 000
0,49
0,446
1,012
200—200 000
1 Величины чисел Re на рис. 2 не указаны, так как они изме-
няются в зависимости от типа и конструкции сужающего устройства.
8

в
r=-
Тш\ 1 0,06 d\
i
D
9*0j&§d
<tl\
Рис. 3. Специальные сужающие устройства для измерения расхода
при малых числах Рейнольдса.
А — нормальное сопло без цилиндрической части; Б — диафрагма с двойным
скосом; В — диафрагма с двойным скосом; Г — сопло с профилем полукруга;
Д — сдвоенная диафрагма.
В табл. 1 и 2 даны рекомендованные для этих устройств значе-
ния модуля т и диапазоны чисел Re, в которых коэффициент рас-
хода остается постоянным [Л. 4, 5].
Все ненормализованные сужающие устройства необходимо
в каждом отдельном случае градуировать для данного диапазона
чисел Re.
Градуировка должна проводиться в условиях, соответствующих
условиям эксплуатации.
Диафрагма с двойным скосом ( с малой шириной входного
конуса) (рис. 3,В) позволяет получить постоянство коэффициента
расхода в области весьма малых чисел
Re, но в довольно узких пределах зна-
чений модуля т.
Однако следует учитывать, что при
затуплении острой кромки, образованной
входным и выходным конусами стабиль-
ность коэффициента расхода наруша-
ется.
Считается, что лучшие результаты
при измерениях дает сопло с профилем
«четверть круга». Это сопло обеспечи-
вает постоянство коэффициента расхода
в широких пределах чисел Re при зна-
чениях модуля т от 0,05 до 0,49. Кроме
этого, благодаря отсутствию подвержен-
ных износу острых -кромок, эти сужаю-
щие устройства в промышленных усло-
виях работают более стабильно.
Разновидностью приемного преобразователя, применяемого для
измерения малых расходов (жидкости), является петлевой преобра-
зователь, составляющий основу центробежного или петлевого рас-
ходометра.
Трубная петля (рис. 5) образует угол 360° и изогнута по сред-
нему радиусу R.
Рис. 4. Сопло с профи-
лем «четверть круга».
а — при т<0,44; б — при
т>0,44.
9

При протекании измеряемой среды через петлевой преобразо-
ватель ее частицы движутся по траекториям, кривизна которых
определяется радиусом R и размещением частицы по сечению трубы.
Частицы испытывают действие центробежной силы, пропорциональ-
ной квадрату угловой скорости и радиусу кривизны.
Переменный перепад, характеризующий расход, замеряется
в нижней и верхней точках сечения А—А.
Измеряемый перепад является функцией средней скорости, плот-
ности измеряемой среды, радиуса кривизны R и внутреннего радиу-
са сечения трубы г в месте замера. Зависимость между расходом
и перепадом квадратичная.
Подробно расчет центробежного или петлевого приемного пре-
образователя изложен в [Л. 34].
Рассмотренный преобразователь имеет ряд преимуществ, основ-
ные из которых: отсутствие сужения в трубопроводе и в связи
А - А
1 г */?
Рис. 5. Приемный преобразователь центробежно-
го или петлевого расходомера.
с этим ничтожная потеря давления, .незначительное влияние пуль-
саций потока, малое влияние вязкости и высокая точность (±0,5%).
Кроме этого, отсутствует опасность притупления острых кромок,
как это имеет место в диафрагмах. Входной и выходной прямоли-
нейные участки невелики и равны 4R. Однако петлевые преобразо-
ватели не получили широкого распространения по причине высо-
ких требований к точности выполнения радиусов кривизны R и
внутреннего сечения трубы г. Трудности в изготовлении, вызванные
жесткими требованиями к точности размеров, усугубляются неудоб-
ством измерения главным образом внутреннего диаметра. Так, на-
пример, для измерения расхода с точностью порядка 0,1—0,3% не-
обходимо диаметр трубопровода, близкий к 30 мм, измерить с точ-
ностью 0,025 мм.
3. ОПИСАНИЕ КОНСТРУКЦИЙ И СХЕМ
Расходомеры малых расходов, основанные на использовании
метода переменного перепада давления, могут иметь структуру
двух типов. Первый тип построения расходомера сводится к комплек-
тованию двухблочной схемы. Одним из блоков является приемный
преобразователь расхода, обычно встроенный в расходный трубопро-
вод. Такого рода блоком может служить любой из преобразовате-
10

Рис. 6. Схема дифманометра
совмещенного со специальным
сужающим устройством, для
измерения малых расходов.
Сжатый. ППГ
воздуГ*~- ^
Сброс
воздуха
лей, описанных в § 2 настоящей
главы. Вторым блоком служит
дифференциальный манометр, ко-
торый связывается системой теле-
передачи с тем или иным устрой-
ством приема информации, напри-
мер со ^вторичным прибором.
Дифференциальные маноме-
тры, входящие © схему расходоме-
ра малых расходов, ничем не от-
личаются от обычных и подробно
описаны в литературе (Л. 2].
Второй тип построения расхо-
домера предусматривает совмеще-
ние в одном корпусе сужающего
устройства и дифференциального
манометра. Применительно к рас-
ходомерам малых расходов такое
решение является рациональным,
так как расходомер в целом оста-
ется малогабаритным и импульс-
ные трубопроводы заменяются пе-
редаточными каналами:
Особые преимущества такого
рода приборы приобретают при
измерении расхода горячих вязких
сред.
Расходомеры, совмещающие
в одном корпусе приемный пре-
образователь расхода и диффе-
ренциальный манометр, могут
быть построены как по схеме
прямого измерения, так и по элек-
тромеханической схеме с силовой
компенсацией.
Так, например, фирмой
«MESSU» (Франция) разработана
модель дифманометра, совмещен-
ного с сужающим устройством,
представляющая собой расходо-
мер малых расходов, построенный
по схеме прямого измерения (рис. 6). Расходомер создан на основе
базовой конструкции дифманометра 4 с пневматическим выходом
(0,2—1 кгс/см2) на перепады 250— 7 ООО мм вод. ст. Дифманометр
снабжен обводной трубкой, сообщающей между собой обе полости,
в которую встроено специальное сужающее устройство для малых
чисел Рейнольдса 3. Вход и выход измеряемой среды выполнены
через камеры дифманометра 1 и 2, как это показано на схеме.
При протекании рабочей среды через сужающее устройство на
нем возникает перепад, измеряемый дифманометром.
Наличие шести типоразмеров сужающих устройств обеспечивает
измерение расхода жидкости в диапазоне от 1 до 3 ООО л/ч и газа
в диапазоне от 0,04 до 70 нормальных м3/ч. Точность измерения
±1%. Измерение расхода в пределах от 20 до 100% шкалы. Мак-
симальное статическое давление 100 кгс/см2.
Рис. 7. Схема расходомера
с пневматическим выходом
(дифманометр и сужающее
устройство совмещены в одном
корпусе).
U

На рис. 7 показана другая схема расходомера прямой схемы из-
мерения, по структуре сходная с предыдущей [Л. 33].
Приборы, построенные по данной схеме, нашли применение для
измерения расхода мазута.
На сильфон 2 воздействует перепад давления, возникающий на
сужающем устройстве / (диафрагма с двойным скосом и малой
шириной входного конуса). Вывод усилия, развиваемого сильфоном,
осуществляется через вспомогательный сильфон 4 рычагом 3. По-
следний закреплен в точке О и связан с золотниковым устройст-
вом 5, к которому подведено пнев-
мопитание. Обратная связь осу-
ществляется путем подачи выход-
ного пневматического сигнала к
сильфону 6. Таким образом, пере-
пад на диафрагме линейно преоб-
разуется в пневматический сигнал,
поступающий ко вторичному при-
бору или регулятору. Сильфон 2
связан с диафрагмой короткими
трубопроводами. В связи с этим,
а также учитывая малые рабочие
перемещения, прибор работает да-
же при загустевшем мазуте.
Недостатками прибора явля-
ются трудность регулировки цен-
трального (относительно сильфо-
на) положения оси О, что необхо-
димо для устранения влияния ста-
тического давления, и износ
острой кромки диафрагмы.
Рассмотрим более подробно
компенсационный измеритель ма-
лых расходов вязких жидкостей
типа ИРКВФ, серийно выпускае-
мый Харьковским заводом КИП
[Л. 7, 8].
Прибор предназначен для ра-
боты в схемах автоматического ре-
гулирования малых расходов вязких жидкостей, главным образом,
мазута. Однако он может быть также использован в иных услови-
ях. Принципиальная схема ИРКВФ представлена на рис. 8.
В участке трубопровода / (рис. 8), выполненном в корпусе при-
бора, встроено специальное сужающее устройство 2 для малых
чисел Рейнольдса.
Импульсные отверстия 3 и 4 сообщаются непосредственно с ка-
мерами сильфонэв 5'и 6 двухсильфонного дифманометра.
Усилия, развиваемые сильфонами, передаются рычагу #,
подвешенному на опоре 7, которая выполнена в виде группы плос-
ких гибких подвесок.
В верхней части рычага 8 размещен плунжер чувствительного
дифтрансформаторного датчика 9.
Дифтрансформаторный датчик через электронный усилитель 10
осуществляет управление конденсаторным двигателем //. Квадра-
тичное лекало 12, связанное с двигателем, воздействует на рычаг /5
и компенсирующую пружину Ц.
Рис. 8. Принципиальная схема
расходомера ИРКВФ.

Двигатель 11 механически связан с*о стрелкой Шкалы мгновен-
ного расхода 15 и бесконтактным выходным ферродинамическим
преобразователем 16.
•Прибор имеет специальное устройство для компенсации возмож-
ного различия активных площадей сильфонов и исключения благо-
даря этому влияния давления жидкости в трубопроводе на показа-
ния прибора.
При наличии расхода перепад давления на сужающем устройст-
ве, преобразованный двумя сильфонами в усилия, воспринимается
рычагом 8, который поворачивается на некоторый угол против часо-
вой стрелки относительно оси подвеса.
Плунжер дифтрансформаторного нуль-индикатора 9 при этом
смещается с нейтрали и индуктированная в нем э. д. с. поступает
на вход электронного усилителя 10.
Усиленное напряжение подается к конденсаторному двигателю
11> лекало перемещает вправо вспомогательный рычаг 13 и увели-
чивает натяжение компенсирующей пружины 14.
Процесс компенсации продолжается до момента восстановления
рычага 8 в первоначальное положение, что соответствует установ-
ке плунжера по нейтрали, нулевому значению индуктированной
э. д. с. и остановке двигателя 11. При снижении расхода плунжер
дифтрансформаторного датчика смещается с нейтрали в другую
сторону и двигатель // поворачивает лекало, ослабляя натяжение
пружины до ^момента достижения компенсации.
Данная схема имеет следующие преимущества: а) отсутствие
импульсопроводов, в которых «измеряемая жидкость (например, ма-
зут) могла бы застывать; б) примененное специальное сужающее
устройство — сопло с профилем полукруга, позволяющее проводить
измерения при достаточно малых числах Рейнольдса; в) компенса-
ционная схема с применением силовой компенсации, которая при
использовании в качестве нуль-индикатора чувствительного диф-
трансформаторного датчика пезволяет обеспечить удовлетворитель-
ную точность измерения и получить значительные перестано-
вочные усилия для элементов телепередачи; >) сильфоны дифмано-
метра перемещаются при работе в камерах с достаточно узкими
переточными каналами, осуществляют демпфирование схемы и де-
лают ее свободной от автоколебаний; д) применение бесконтактных
ферродинамических преобразователей обеспечивает высокую надеж-
ность и долговечность системы телепередачи.
В общем случае активные площади сильфонов могут неоколько
отличаться между собой и иметь значения /ч и F2. Расстояния от
точек приложения усилий сильфонов до оси подвеса рычага 8 мо-
гут регулироваться и иметь значения 1\ и
Условием, необходимым для исключения влияния давления
в трубопроводе на показания прибора, является уравнение
Л/WiTt. (5)
При соблюдении этого условия, которое обеспечивается в при-
боре соответствующей регулировкой, можно для дальнейших рас-
суждений принять:
Fi=F2=F и l\ = l\=U.
Учитывая, что прибор работает в нулевом режиме, состояние
равновесия (после отработки разбаланса) характеризует следую-
щее равенство (рис. 8):
F(pi—p2)U = c2Sh, (6)
13

f Де с2 — жесткость и S — деформация компенсирующей пружины 14.
Порог чувствительности расходомера в процентах от верхнего
предела измерения фмакс определяется формулой (7)
где Лс в 2ct + ctJ~(жесткость всех упругих элементов приведенная
к оси сильфонов); ci — жесткость одного сильфона; с2 — жесткость
измерительной пружины; 5Макс — деформация измерительной пру-
жины при верхнем пределе измерения; /1, /2, /3 — размеры, опреде-
ляющие кинематические соотношения (рис. 8); 8 — порог чувстви-
тельности нуль-индикатора (минимальное перемещение плунжера,
соответствующее началу силовой компенсации).
На основании опытных данных обычно принимают максималь-
ную погрешность прибора в процентах, равную пятикратной вели-
чине порога чувствительности, т. е. ±5|г.
Для прибора ИРКВФ — 2с =1 828гс/мм; в=0,005лик; h = 50\мм;
ей—30 гс/мм; /s=il31 мм; /2=91 мм; 5маКс=24 мм.
Подставляя числовые значения в формулу (7), получим величи-
ну порога чувствительности 0,13% от верхнего предела измерения.
Ориентировочный класс точности прибора по его порогу соста-
вит
5^=0,65%.
Практически, класс точности прибора принят более грубым из-
за дополнительной погрешности, вносимой температурным измене-
нием вязкости.
Существенный интерес представляет быстродействие прибора,
которое характеризуется временем, затрачиваемым на процесс ком-
пенсации возмущения расхода.
Для определения времени компенсации делаем ряд упрощающих
предположений, которые все же позволяют произвести расчет с до-
статочной для практических целей точностью.
Считаем, что электронный усилитель срабатывает мгновенно
и конденсаторный электродвигатель работает в релейном режиме,
т. е. мгновенно приобретает номинальное число оборотов.
Кроме этого, предполагается, что упоры, ограничивающие пере-
мещение сильфонов, отрегулированы так, что свободный ход силь-.
фонов невелик и составляет порядка ±0,5 мм.
Последнее ограничение соответствует приемам практической ре-
гулировки.
После преодоления порога чувствительности начинается процесс
компенсации, который осуществляется по закону, заданному профи-
лем лекала, выполненного квадратичным.
Зависимость между углом поворота лекала и перемещением
пружины определяется равенством
s=m (8)
где (3 — постоянная величина, определяемая размерами лекала и
соотношением плеч рычага 13 (рис. 8); ф — угол поворота лекала
относительно его начального положения.
14

Учитываем, что i|)=G)f и о)=лш/30, где о) и п соответственно уг-
ловая скорость и частота вращения компенсирующего электродви-
гателя.
Подставляя в формулу (8) значение i|) = Jt/U/30, получим:
S== 900 12 *
Усилие, развиваемое компенсирующей пружиной,
P=Sc2
или
Окончание процесса компенсации определяется равенством
U
где Ар'— приращение перепада на сужающем устройстве.
Подставляя Р из уравнения (9), получим:
§п2пЧ2 19
откуда
зо_ Jw. (10)
Полученная формула может быть записана в виде
t = A VW~>
где
т У Ыш .
Для каждого конструктивного исполнения прибора величина
А — постоянна.
Выведенная формула является приближенной рабочей форму-
лой, которая дает вполне удовлетворительное совпадение с практи-
ческими замерами.
Приведем приближенный расчет времени компенсации по фор-
муле (10), используя данные
Ар'=400 мм вод. ст. =40 гс/см2;
F=4 см2; /i = 5 см; /3=»13,1 см; С2=300 гс/см; п=27 об/мин
и р = 0,069;
30 ,/ 40.4-5
3,14-27 V 0,069-300 13,1 = °'6 сек"
Полное время перемещения стрелки от нуля до максимума мо-
жет быть подсчитано при подстановке в формулу (10) вместо Ар' —
максимального перепада, который составляет 2 700 мм вод. ст. или
270 г/см2
30 270-4-5
3,14-27 V 0,069-300-13,1 = 1,6 сек\
15

Глава вторая
КРЫЛЬЧАТО-ТАХОМЕТРИЧЕСКИЕ И ШАРИКОВЫЕ
РАСХОДОМЕРЫ
4. ОСНОВЫ МЕТОДА
Группа тахиметрических расходомеров объединяет целый ряд
типов первичных преобразователей расхода, в которых тот или иной
чувствительный элемент совершает вращательное движение, причем
его угловая скорость в большинстве случаев прямо пропорциональ-
на объемному расходу.
В тахометрических расходомерах различными способами осу-
ществляется измерение скорости вращения чувствительного элемен-
та и отрабатывается сигнал, пропорциональный мгновенному расхо-
ду-
Тахометрические расходомеры состоят из трех элементов: 1) пер-
вичного преобразователя расхода в угловую скорость; 2) тахомет-
рического преобразователя угловой скорости в сигнал; 3) измерите-
ля сигнала.
Тахометрические расходомеры широко используются для изме-
рения малых расходов жидкости и в меньшей степени — для изме-
рения малых расходов газа.
Рассмотрены три вида тахометрических расходомеров: 1) крыль-
чато-тахометрические (гл. 2); 2) шариковые (гл. 2); 3) объемно-
тахометричеокие (гл. 3).
Перечисленные приборы являются измерителями объемного рас-
хода. Тахометрические расходомеры, измеряющие массовый расход,
не рассматриваются.
В основу крыльчато-тахометрических расходомеров положен
первичный преобразователь расхода крыльчатого или турбинного
типа. Принцип действия собственно преобразователя расхода ана-
логичен принципу действия осевой турбины. Чувствительным эле-
ментом этого преобразователя является легкая турбинка или крыль-
чатка. Крыльчатка размещается в корпусе в большинстве случаев
оксиально относительно потока и вращается в радиально-упорных
подшипниках с малым трением. В связи с незначительной нагруз-
кой число оборотов крыльчатки пропорционально объемному рас-
ходу
<d=£iQ, (11)
где со — угловая скорость; Q — расход; ki — коэффициент пропор-
циональности.
Принципиальная схема крыльчато-тахометрического расходоме-
ра дана на рис. 9 [Л. 9].
Сигнал, пропорциональный объемному расходу, чаще всего по-
лучают путем генерирования переменного тока, частота которого
прямо пропорциональна частоте вращения крыльчатки. Напряжение
снимается с обмотки, размещенной вне корпуса (рис. 9), и наводит-
ся при помощи магнита или магнитолровода, вращающегося вместе
с крыльчаткой. Этот метод преобразования назван индукционным или
генераторным.
Применяются также индуктивные преобразователи. В этих пре-
образователях электрическая катушка, размещенная вне трубопрово-
да, питается переменным током высокой частоты. При вра*
16

щении крыльчатки, выполненной из ферромагнитного материала,
возникают периодические изменения индуктивности катушки, что
вызывает изменение параметров протекающего по катушке тока.
Как индукционные или генераторные, так и индуктивные преоб-
разователи работают с выносными электронными блоками.
Кроме описанных методов тахометрического преобразования су-
ществуют также оптические, фотоэлектрические, радиоактивные, и
ряд других, применение которых ограничено.
Крутящий момент, приложенный к крыльчатке при протекании
через прибор жидкости, преодолевает моменты сопротивления, кото-
рые возникают благодаря трению в опорах, вязкостному трению
жидкости о ротор, реакции электромагнитной системы и гидродина-
мическому сопротивлению крыльчатки. Моменты сопротивления вра-
Рис. 9. Принципиаль-
ная схема крыльчато-
тахометрического рас-
ходомера.
/ — крыльчатка; 2 — кор-
пус; 3 — опорно-упорные
подшипники; 4 — обмот-
ка; 5 — постоянный маг-
нит;
• магнитопровод.
щению вносят определенную погрешность в линейную зависимость
между угловой скоростью ротора и измеряемым расходом.
Особенно существенно влияние сопротивлений при измерении
малых расходов, так как крутящий (движущий) момент снижается
в большей степени, чем моменты сопротивления.
Для малых расходов при достаточно больших числах Рейнольд-
са функциональная зависимость co=f(Q) отличается от зависимо-
сти (И) и имеет вид [Л. 9]:
co = 62Q-^3, (12)
где &2, k3 — постоянные величины.
Основными преимуществами крыльчато-тахометричеоких расхо-
домеров являются довольно высокая точность и малая инерцион-
ность.
Погрешность счетчиков составляет порядка 0,2—1%; погреш-
ность расходомеров 1—2%.
К положительным особенностям приборов относится также
большая кратность шкалы (отношение максимального расхода к ми-
нимальному)
Qmcikc/Qmiih~i10.
Существенный недостаток крыльчато-тахометрических расходо-
меров— это износ подшипников (частота вращения крыльчаток cd*
ставляет ,10 ООО — 40 ООО об/мин).
В связи с этим расходомеры непригодны для работы на жиД*
костях, содержащих абразивные механические примеси. Максималь*
ный срок службы опор составляет до 2 500 ч. При измерении рас^
хода жидкостей с большой вязкостью снижается диапазон измерен
ния, в котором прибор сохраняет линейную характеристику*
17

Эти расходомеры обладают хорошими динамическими качества-
ми. Благодаря малой инерционности крыльчатки постоянная време-
ни расходомеров достаточно мала (от 2 до 20 мсек) [Л. 9].
Наиболее радикальными путями повышения надежности крыль-
чато-тахометричееких расходомеров являются: применение гидроди-
намических подшипников (плавающий ротор) и гидродинамическое
уравновешивание ротора для разгрузки подшипников от действую-
щих сил. При этом необходима высокая степень балансировки
ротора.
Принцип работы тахометрических шариковых расходомеров со-
стоит в следующем.
Жидкости, поступающей в прибор, сообщается вращательное
движение. Это достигается путем установки на входе специального-
направляющего устройства, которое выполняется в виде винтовых
лопастей, наклонных отверстий или другим способом. Вращающий-
ся поток увлекает за собой шарик и приводит его в движение по
круговой траектории в специальной кольцевой камере. При движе-
нии шарик преодолевает силы сопротивления (трение качения, сколь-
жения и вязкостное трение).
Это достигается благодаря обтеканию шарика потоком, что свя-
зано с определенным его отставанием от вращающейся жидкости.
Отставание шарика от потока характеризуется значением коэф-
фициента скольжения
где vn — средняя окружная скорость вращения потока жидкости;
vm — окружная скорость вращения центра шарика. Тогда
vm = vn(\— Л). (13)
Шарик должен быть ферромагнитным либо содержать ферро-
магнитные элементы (ядро или оболочку). Выходной сигнал расхо-
домера формируется при прохождении шарика вблизи катушки бес-
контактного частотного преобразователя. Преобразователь может
быть выполнен по различным схемам, например в виде катушки ин-
дуктивности с сердечником. При этом катушка является элементом
контура генератора. При прохождении шарика имеет место срыв
генерации. Применяются также преобразователи, выполненные в ви-
де катушек, намотанных на постоянный магнит, или дифференциаль-
но-трансформаторных катушек, питаемых током частотой 2—10 кгц.
В катушке с магнитом при прохождении шарика формируются
электрические импульсы. Во вторичной обмотке дифференциального
трансформатора имеет место выходное напряжение несущей ча-
стоты, модулированное по амплитуде.
Частота следования электрических импульсов равна частоте
вращения шарика
i — 2nr '
где г —радиус вращения центра шарика.
Учитывая, что скорость вращения жидкости vn линейно связа-
на с объемным расходом и, принимая во внимание выражение (13),
получим:
/-*tQ(l-t)), (14)
18

где Q — объемный расход; &4 — постоянный коэффициент, учитыва-
ющий конструктивные параметры шарикового расходомера.
Получаемые частотные сигналы преобразуются при помощи час-
тотомеров различных принципов действия в сигналы постоянного
тока или напряжения.
Формулы (13) и (14) справедливы для определенной геометрии
вихревой камеры, которая используется при конструировании при-
бора. При неудачном выборе геометрии приведенная зависимость
может искажаться.
5. ОПИСАНИЕ КОНСТРУКЦИЙ И СХЕМ
КРЫЛЬЧАТОТАХОМЕТРИЧЕСКИХ РАСХОДОМЕРОВ
В области крыльчато-тахометричеоких расходомеров жидкости
и газа известны работы «Нефтехимприбор» [Л. 14] и Ленинградско-
го механического института [Л. 10].
Расходомеры, разработанные Ленинградским механическим ин-
ститутом, серии ДР-2Б-1 применяются для измерения маловязких аг-
рессивных и неагрессивных жидкостей. Расходомеры характеризуют-
ся постоянной времени, которая обратно пропорциональна расходу
и составляет от 2 до 20 мсек. Выходная частота достигает 400 гц.
Время работы до замены подшипников около 500 ч.
Основные технические характеристики крыльчато-тахометриче-
ских расходомеров разработки Ленинградского механического
института даны в табл. 3.
Таблица 3
Тип расходомера
Максимальное
давление,
кгс/см*
Условный
диаметр
прохода, мм .
Диапазон
измерения,
см9/сек
Приведенная
погрешность,
%
ДР-2Б-04
ДР-2Б-08
ДР-2Б-14
100; 300
300
300
4
8
14
5—50
25—250
50—500
±0,35
ДП-05
ДП-1
300
300
4
6
5—50
10—100
±1
ДР-2Б-Ш-533
ДР-2Б-Ш-539
300
200
6
10
10—100
25—250
±0,5
Д-5Б
300
10
50—500
±0,5
К-1-10
1,5
10
8—800
±0,5
Расходомеры серии ДР-2Б-04 (рис. 10) имеют крыльчатку из
фторопласта-4, оси которой изготовляются из стали Х18Н9Т.
На оси имеется паз, заполненный пастой, обладающей маг-
нитными свойствами. Паста намагничена в диаметральном направле-
нии, опоры снабжены подшипниками из фторопласта.
Тахометрическая система индукционного или генераторного
типа и состоит из катушки с пермаллоевым сердечником и экрана.
19

Выходной сигнал наводится в катушке при вращении магнита,
связанного с ротором (намагниченная паста), частота сигнала равна
числу оборотов ротора, амплитуда — 5 мв.
Расходомеры серии ДП предназначены для тяжелых условии
работы и имеют усиленную конструкцию опор и развитые направ-
ляющие лопасти.
Расходомеры ДР-2Б-Ш имеют ротор с двумя лопастными вин-
тами, что, благодаря специальной профилировке лопастей, повышает
вращающий момент. Тахоме-
трическая система — индукци-
онная. Катушка выполнена
в виде тора с пермаллоевым
сердечником, состоит из двух
половин и охватывает ротор по
окружности. Магнит встроен
в ротор. Расходомер Д-5Б ха-
рактеризуется отсутствием
опор. Уравновешивание ротора
осуществляется гидродинами-
ческим способом.
Расходомер К1-Ю служит
для измерения расхода неаг-
рессивных газов.
Чувствительным элементом
служит крыльчатка из полисти-
рольной пленки, напоминаю-
щая по форме чашечный ане-
мометр. Ось крыльчатки разме-
щена перпендикулярно ротору.
Подшипниками служат ча-
совые рубиновые камни. Поток
газа направляется в крыльчат-
ку через специальное сопло. На
выходе вмонтировано сетчатое стабилизирующее устройство. Тахо-
метрический преобразователь расходомера—фотоэлектрического типа.
Основы теории и другие сведения по крыльчато-тахометричес-
ким расходомерам содержатся в литературе [Л. 2, 9, 11, 14].
Крыльчато-тахометрические расходомеры получили весьма ши-
рокое распространение за рубежом, в особенности во Франции,
ГДР, Болгарии и других странах. Так, например, Болгарская фирма
НИПИА выпускает расходомеры с условными диаметрами прохода
от 15 до 120 мм с диапазоном верхних пределов измерения от 0,2 до
10 м*/ч.
Расходомеры выпускаются в исполнении, обеспечивающем изме-
рение сильно агрессивных жидкостей. В конструкции опор исполь-
зуются комбинация стекла и тефлона (фторопласт-4).
Французской фирмой Rochar выпускается широкий ассортимент
крыльчато-тахометрических расходомеров. Серия расходомеров, вк-
лючая находящиеся в стадии разработки, обеспечивает измерение
расходов различных жидкостей (спиртов, топлива, кислот, сжижен-
ных газов и проч.).
Расходомеры рассчитаны на верхние пределы измерения, начи-
ная от 20 дмг1ч, и имеют точность измерения от 0,1 до 1%, в за-
висимости от расхода. Расходомеры снабжены генераторным тахо-
метрическим преобразователем.
Рис. 10. Расходомер типа
ДР-2Б-04.
/ — крыльчатка; 2 — опоры; 3 — корпус;
4 — экран; 5 г- пермаллоевый сердеч-
ник; 6 — катушка; 7 — стакан;
штепсельный разъем.
8-
20

Частотный сигнал после его усиления и формирования преоб-
разуется в пропорциональный постоянный ток, который использует-
ся как входной сигнал ко вторичному прибору или регулятору.
Кроме этого, расходомеры имеют независимый частотный выход,
предусматривающий использование частотной аппаратуры.
Фирмой Kent (Англия) Ёыпускаются крыльчато-тахометрические
расходомеры для измерения малых расходов с верхними пределами
измерения 0,341; 0,68; 1,50; 2,72; 6,8 м3/ч, условный проход от 5 до
19 мм.
Общий диапазон верхних пределов, мг/ч От 0,341 до 1090
Максимальное рабочее давление, кгс/см2 .... Около 150
Потеря давления, кгс/см2 От 0,28 до 0,84
Основная погрешность измерения, % ±0.5
6. ОПИСАНИЕ КОНСТРУКЦИЙ И СХЕМ ШАРИКОВЫХ
РАСХОДОМЕРОВ
На рис. 11 и 12 показаны конструктивные схемы расходомеров
[Л. 10].
Конструкция, показанная на рис. 12, позволяет получить диа-
пазон верхних пределов из-
мерения от 1 до 10000 м3/ч\
конструкция на -рис. И
4—160 м3/ч. В зоне малых
расходов жидкостей шари-
ковые расходомеры пока
разработаны на верхние
пределы измерения от 1 до
5 м3/ч.
К числу положительных
сторон шариковых расходо-
меров следует отнести про-
стоту конструкции и отсут-
ствие каких-либо опор, а сле-
довательно, и высокую на-
дежность. Шариковые рас-
ходомеры позволяют измерять расходы жидкостей, содержащих меха-
нические примеси (ограниченной крупности) и агрессивные жидкости.
Недостатком шариковых расходомеров применительно к измере-
нию малых расходов является повышенная потеря давления, кото-
рая связана со скоростью протекания жидкости через прибор, и,
следовательно, выходной частотой. Кроме этого, шариковые расхо-
домеры не применимы для измерения очень малых расходов. Расхо-
домеры работают на жидкостях с плотностью 0,7—1,4 гс/см3 и кине-
матической вязкостью от 0,3 до 6 ест. Основная погрешность при-
боров составляет 1,6—2,5%.
В настоящее время шариковые расходомеры выпускаются
серийно.
Выпускаются шариковые расходомеры типа «Сатурн» [Л. 10].
Комплект расходомера состоит из первичного преобразователя рас-
хода типа ДРШС и электронного преобразователя типа ПИРС-5УД.
Принципиальная схема первичного преобразователя близка
к схеме на рис. И. Его конструктивными особенностями являются:
Рис. 11. Вариант исполнения шари-
кового расходомера.
?!

а) наличие струевыпрямителя и направляющего аппарата (для
закручивания потока);
б) центральная часть расходомера имеет осевой канал, снаб-
женный с двух сторон сменными соплами. Последняя особенность
предусматривает возможность перепуска части расхода, минуя из-
мерительную полость.
Вращающийся в потоке шар, проходя мимо узла съема сигнала
(генераторного типа), вызывает изменение распределения магнит-
ного поля и осуществляет модуляцию выходного сигнала. Этот сиг-
нал поступает в электронный преобразователь ПИРС-5УД, где фор-
мируется, усиливается и преобразуется в унифицированные сигналы
постоянного тока (0—5 ма) л постоянного напряжения (0—100 мв).
Принцип действия ПИРС-5УД основан на измерении тока разря-
да измерительной емкости, заряд и разряд которой коммутируются
с частотой, равной или кратной частоте входных импульсов [Л. 13].
Первичные преобразователи имеют взрывозащищенное исполнение,
ПИРС-5УД во взрывоопасной среде неприменим.
Первичные преобразователи ДРШС предназначены для измере-
ния рабочей среды при температуре—30 Н00°С и окружающей
среды —30— +60 °С.
Наибольшая потеря напора, кгс/см2 . 0,5
Максимальное рабочее давление, кгс/см2 64
Вязкость измеряемой среды, ест От 0,3 до 5
Удельный вес измеряемой среды, г/см3 От 0,7 до 1,4
Основная погрешность комплекта, % ±*>6
Расстояние между первичным преобразователем и
электронным блоком, м До 100
Длина линии связи до вторичного прибора:
при сигнале 0—100 мв, м До 200
при сигнале 0—5 ма, км До 5
Для измерения малых расходов пригодны «Сатурн»-32В
и «Сатурн»-40В, данные которых приведены в табл. 4.
Дополнительные сведения по шариковым расходомерам со-
держатся в литературе [Л. 2, 12].
22

Таблица 4
Тип расходомера
Условный диаметр
прохода, мм
Пределы измерения, mzJh
„Сатурн"-32В
„Сатурнв-40В
32
40
0—2,5; 0—3,15; 0—4
0—4; 0—5; 0—6,3; 0—8; 0—10
Глава третья
ОБЪЕМНО-ТАХОМЕТРИЧЕСКИЕ РАСХОДОМЕРЫ
7. ПРИНЦИП ИЗМЕРЕНИЯ
Объемный метод измерения количества основан на учете числа
объемов, вытесняемых дозирующим устройством прибора, работаю-
щим непрерывно или дискретно под действием перепада давления.
Известно значительное количество конструкций объемных изме-
рителей количества или счетчиков. Это в первую очередь приборы
с цилиндрическими поршнями, с овальными шестернями, с кольце-
вым или дисковым поршнем и многие другие.
Измерители количества предназначены для учета суммарного
расхода и в большинстве случаев не снабжаются устройством теле-
передачи, в связи с чем мало используются в схемах промышленной
автоматики.
Объемно-тахометрические расходомеры строятся на базе не-
прерывно действующих объемных измерителей количества путем их
снабжения тахометрическими устройствами. Эти устройства преобра-
зуют число оборотов выходного вала в показания и выходной сигнал,
пропорциональный расходу. Тахометрирование числа оборотов вы-
ходного вала, который вращается со сравнительно небольшой
скоростью, и получение при этом достаточных перестановочных
усилий для привода устройств отсчета мгновенного расхода и теле-
передачи представляют известные трудности.
Объемный метод с успехом применяется для измерения малых
расходов (главным образом жидкостей).
Основные преимущества метода — это высокая точность
(0,2—1%), высокая чувствительность, ничтожное влияние на ре-
зультаты измерения вязкости измеряемой среды, большая крат-
ность шкалы и ряд других.
К числу недостатков следует отнести требование к определен-
ной степени очистки жидкости от механических примесей и сравни-
тельно сложную конструкцию (по сравнению с расходомерами
переменного перепада).
На рис. 13 показана одна из возможных схем тахометрирова-
ния угловой скорости объемного измерителя количества, используе-
мого в качестве гидромотора. В данном случае в основу тахо-
метрического устройства положен принцип центробежного регулято-
8. ОПИСАНИЕ КОНСТРУКЦИЙ И СХЕМ
3*
23

•f воздух
и бторичному
прибору
а регулятору
Воздух,
питающий,
струнную
трубку
Рис. 13. Схема расходомера с тахометром центро-
бежного типа, пневматическим выходом и обратной
связью.
ра. Выходной вал гйдромотора 1 связан с регулирующим устрой-
ством 2, муфта которого воздействует на струйную трубку 5. Посту-
пающий в струйную трубку воздух направляется в сопло. Давление
на выходе из сопла зависит от степени совмещения отверстий сопла
и струйной трубки. Выходное давление, пропорциональное расходу,
поступает в сеть и на мембрану обратной связи 4.
Мгновенный расход для гидромотора можно записать в виде
Q = кьп,
где п — число оборотов выходного вала в единицу времени;
кь — коэффициент пропорциональности.
Усилие, развиваемое муфтой регулятора с учетом, что радиус
центров тяжести грузов в связи с малым ходом струйной трубки
практически остается постоянным, равно:
P = k6n* = -^Q>.
Усилие обратной, связи Р' = pF, где F — активная площадь
мембраны; р — выходное давление. ?
При установившемся режиме Р = Р', откуда
/> = -^И2- (15)
Fki
Учитывая, что—;772~ == const, выходное давление прапорциональ-
Fkb
но квадрату расхода. Последнее обстоятельство позволяет исполь-
24

зовать выгодной сигнал в регуляторах соотношений горючее — воЗ-
дух при наличии сигнала расхода воздуха в виде перепада на диа-
фрагме (оба сигнала пропорциональны квадрату расхода).
На базе измерителей количества с овальными шестернями так-
же строятся объемно-тахометрические расходомеры.
Расходомеры с овальными шестернями представляют собой
гидромотор, содержащий пару находящихся в зацеплении овальных
шестерен специального профиля. При поступлении в гидромотор
(рис. 14) жидкости благодаря постоян-
ному наличию крутящего момента на
одной из шестерен осуществляется их
плавное вращение. За один полный обо-
рот выходного вала, связанного с одной
из шестерен, через гидромотор проходит
объем, равный четырем объемам цилин-
дра с основанием, заштрихованным на
рисунке.
Фирмой «Ворр u. Reuter» (ФРГ) вы-
пускаются объемно-тахометрические рас-
ходомеры с овальными шестернями для
измерения расхода нефтепродуктов, спир- Рис. 14. Гидромотор
тов, щелочей и пр. Диаметры условного с овальными шестер-
прохода от 10 мм. В целях получения нями.
дистанционной передачи к первичному
преобразователю подсоединяется элек-
трический датчик .импульсов с электромагнитной системой. По дан-
ным фирмы в схемах регулирования соотношения расходов с исполь-
зованием этих расходомеров достигается точность +0,1%.
Существенный интерес представляют объемно-тахометрические
расходомеры малых расходов вязких жидкостей типа МПСФ, кото-
рые здесь рассмотрены более подробно [Л. 15]. Расходомеры вы-
пускаются серийно Ивано-Франковским приборостроительным заво-
дом и имеют следующую техническую характеристику:
Верхние пределы измерения, л/ч .... 50; 250; 500; 800; 1 250;
2 000; 3 200 и 4 000
Диапазон измерения От 15 до 100э/о от QMaKc
Основная погрешность, %;
суммирования +1
показаний и телепередачи +1,5 и ±2 (для верхних
пределов от 50 до 500 л/ч)
Статическое давление в приборе, кгс/см2 До 10
Вязкость измеряемой жидкости, °Э . . . От 3 до 12
Расходомер состоит из двух основных узлов: четырехпоршнгво-
го гидромотора и тахометрической головки. Конструкция гидромото-
ра дана на рис. 15.
Четыре поршня /, жестко связанные со штоками 2, перемеща-
ются в цилиндрах блока 3. Штоки при последовательном перемеще-
нии преобразуют при посредстве диска 4 поступательное движение
во вращение центрального валика 5.
Диск насажен на подшипник 6, жестко связанный с внутрен-
ней обоймой 7 и центральным валиком 5.
25

Угол наклона диска определяет величину хода поршней,
следовательно, объем жидкости, проходящей через гидромотор за
один цикл.
В верхней части центрального валика 5 насажен кривошип 8,
который ведет кольцевой
золотник 0, скользящий по
верхней плоскости блока и
управляющий впуском и вы-
пуском измеряемой жидко-
сти по цилиндрам блока.
Золотник уплотняется при
помощи притертого диска
10, связанного с сильфоном
11, который разделяет поло-
сти входа и выхода жидко-
сти. Контакт диска с золот-
ником достигается при по-
мощи цилиндрических пру-.
жин. Палец 12 кривошипа
предназначен для передачи
вращения тахометрической
головке мазутомера.
Картер гидромотора со-
единен с его выходной по-
лостью. Вследствие этого на
нижнюю поверхность порш-
ней всегда действует давле-
ние жидкости за прибором.
Гидромотор работает
следующим образом: изме-
ряемая жидкость поступает
через входное отверстие
в полость А и попадает
в два цилиндра, доступ
к которым в данный момент
открыт наружной кромкой
золотника. Давление жидко-
сти передается на поршни,
поступательное движение
которых преобразуется во
вращение валика 5 и зо-
лотника 9.
Преобразование посту-
пательного движения што-
ков во ©ращение диска с ва-
лом 5 осуществляется за
счет касательной составляю-
щей усилия, образуемой
благодаря наклону диска 4.
Золотник 9 последова-
тельно переключает пол-
ностью отработавшие цилиндры на выпуск, сообщая их своей вну-
тренней кромкой с полостью Б, а цилиндры, в которых поршни до-
стигли верхнего мертвого положения, — на заполнение. Выталкива-
ние жидкости поршнями, движущимися вверх, происходит за счет
Рис. 15. Конструкция гидромотора
расходомера МПСФ.
26

усилия, .развиваемого поршнями, движущимися вниз. Таким обра-
зом, за каждый оборот кривошипа 12 через гидромотор проходит
вполне определенный объем жидкости.
Тахометрическая головка мазутомера МПСФ выполнена спе-
циально для измерения малых чисел оборотов.
Схема головки дана на рис. 16. Диск 5 вращается с постоянной
угловой скоростью и ведет ролик 4, укрепленный на винте 2 с круп-
Рис. 16. Схема тахометрической головки рас-
ходомера МПСФ.
ным шагом резьбы. Винт сопряжен с гайкой /, которая получает
вращение от оси гидромотора посредством передачи 3. Угловая
скорость винта пропорциональна смещению ролика от центра диска.
При совпадении угловых скоростей винта и гайки положение винта
по вертикали остается неизменным.
При наличии некоторой разности в угловых скоростях гайки /
и винта 2 винт свободно ввинчивается или вывинчивается и пере-
мещает ролик 4 по диску. Указанное перемещение продолжается
до достижения роликом положения, обеспечивающего равенство
угловых скоростей. После этого винт и гайка вращаются, как одно
целое, а положение винта по высоте линейно характеризует изме-
ряемое число оборотов.
27

При наличии определенного (порядка 2 кгс) усилия между ро-
ликом и диском винт может нести нагрузки от стрелочной системы
и ферродинамических датчиков 9. Передача к датчикам осуществля-
ется при помощи рейки 7 шестерни 8 и червячной передачи 10.
Счетчик связан шестеренной передачей с гайкой /. Для осуществле-
ния синхронной угловой скорости вращения диска 5 применен син-
хронный малогабаритный конден-
саторный двигатель 6. Ферроди-
намические датчики 9, 11 осуще-
ствляют телепередачу показаний
мгновенного расхода вторичному
прибору и регулятору.
В гидромоторе имеет место
следующее соотношение между
расходом ,Qr (л/ч), соответствую-
щим ему числом оборотов в мину-
ту выходного вала пГ и размерами
гидромотора (в дециметрах)
(рис. 17):
Qr=2Md2(d+S)tirtg рг. (16)
При пропускании стабилизиро-
ванного расхода через гидромотор
угловая скорость его выходного
вала не остается постоянной. Име-
ет место определенная степень не-
равномерности вращения.
Период изменения угловой
скорости вала 0)2 составляет я/2.
Характер изменения угловой ско-
рости в функции угла поворота
показан на графике рис. 18. Сум-
матор (барабанного типа), уста-
новленный на прибор, нечувствите-
Рис. 17. Расчетная схема ги- лен к пульсации угловой скорости,
дромотора. так как жестко связан с выход-
ным валом. Что касается значений
мгновенного расхода, то результа-
ты исследований показывают, что,
несмотря на колебательный характер угловой скорости гидромотора,
угловая скорость ролика фрикционного тахометра, а следовательно,
его показания и выходной сигнал все время стремятся к среднему
значению, характеризующему действительный измеряемый расход.
Этот вывод подтверждается точностью показаний (±1,5%).
Существенный интерес представляет быстродействие тахометри-
ческого устройства. Тахометрическое устройство мазутомера МП
вносит дополнительную погрешность и обладает запаздыванием,
обусловленным временем срабатывания. В связи с этим дополни-
тельной погрешностью и некоторым запаздыванием обладают пока-
зания мгновенного расхода по шкале мазутомера и связанный с по-
казанием сигнал устройства телепередачи ко вторичному прибору и
регулятору. Что касается собственно показаний мгновенного рас-
хода, то наличие запаздывания здесь мало существенно. Однако
большую роль запаздывания играют при регулировании.
28

Расчетная схема ТахометричеСкой головки дана на рис. 19.
Время уравнивания числа оборотов п ролика 1 с числом оборо-
тов ганки 2 Пг характеризует запаздывание показаний и зависит от
ряда параметров тахометрической головки. Предполагается, что пг
в течение рассматриваемого отрезка времени постоянно.
Указанное время может быть подсчитано по формуле
60г
In
100
п2 — п
(17)
0 20 40 60 80 Ш 120 140 160
Wo
Рис. 18. Изменение угловой ско-
рости в функции угла поворота
выходного вала гидромотора.
Величины г, пу пи Яг — обозначены на рис. 19; h — шаг винта;
озгмйкс — угловая скорость гайки 2 (рис. 19) при максимальном рас-
ходе; ki — допустимое несовпадение частоты вращения винта и гайки
в процентах от частоты вращения, соответствующих максимальному
расходу (определяет точность расчета).
Как видно из формулы (17), время / зависит от радиуса роли-
ка г, постоянного числа оборотов диска пи шага винта h, требуемой
точности отсчета и величин п
и /12, при которых начинается
отсчет времени уравнивания.
Для мазутомера МПСФ
Л=12 мм, г=15 мм, «i =
= 10 Об/мин, -Л2макс =
=33,33 об/мин.
Примерные расчеты, прове-
денные по формуле (17), дают
следующие результаты:
а) время отработки голов-
ки мазутомера (показаний и
сигнала) при скачкообразном
снижении расхода от его ма-
ксимального значения до нуля,
рассчитанное с точностью ±0,2%, составляет 47 сек\
б) время отработки при тех же условиях от 100 до 15% состав-
ляет около 15 се/с;
в) время отработки при скачкообразном снижении расхода от
100 до 10%, рассчитанное с точностью ±1%, составляем 29 сек\
г) время отработки при изменении расхода от 100 до 95%, рас-
считанное с точностью ±1,5%, составляет 14 сек.
Как следует из приведенных примеров, полученное время отра-
ботки достаточно велико.
Регулятор, связанный с прибором, получает сигнал мгновенного
расхода с некоторым запаздыванием. Сигнал должного знака на-
чинает передаваться регулятору сразу после изменения расхода,
однако отработка его полной величины связана со сравнительно
большим интервалом времени.
В то же время, несмотря на несколько растянутую во времени
выдачу сигнала, приборы во многих схемах регулирования работают
вполне удовлетворительно.
Существенный интерес представляет вопрос о возможности
измерения пульсирующих расходов мазутомерами МПСФ |[Л. 16].
В промышленных условиях измеряемый расход часто может быть
пульсирующим или получать за малые промежутки времени большие
приращения. Указанный режим расхода диктуется либо особенностя-
29

Ми технологического процесса, либо характером подачи Жидкости.
Характерным примером резко меняющегося расхода является расход
мазута в мартеновских печах и других нагревательных агрегатах,
требующих поочередной переброски факела горения с одной группы
форсунок на другую.
На рис. 20 представлена запись изменений расхода мазута на
мартеновской печи.
Благодаря практической несжимаемости измеряемой жидкости и
жесткой связи счетчика с выходным валом _гидромотора в расходо-
Синхронно-
дасн^
(CJ)
Г6
"г
мере МПСФ можно рассчитывать
на достаточно точный суммарный
учет пульсирующих расходов.
Основным источником пульса-
ционной погрешности в приборах
МП является работа прибора при
расходах, лежащих ниже нижнего
предела измерения.
Погрешность суммирования
прибора (±1 % от текущего расхо-
да) гарантируется в пределах от
15 до 100% (Змакс (Qmekc —ма-
ксимальный расход). При значе-
lilfft^J нии расхода ниже 15% от <2макс
ыа погрешность может, возрастать.
Зависимость потери напора от
расхода, практически, представ-
ляет почти горизонтальную пря-
мую, что объясняется малым рабо-
чим числом оборотов гидромотора и малыми скоростями движения
жидкости. Так как величина утечки зависит от перепада давлений,
то при постоянном перепаде она остается постоянной для всего ра-
бочего диапазона прибора.
Возрастание погрешности сверх допустимой при снижении изме-
ряемого расхода объясняется увеличением величины относительной
утечки (по отношению к действительному расходу) в зоне шкалы от
0 до 15% Qm&kc- На рис. 21 дана зависимость погрешности сумми-
рования 6i МПСФ в функции расхода для С?макс=800 л/ч.
Можно сделать вывод о том, что чем больший промежуток вре-
мени на протяжении цикла пульсации (значения расхода находятся
в пределах от 0 до 15% <2макс), тем большую дополнительную по-
грешность будет иметь прибор.
Погрешность суммирования,
Рис. 19. Расчетная схема тахо-
метрической головки.
вызванная утечкой, в процентах
от действительного расхода
100
'dt
dt
(18)
где q(t)—зависимость расхода бесконтрольной утечки через зазо-
ры от времени за период пульсации (характеризуется графиком, со-
ставляемым для данного режима пульсации на основании исследо-
30

вания величины утечки в расходомере на различных расходах);
Q(t)—зависимость расхода от времени (характеризуется графиком
пульсации); Т — период пульсации.
Оба входящие в выражение для 6i интеграла представляют пло-
щади кривых q(t) и Q(t) в пределах одного периода пульсации Г,
которые могут быть легко подсчитаны планиметрированием с учетом
масштабов. Погрешность 6i имеет знак минус, так как всегда зани-
жает показания счетчика. Однако следует учесть, что при тарировке
Рис. 20. Запись расхода мазута на мартеновскую печь.
гидромотора стараются несколько скорректировать погрешность при-
бора, вызванную утечкой, путем уменьшения фактического объема
дозируемого прибором за один оборот. Погрешность, введенная та-
рировкой, определяется зависимостью
8*= [жб+566 + 6^н-8.] 100о/°' <19>
31

2,4-
2,0
1,6
1,2
0,8
0,4
Q
О 100 200 300 400 500 600 700л/ч
Рис. 21. Основная погрешность
расходомера МПСФ-800 в функ-
ции расхода.
л/ч
600
400
200
4
л/ч.
2
Q
Нижний,
предел
измерения
где бв — фактическая погреш-
ность прибора на верхнем пре-
деле измерения в процентах от
текущего расхода; бн— факти-
ческая погрешность прибора на
нижнем пределе измерения в
процентах от текущего рас-
хода.
Учитывая отдельно по-
грешность от тарировки гидро-
мотора, которая имеет • знак
плюс, и подсчитав алгебраиче-
скую сумму обеих погрешно-
стей, легко получить общую
погрешность суммирования.
Ниже приводится пример под-
счета максимальной возмож-
ной погрешности мазутомера
МПСФ на расход 800 л/ч при
режиме пульсации согласно
графику (рис. 2i2,a).
Как видно из графика, две
трети периода значение расхо-
да находится в пределах 0—
15%, что вызывает, как было
указано выше, появление отри-
цательной погрешности.
Данные о погрешностях
прибора на 'верхнем и нижнем
пределах измерения определя-
ются точностью тарировки и
наличием бесконтрольной
утечки.
Расчет проведен для двух
возможных сочетаний величин
погрешностей бв и бн.
Приведем расчет погреш-
ности суммирования при фа-
ктических погрешностях на
стабильном расходе: 6в = + 1%;
бн=—1 %. График расхода
утечки дан на рис. 22,6.
Учитывая весьма малый
порог чувствительности прибо-
ра (около 1 л/ч), постоянство утечки учтено на участке периода
пульсации, на протяжении которого значение расхода было более
нуля.
Проведя планиметрирование и учитывая масштабы графиков
рис. 22,а и 6", по формуле (18) получим погрешность от бесконтроль-
ной утечки без учета тарировки:
100-0,0104
*'а 0,485 --2.14-/..
Погрешность от тарировки по формуле (19)
б2= (0,01 +0,0036)/100= + 1,36%,
Суммарная погрешность --2,14+1,36=—0,78%.
а)
12 сек
6)
12
Рис 22. Графики к примерному
расчету погрешности от пульсации
расхода.
а — изменение расхода в функции вре-
мени; б —утечка в функции времени.
32

Как видно из примера, величина погрешности оказалась мень-
ше погрешности, имевшей место при постоянном расходе на верхнем
или нижнем пределе измерения. Последнее объясняется усреднением
погрешности за период пульсации в связи с разными знаками веля*
чин бв и 8Н.
Для сопоставления приводим результаты подсчетов погрешностей
6i и 62 при фактических погрешностях прибора бв=0; бн=—1.
В результате подсчетов 6i=—1,07%; 62=+0,18%.
Суммарная погрешность — 0,89%.
Таким образом, расчеты по приведенным формулам свидетель-
ствуют о высокой точности суммирования расходомерами типа МП
при измерении пульсирующего расхода, что подтверждается экспе-
риментально [Л. 16].
Глава четвертая
РАСХОДОМЕРЫ ОБТЕКАНИЯ
9. ОСНОВЫ МЕТОДА
К расходомерам обтекания относятся приборы, чувствительные
элементы которых обтекаются потоком. Такого рода чувствительным
элементом может служить поплавок, поршень или обтекаемое тело
(например, пластина) любой формы.
Чувствительный элемент находится под действием динамических
сил потока, разности статических давлений, силы веса самого элемен-
та и силы упругого измерительного звена при
использовании его в кинематической схеме рас-
ходомера. Линейное перемещение или угол по-
ворота чувствительного элемента в расходоме-
рах обтекания функционально связано с вели-
чиной расхода. При установившемся режиме
расхода чувствительный элемент занимает оп-
ределенное -равновесное положение. Среди рас-
ходомеров обтекания может быть выделена
группа расходомеров постоянного перепада.
В эту группу входят ротаметры, а также порш-
невые поплавковые расходомеры с вертикаль-
ным перемещением чувствительного элемента.
В этих приборах перепад давления по обе сто-
роны чувствительного элемента, практически,
остается постоянным. Наибольшее распростра-
нение среди расходомеров постоянного перепа-
да получили ротаметры, которые широко при-
меняются для измерения малых расходов
жидкости .и газа.
Основными элементами ротаметра являют-
ся коническая трубка / и поплавок 2 (рис. 23).
Для центрирования поплавка служат косые каналы на его буртике,
вызывающие вращение. С этой же целью поплавок часто снабжается
направляющим хвостовиком.
По мере увеличения расхода через ротаметр поплавок переме-
щается вверх, увеличивая при этом кольцевое сечение для прохода
жидкости.
Рис. 23. Схема ро-
таметра.
33

Равновесное состояние поплавка, соответствующее его опреде-
ленному положению по вертикали, однозначно характеризует расход.
Введем обозначения: Gn — масса поплавка; Fn — наибольшее по-
перечное сечение поплавка; р2— среднее давление потока на попла-
вок снизу; pi — среднее давление потока на поплавок сверху; Р? —
сила трения потока о поплавок.
Силы, действующие на поплавок сверху вниз:
Силы, действующие на поплавок снизу вверх1:
PzFn+Pt.
Уравнение равновесия поплавка имеет вид:
PiFn + G=p2Fn+P4.
или
G Р
Pi — Pi=p — JT-- (20)
Для данной жидкости величина Рт практически остается посто-
янной, так как является функцией средней скорости в кольцевом
канале. *
В связи с тем, что при увеличении расхода площадь кольцевого
сечения прохода жидкости увеличивается, средняя скорость в этом
сечении почти не меняется.
Таким образом, разность средних давлений на нижнюю и верх-
нюю поверхности поплавка (перепад) приблизительно постоянна
р2—р\ ~ const.
В меньшей степени пригодны для измерения малых расходов
(жидкости) расходомеры обтекания с поворотным крылом. Расхо-
домеры этого типа находят основное применение для измерения
средних расходов. Однако в последнее время появились конструкции,
позволяющие измерять расход
жидкости в трубах диаметром
порядка 20 мм (Л. 12].
В расходомерах данного
типа чувствительным элемен-
том является пластина или кры-
ло, находящаяся в потоке и за-
крепленная у края шарнирно
Рис. 24. Схема расходомера с по- (рис. 24).
воротным крылом. Принцип работы состоит в
том, что на пластину, обтекае-
мую потоком, воздействует усилие, пропорциональное величине дина-
мического напора (ри2/2), проекции площади пластины на направле-
ние, перпендикулярное потоку и коэффициенту зависящему от формы
пластины. В связи с тем что обтекаемое тело совместно с участком
трубопровода, в котором оно размещено, образует сужающее устрой-
ство, при расчете должно быть учтено действие возникающего при
этом перепада давлений. Усилие, воздействующее на чувствитель-
- г
1 Рассматривается перемещение поплавка вниз, при этом сила
трения направлена вверх.
34

ный элемент, отклоняет его, преодолевая Силу веса, а иногда й со-
противление упругого измерительного элемента (на рис. не показан).
Угол поворота оси функционально связан с протекающим через тру-
бопровод расходом.
В расходомерах с поворотным чувствительным элементом, снаб-
женных телепередачей, вывод углового перемещения оси осущест-
вляется обычно посредством торсионной трубки, а в случаях грубых
измерений — через сальниковое уплотнение.
10. ОПИСАНИЕ КОНСТРУКЦИЙ И СХЕМ
В настоящее время заводами Министерства приборостроения
СССР выпускаются как стеклянные показывающие ротаметры, напри-
мер типа PC, со шкалой, нанесенной непосредственно на прозрачной
конической трубке, так и ротаметры с трубками из стекла и
и непрозрачных материалов( сталь, пластмасса и др.), снабженные
устройствами телепередачи. Ротаметры работают при температуре
от —250 до +250 °С, в широком диапазоне давлений {Л. 35] Изме-
ряются расходы как обычных, так и весьма агрессивных сред, вплоть
до соляной и плавиковой кислот.
В схемах промышленной автоматики применяют ротаметры с те-
лепередачей. Для передачи перемещения поплавка из полости, за-
полненной измеряемой средой, используются различные методы,
Магнитная передача осуществляется при взаимодействии поплавка,
снабженного ферромагнитной вставкой, и подковообразного магнита,
находящегося вне трубки.
Индуктивная передача предусматривает наличие катушки индук-
тивности, размещенной вне трубки, и сердечника, связанного с по-
плавком.
Магнитная передача сама по себе не решает вопроса телепере-
дачи, а только осуществляет вывод показаний из герметизированной
полости. Для получения выходного сигнала при использовании
индуктивной передачи необходимо наличие электронной схемы, со-
держащей усилитель, балансный двигатель и выходной преобразова-
тель. Известны следящие системы, в которых подвижная катушка
осуществляет непрерывное слежение за ферромагнитным хвостови-
ком поплавка.
Имеются опытные схемы, в которых слежение за положением
поплавка выполняется при помощи радиоактивного изотопа, а также
схемы с осуществлением непрерывной ультразвуковой локации поло-
жения поплавка по высоте, с преобразованием перемещения в вы-
ходной сигнал.
Схемы телепередачи, связанные с применением радиоактивных
изотопов, схемы, основанные на использовании ультразвука, и неко-
торые типы следящих систем позволяют иметь достаточно большой
ход поплавка (до 200—500 мм).
Существенный интерес представляет серия ротаметров с про-
центной шкалой и унифицированным выходным пневматическим сиг-
налом [Л. 17].
Ротаметры, в основном, предназначены для измерения расхода
жидкости, но градуируются только по воде. По конструкции корпуса
различают три типа ротаметров РПМ—-с металлическим корпусом
(сталь Х18Н9Т), РПО —с паровым обогревом (сталь Х17Н13М2Т) и
РПФ— с корпусом, армированным фторопластом-4.
35

Рис. 25. Устройство пневмовыхода ротаметров РПМ,
РПО и РПФ.
а — равновесное положение; б — положение элементов при уве-
личении расхода; в — положение элементов при уменьшении
расхода.
Ротаметры указанных типов рассчитаны на верхние пределы
измерения от 0,1 м3/ч, РПМ до 63 м3/ч, РПО до 16 м3/ч и РПФ до
16 мЩч. Нижний предел измерения составляет 20% от верхнего. Та-
ким образом, приборы полностью обеспечивают измерения в диапа-
зоне малых расходов жидкости.
Максимальное рабочее давление, в основном, 64 кгс/см2, для
РПФ — 16 кгс/см2. Пределы рабочих темпе-
ратур измеряемой жидкости для РПМ и
РПФ — от +б до + 1О0°С, для РПО —от
+ 5 до +150 °С.
Температура окружающей среды — от
—40 до +50°С, для РПМ и РПФ и от +5
до +50 °С— для РПО.
Ротаметры снабжены поплавками та-
рельчатой формы с хвостовиком, направ-
ленным вверх и имеющим дополнительное
центрирующее устройство.
Телепередача осуществляется благода-
ря взаимодействию сдвоенных магнитов 5
.(рис. 25,а), встроенных в хвостовик по-
плавка, и следящего магнита 4, размещен-
ного вне жидкости и связанного с пневмо-
реле. Питание пневмореле осуществляется
через пневмоусилитель. Воздух по трубке /
поступает в трубку 3, связанную жестко
с сильфоном 2. Сильфон предназначен для
выполнения следящего движения пневморе-
ле при перемещении поплавка и сдвоенных
магнитов.
На рис. 25,6 показано положение, ко-
гда сдвоенные магниты и, следовательно,
т поплавок подняты вверх, при этом заслонка
Рис. 26. Внешний вид прикрыла сопло, давление на сильфон 2
ротаметра типа РПМ. повышается и сильфон с трубкой 3 переме-
36

щается вверх и (Перемещает пневмореле. На рис. 2§,в показано полб-
жение, когда поплавок переместился вниз, заслонка пневмореле от-
крыта и сильфон 2 с пневмореле перемещается вниз.
Благодаря тому что усилие сопротивления сильфона пропор-
ционально его сжатию, воспринимаемое им давление пропорциональ-
но перемещению сдвоенных магнитов 5, а следовательно, и расходу
жидкости. Давление на сильфон является выходным пневматическим
сигналом.
На рис. 26 показан внешний вид расходомера типа РПМ.
К основным преимуществам ротаметров следует отнести: 1) про-
стоту конструкции, 2) возможность измерения малых расходов,
3) значительную кратность шкалы (отношение максимального расхо-
да к минимальному), 4) незначительную и постоянную потерю
напора, 5) возможность измерения расхода агрессивных сред.
Основные недостатки ротаметров:
1) большая чувствительность к температурному изменению вяз-
кости (особенно при измерении малых расходов);
2) необходимость градуировки на измеряемой среде или про-
ведение соответствующей коррекции показаний и сигнала;
3) невозможность измерения расхода загрязненных жидкостей
или жидкостей, из которых выпадают осадки.
Для измерения малых расходов жидкости разработан расходо-
мер обтекания с поворотной пластиной |[Л. 12]. Обтекаемая пластина
выполнена в виде диска с отверстием посредине и напоминает диа-
фрагму. Пластина установлена з трубопроводе с зазиром по на-
ружному диаметру и связана с торсионной трубкой. При протекании
жидкости пластина отклоняется на
небольшой угол (около 1°), за-
кручивает торсионную трубку и
торсионный валик, который связан
с индукционным выходным преоб-
разователем. Расходомер •разрабо-
тан для трубопровода с диаметром
прохода 20 мм и имеет основную
погрешность не более i±l%. Виб-
рационный режим, в котором рабо-
тает пластина, сводит к минимуму
возможную вариацию в опоре
скольжения торсионной трубки.
Фирмой «:Nasa» (США) раз-
работан расходомер обтекания для
измерения малых расходов горячих Рис. 27. Схема поршневого
жидкостей |[Л. 36]. Конструктивная расходомера фирмы «Nasa».
схема расходомера дана на рис.
27. С перемычкой 2, укреплен-
ной в трубке /, связана пружина 5, представляющая собой ленту из
упругого материала, выполненную в виде спирали. На конце спи-
ральной ленты-пружины закреплен цилиндр 4. Между цилиндром и
трубкой имеется зазор для протекания жидкости. С целью увеличе-
ния площади проходного сечения цилиндр имеет центральное отвер-
стие. При протекании жидкости на цилиндре 4 образуется перепад
давления, при этом цилиндр перемещается в направлении потока
при одновременном раскручивании пружины.
Величина перемещения функционально связана с расходом. Для
измерения угла закручивания цилиндра применяются различные ме-
4—1096
37

тоды: магнитная передача, дифференциальный трансформатор или
измерение перепада давления до и после цилиндра. Функциональное
преобразование сигнала расхода осуществляется на вторичном
устройстве.
Дополнительные материалы по расходомерам обтекания для
малых расходов содержится в (Л. 1,2, 18, 19].
Глава пятая
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ РАСХОДОМЕРЫ
11. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ
Электромагнитный метод измерения расхода основан на явле-
нии электромагнитной индукции.
При протекании электропроводной жидкости по немагнитному
трубопроводу / (рис. 28), помещенному в магнитное поле 2,
в жидкости, как и в движущемся проводнике, наводится э. д. с. При
условии однородности магнитного поля э. д. с. пропорциональна
средней скорости движения жидкости.
Электродвижущая сила снимается с двух электродов 5, вмонти-
рованных в трубопровод 1 и отделенных от него электроизолирующей
втулкой.
Внутренняя поверхность трубопровода также покрывается элек-
троизолирующим слоем.
Во избежание поляризации электродов в электромагнитных рас-
ходомерах используется переменное магнитное поле.
Величина наведенной э. д. с.
E = Blv,
где В — электромагнитная индукция в зазоре между полюсами маг-
нита; v — средняя скорость жидкости; / — расстояние между элек-
тродами.
Учитывая, что площадь поперечного сечения трубопровода по-
стоянна, э. д. с. пропорциональна объемному расходу
BQ
Е = k8BfQ или E = k9
где Q — объемный расход жидкости; d — диаметр прохода проточной
части; kd — коэффициенты пропорциональности.
Описанное устройство, служащее для получения э. д. с, пропор-
циональной объемному расходу, является первичным преобразовате-
лем расхода электромагнитного расходомера и в дальнейшем имену-
ется просто первичным преобразователем.
От первичного преобразователя э. д. с. поступает к измеритель-
ному устройству, которое выполняет функции усиления полученног©
напряжения и преобразования его в соответствующий выходной
сигнал.
Иногда измерительные устройства электромагнитных расходоме-
ров снабжаются показывающей шкалой расхода либо шкалой и ре-
гистрирующим устройством.
38

N
Рис. 28. Принципиальная схема
электромагнитного расходомера.
В первичном преобразователе, кроме э. д. с, пропорциональной
расходу, имеет место также так называемая трансформаторная э. д. с.
Трансформаторная э. д. с. наводится переменным полем электро-
магнита в витке, состоящем из электродов, ,жидкости, соединитель-
ных проводов и нагрузки, также как во вторичной обмотке транс-
форматора. В то время как полезная э. д. с. Е пропорциональна
измеряемому объемному расходу и находится в фазе с током, пита-
ющим электромагниты, трансформаторная э. д. с. Ет индуктируется
переменным магнитным полем,
не зависит от скорости и рас-
хода жидкости и смещена по
фазе относительно питающего
тока на угол я/2.
Для снижения влияния
трансформаторной э. д. с, ко-
торая загружает усилитель из-
мерительного устройства и
снижает точность измерения,
принимаются специальные
меры.
В связи с незначительной
величиной снимаемого с элек-
тродов сигнала (1,5—4 мв)
электромагнитные расходомеры должны быть тщательно защищены
от внешних помех, в частности от полей, вызываемых электросвар-
кой. Защита достигается как применением рациональной схемы, так
и путем экранирования.
Электромагнитный метод позволяет решать вопросы измерения
расхода в тех случаях, когда большинство других методов оказыва-
ются непригодными. Это удается благодаря ряду его принципиаль-
ных особенностей. Основные из них следующие:
1. Отсутствие каких-либо сужений или других сопротивлений
в измерительном канале.
2. Отсутствие в первичном преобразователе движущихся и тру-
щихся деталей.
3. Потери давления и вероятность засорения не выше, чем в ма-
гистральном трубопроводе с диаметром, равным диаметру прохода
первичного преобразователя.
4. Возможность измерения расхода жидкостей, содержащих ме-
ханические примеси и пульпы.
5. Независимость показаний от вязкости, плотности, характера
потока (ламинарный или турбулентный), а также от эпюры скоро-
стей.
12. ОПИСАНИЕ КОНСТРУКЦИЙ И СХЕМ
Электромагнитные расходомеры принципиально пригодны для
измерения малых расходов электропроводных жидкостей.
Однако при этом возникают определенные трудности. Уменьше-
ние скорости движения жидкости в расходомере приводит к невы-
годному соотношению полезный сигнал—помеха, что влечет за со-
бой снижение точности измерения.
Поддержание больших скоростей жидкости связано с уменьше-
нием диаметра прохода и увеличением потери давления.
4* 39

Для обеспечения измерения очень малых расходов принимаются
специальные меры.
Так, например, Таллинским заводом измерительных приборов
разработан электромагнитный расходомер типа ИР-4А [Л. 12], пред-
назначенный для измерения в лабораторных условиях и на стендах
расхода электропроводных жидкостей, протекающих через прибор
со скоростью 0,3 м/сек и выше. Диаметры прохода — 3, 6 и НО мм.
Расходомер состоит, как обычно, из двух блоков: первичного пре-
образователя и измерительного устройства, выполненного перенос-
ным.
Покрытие проточной части — пластмасса для диаметра 3 мм и
фторопласт, эмаль для диаметров 6 и 10 мм. Допустимая длина ли-
нии связи между блоками— 150 м.
Рабочие скорости потока в первичном преобразователе ИР-4А
в 2—4 раза меньше, чем в расходомерах общего назначения, соответ-
ственно меньше и выходной сигнал.
В расходомере приняты специальные меры для снижения уровня
помех.
Так, например, предусмотрен автономный источник питания маг-
нитной цепи первичного преобразователя, рабочая частота отлична
от сетевой, осуществлено симметрирование входных цепей измери-
тельного устройства и ряд других мер.
Контролируемая среда должна иметь электропроводность от
ЬЮ-5 до 3 • Ю-5 OM~i • см-1 и температуру в пределах 10—95 °С.
Рабочее давление жидкости до 25 кгс/см2. Верхние пределы измере-
ния и величины основных погрешностей расходомера приведены
в табл. 5.
Таблица 5
Диаметр]
условного
прохода,
мм
Верхние пределы измерения,' м*/ч
Основная
погреш-
ность, %
3
0,0125; 0,016; 0,02; 0,025; 0,032; 0,04; 0,05
2,5
3
0,06; 0,08; 0,1; 0,125; 0,16; 0,2
1,6
6
0,05; 0,06; 0,08; 0,1; 0J25; 0,16; 0,2
2,5
6
0,25; 0,32; 0,4; 0,5; 0,6; 0,8
1,6
10
0,125; 0,16; 0,2; 0,25; 0,32; 0,4; 0,5
2,5
10
0,6; 0,8; 1,6; 1,25; 1,6; 2,0
Электромагнитный расходомер общего назначения ИР-11 (Тал-
линский завод измерительных приборов) также охватывает значи-
тельную часть диапазона расходов, названных нами малыми ![Л. 6].
Верхние пределы измерения, соответствующие им скорости
жидкости и погрешности для ИР-11 с условными проходами 10, 15
и 25 мм приведены в табл. 6.
Расходомер состоит из первичного преобразователя расхода,
встраиваемого в трубопровод, и измерительного устройства щито-
вого монтажа. Измерительное устройство снабжено процентной шка-
лой и имеет на выходе унифицированный сигнал постоянного тока
0—5 ма.
40

Таблица б
Диа-
метр
услов-
ного
прохо-
Средние скорости движения измеряемой жидкости на верхнем
пределе измерения, м\сек, не более
Основ-
ная по-
1,25
1.6
2,0
2,5
3,2
4,0
5,0
6,0
8,0
10,0
греш-
ность,
%
да, мм
Верхние пределы измерения, м*\ч
10
0,32
0,4
0,5
0,.6
0,8
1,0
1^25
1,6
2,0
2,5
1,6
15
0,8
1,0
1,25
1,6
2,0
2,5
3,2
4,0
5,0
6,0
1,6
25
2,0
2,5
3,2
4,0
5,0
6,0
8,0
10,0
12,5
16,0
1,6
Расходомер работает с потенциометрами постоянного тока типов
ПП, ППР, ПС, ПСР и др.
С аппаратурой частотно-ферродинамического комплекса расхо-
домеры могут стыковаться при помощи преобразователей ПНС, ППФ,
ПТФ. Преобразователь ПНС при использовании добавочного стан-
дартного сопротивления преобразует сигнал 0—5 ма в частоту 4—
8 кгц. Преобразователи ППФ и ПТФ преобразуют сигнал 0—5 ма
в угол поворота и могут иметь на выходе унифицированные сигналы:
переменного напряжения (ферродинамический), частотный или пнев-
матический.
Последний позволяет осуществлять связь с аппаратурой пнев-
матической ветви ГСП. Измеряемая среда должна соответствовать
следующим требованиям:
а) электропроводность от Ю-1 до Ю-5 ом~1 - см~1\ б) твердая
фаза пульпы не должна содержать ферромагнитных частиц; в) до-
пустимая агрессивность измеряемой среды определяется материалом
покрытия трубопровода (табл. 7); г) температура измеряемой среды
также определяется родом покрытия (табл. 7).
Представляют интерес характеристики электромагнитных рас-
ходомеров некоторых зарубежных фирм.
Таблица 7
Материал
покрытия
Материал
трубы пер-
вичного
пребразо-
вателя
Материал
электрода
первичного
преобра-
зователя
Стойкость покрытия
трубы первичного
преобразователя
Макси-
мальная
рабочая
темпе-
ратура
жидко-
сти, °с
Макси-
мальное
рабочее
давление
жидко-
сти,
кгс!см2
Резина
Кислото-
стойкая
эмаль ЛК-1
Фторо-
пласт 40
X18H9T
X18H9T
X18H9T
X18H10T
X18H10T
Х18Н10Т
Неагрессивные абразив-
ные жидкости и пульпы
Кислоты (кроме плавико-
вой)
Среды любой агрессивно-
сти, кроме 98%-ной азот-
ной кислоты, плавиковой
кислоты, ацетона и серно-
го эфира
70
180
150
25
25
10
41

Так, например, фирма «Otic — Fischer Porter» (Англия) выпу-
скает электромагнитные расходомеры с диаметром прохода от 0,1"
(2,5 мм) до 40" (1 ООО мм) и обеспечивает диапазоны измерения
от 0—10 л/ч до 0—30 000 м3/ч. Скорости протекания жидкости 0—
0,3 м/сек\ 0—10 м/сек. При использовании в качестве вторичных
приборов потенциометров точность измерения комплекта составляет
0,5—1%. В качестве покрытия проточной части применяются: теф-
лон, эмаль, неопрен, эбонит, каучук и др. Электроды изготовляются
из платины, тантала, титана, монеля.
Фирма «Semak» (Англия) выпускает электромагнитные расходо-
меры типа «Фарофлот».
Расходомеры обеспечивают измерение расхода примерно в тех
же диапазонах, что и фирма «Otic — Fischer Porter*. Диаметры
прохода расходомеров — от 10 до 1 000 мм. Точность измерения —
1%. Расходомеры комплектуются вторичными устройствами: изме-
рительным устройством, показывающим прибором, сумматором, ре-
гистрирующим прибором и регулятором.
Электромагнитные расходомеры малых расходов содержат ряд
безусловных преимуществ, свойственных методу измерения и рас-
смотренных нами ранее. Однако следует отметить также и сущест-
венные их недостатки. Это в первую очередь невозможность изме-
рения расходов неэлектропроводных жидкостей, газов, а также
сравнительно высокая стоимость.
Для измерения малых расходов их, очевидно, следует приме-
нять в тех случаях, когда другие методы измерения оказываются
непригодными (например, высокая агрессивность среды, наличие
механических примесей, требование минимальной потери давления).
Более обширные сведения по электромагнитным расходомерам
содержатся в [Л. 1, 2, 19, 20].
Г лава шестая
СТРУЙНЫЕ РАСХОДОМЕРЫ
13. ОСНОВЫ ТЕОРИИ
Одним из возможных методов измерения малых расходов жид-
кости и газа является определение значения расхода по усилию
взаимодействия между измеряемым потоком, сформированным
в струю, и жесткой перегородкой. До последнего времени этот метод
не использовался в связи с малой величиной характеризующего
расход усилия. В настоящее время метод получает все более широ-
кое применение для измерения малых расходов [Л. 21].
Приведем в сокращенном виде вывод ^формулы для усилия
взаимодействия между струей жидкости и жесткой перегородкой
[Л. 22]. После удара в перегородку струя растекается по поверх-
ности, имеющей симметричную относительно оси 5 (рис. 29) криво-
линейную форму. Направление струи после взаимодействия с пере-
городкой характеризуется углом а. Благодаря симметрии скорость
и расходы в двух направлениях (после взаимодействия) одинаковы,
а направление усилия и реакции совпадает с осью симметрии.
На основании теоремы о равенстве проекций секундного изме-
нения количества движения сумме проекций сил на то же направле-
42

ние определяется усилие взаимодействия струи и перегородки.
Математически теорема выражается равенством
A (mv)5
AT
(21)
Индекс 5 означает, что проекции изменения количества движе-
ния и действующих сил вычислены для направления S. Так как при
установившемся движении, которое нами рассматривается, коли-
чество движения в каждом из выбранных сечений остается постоян-
ным, секундное изменение проекций количества движения и проек-
ций сил на ось S может быть представлено следующими выраже-
Рис. 29. Схема взаимодействия струи и твердого
тела.
ниями, в которых т0, Ши Шг и v0, V\, v2 — соответственно секундные
массовые расходы и скорости в сечениях 0—0; 1—/; 2—2\ R — уси-
лие взаимодействия:
A (mv)s Л
— = m0v0 — {тм + m2v2) cos а; I
*(/>*)5-«. j
Таким образом, согласно (21)
R=m0Vo— (mlvi + m2V2)cos а.
Учитываем условия симметрии (mi=m2; vi = v2=v0 и m0=2mi),
тогда R=m0v0(l—cos а) или, выражая R через объемный расход,
получим:
tf = p^-(l - cosа), (23)
где / — площадь поперечного сечения струи.
При взаимодействии струи с плоской перегородкой при а=я/2
О2
Я = Р^. (24)
43

При tt=rt, что соответствует чашечной форме перегородки,
Я = 2р^-. (25)
Расчеты показывают, Что, например, при расходе воды, равном
100 л/ч, и диаметре струи 5 мм, усилие взаимодействия, определен-
ное по формуле (25), составляет всего около 8 гс.
При расходе воды, равном 15 л/ч, и диаметре струи 3 мм уси-
лие взаимодействия равно около 0,6 гс.
При практическом использовании усилия взаимодействия между
струей и жесткой перегородкой для целей измерения расхода при-
ходится несколько отступать от схемы, приведенной на рис. 29.
В связи с тем что измерение расхода нужно производить не
в сливном патрубке, а в напорном трубопроводе, необходимо
строить принципиальные схемы, предусматривающие затопление
струи. Кроме этого, жесткую перегородку приходится заменять ту-
пиковой камерой с входным отверстием диаметром, близким к диа-
метру струи.
Затопление струи незначительно сказывается на зависимости
между усилием R и расходом, безусловно увеличивая при этом
величину потери напора. Совместная работа струи и тупиковой
камеры, взаимодействующей со струей благодаря наличию в ней
отверстия, также отличается от рассмотренной схемы (рис. 29).
В связи с этим приведенная методика расчета, основанная на
теории взаимодействия струи с жесткой перегородкой, применитель-
но к приведенным ниже схемам является приближенной.
Более строгая теория струйного метода и базирующийся на
ней точный расчет являются предметом дальнейших разработок.
Тем не менее экспериментальные материалы подтверждают, что дей-
ствительные значения развиваемых усилий и давлений отличаются
от расчетных по приведенным ранее формулам не более чем на
4-8%.
44

Одним из простейших устройств, в которых использован струй-
ный метод, является тупиковый насадок (Л. 31]. На рис. 30 дан
один из вариантов выполнения тупикового насадка. Измеряемый
поток поступает в приемное сопло 1, размещенное в корпусе 2.
Поток, сформированный соплом в струю, ударяется в торец кор-
пуса и создает при этом ударное давление
pQ2
P = ~f (26)
Выход среды из сопла осуществлен через камеру 3 и штуцер 4.
Таким образом, поток изменяет направление движения на угол я/2.
Штуцера 5 и 6 предназначены для отбора давлений, передаваемых
дифманометру. Штуцер 5 осуществляет отбор давления, представ-
ляющего сумму статического и ударного. В штуцер 6 поступает
статическое давление. Ширина камеры 3 равна или больше диаметра
сопла. Как видно из рисунка, в приборе имеет место плавный вход
жидкости в насадок. При плавном входе жидкости или газа в труб-
ку или насадок из достаточно большого трубопровода или емкости,
скорости в начале участка, практически, распределяются по сечению
равномерно, т. е. эпюра скоростей имеет форму прямоугольника
[Л. 22]. Сказанное справедливо как для ламинарного, так и для
турбулентного потоков.
Известны работы по определению длины начальных участков,
на которых с определенной степенью точности осуществляется фор-
мирование ламинарного или турбулентного потока. Так, например,
по исследованиям Буссинеска длина начального участка при лами-
нарном движении
i/H=0,065dRe,
где d — диаметр трубопровода; Re — число Рейнольдса.
Приведенная формула определяет расстояние от плавного входа
до сечения, в котором осевая скорость составляет 99% от макси-
мальной скорости, определяемой параболическим законом распре-
деления скоростей в ламинарном изотермическом потоке. Это ис-
пользуется в тупиковом насадке. Длина участка сопла настолько
мала, что при соответствующих условиях входа жидкости распре-
деление скоростей по сечению можно принять равномерным. Рас-
стояние от входа жидкости в тупиковый насадок до оси выходного
отверстия может быть рекомендовано порядка (0,005-^0,01 )dRe.
Расчетная формула для определения перепада вытекает из вы-
ражения для ударного давления (26).
При измерении перепада давления на тупиковом насадке (удар-
ного давления) при помощи жидкостного дифманометра, в котором
заполнителем является измеряемая жидкость,
p=pgH, (27)
где Я— перепад по дифманометру (разность уровней).
Подставляя значение р из выражения (27) в формулу для удар-
ного давления (26) и решая выражение относительно объемного
расхода, получим:
Q^fVJR. (28)
Вводим коэффициент согласования kw, который зависит от раз-
меров сопла и конструкции тупикового насадка.
45

Тогда
Q=31,33*lff Ун.
(29)
Размерность [Q]—[см3/сек]; [f]={cM2]; [Н]={см].
При измерении перепада столбом жидкости с плотностью, отлич-
ной от измеряемой среды, формула расхода имеет вид:
где pi — плотность жидкости, заполняющей дифманометр.
Для тупиковых насадков конструкции, приведенной на рис. 30,
с диаметром сопл 10 и 12,7 опытным путем были определены коэф-
фициенты согласования &ю. Величины kio составили для 0 10 мм —
1,399 и для 0 12,7 — 0,968. При испытаниях на воде в диапазоне
чисел Рейнольдса 3 200—16 800 погрешность измерения относительно
расчетного значения составляет менее 1%.
При десятикратном изменении чисел Re в пределах приблизи-
тельно от 300 до 3 000 (испытание на вязкой среде) погрешность
расхода во всем диапазоне составляла 2,0—2,5%. Сопоставляя эти
результаты с погрешностями нормальных сужающих устройств и
учитывая, что специализированные приемные преобразователи рас-
хода почти не поддаются расчету, можно сделать вывод о том, что
тупиковые насадки представляют определенный интерес как новые
приемные преобразователи при числах Рейнольдса ниже предельных.
Если незначительно усложнить схему, представленную на рис. 29,
измерение малого расхода становится вполне возможным.
В схеме на рис. 31 роль жесткой перегородки играет сама изме-
ряемая жидкость, заполняющая внутреннюю полость сильфона 3.
Измеряемый расход сформирован в струю при помощи соплового
насадка /. Струя направляется в центральное приемное отверстие,
выполненное в перегородке 2, заполняет внутреннюю полость силь-
Рис. 31. Схема струйного рас-
ходомера с выходным сигналом
в виде переменного напряже-
ния.
/ —сопло; 2 — перегородка; 3 —
сильфон; 4 — измерительная пружи-
на; 5 — дифференциальный транс-
форматор; 6 — плунжер.
46

фона 3 жидкостью, взаимодействует с ней, и, растекаясь, выкодит
ив корпуса прибора (Л. 30]. Расстояние между соплом и перегород-
кой равно или больше диаметра сопла. Наружная полость сильфона
сообщается с входной камерой через отверстие в перегородке 2.
Таким образом, на наружную поверхность сильфона действует ста-
тическое давление жидкости; на внутреннюю — статическое давле-
ние плюс ударное давление, вызванное силовым вазимодействнем.
Ударное давление струи при а=я/2
Усилие, развиваемое сильфоном, Pc—pFCt где Fc— активная
площадь сильфона, или
?Q2F
p*=-jz- (31)
Сравнивая полученную формулу с формулой (24), легко видеть,
что приведенное решение позволяет увеличить усилие, характери-
зующее расход в i раз, где
i=Fc/f. (32)
Рассмотренная схема преобразования расхода в усилие как бы
использует одновременно принцип струйной трубки и гидравличе-
ского пресса. Как видно из формулы (31), величина усилия раз-
виваемого сильфоном при данной плотности жидкости, помимо
величины расхода, зависит только от активной площади сяльфона
и диаметра напорного сопла.
Таким образом, изменяя активную площадь сильфона или заме-
няющую его вялую мембрану, можно получать достаточные для
проведения измерений усилия при практически любых малых расхо-
дах. Единственным условием при этом является формирование
измеряемого потока в струю.
Подсчитаем коэффициент усиления i по формуле (32) и усилие
Рс по (31) для приведенных ранее числовых примеров. Для расхода
100 л/ч и диаметра струи 5 мм применим сильфон диаметром 32 мм
с активной площадью 8 см2. Коэффициент усиления в этом случае
составит:
1 — f 0,196^40*
Для расхода 15 л/ч и диаметра струи 3 мм применим сильфон
диаметром 58 мм с активной площадью 26 см2
%F 26
1 = f —0,071 ^365-
Соответственно для первого примера развиваемое сильфоном
усилие составит:
Рс=Ri=8.40=320 гс
и для второго примера
рс==Я;=0,6- 365=220 гс.
Полученные величины усилий достаточны для измерения.
На рис. 31 приведена схема одного из вариантов исполнения
расходомеров малых расходов. Усилие, развиваемое сильфоном при
47

efo АерёмеЩёнйй, у^авнбвёшйвае^я измерительной пружиной 4 \\
силой упругости самого сильфона. Перемещение передается плун-
жеру 6 дифференциально-трансформаторного преобразователя 5. .
Как видно из приведенных расчетных формул, вязкость жид-
кости принципиально не влияет на результаты измерения.
Изменение плотности измеряемой среды оказывает влияние на
результаты измерения в той же степени, как и при измерениях по
методу переменного перепада давления.
Рассмотренный метод измерения малых расходов, названный
нами струйным, пригоден для измерения не только жидкости, но и
газа. При измерении расхода жидкости благодаря ее ничтожной
сжимаемости при обычных рабочих давлениях сигнал изменения
расхода как изменение величины ударного давления практически
мгновенно преобразуется в изменение усилия на сильфоне или вялой
мембране. При измерении расхода газа динамика процесса преобра-
зования несколько хуже. Благодаря сжимаемости газа при измене-
нии расхода необходимо некоторое время для создания струей
должного давления в сильфонной или мембранной камере. Факти-
чески, аналогичные запаздывания имеют место и при измерении
расхода газа методом переменного перепада давления.
На первый взгляд струйный метод измерения малых расходов
напоминает измерение расходов при помощи напорных трубок (труб-
ки Пито), в которых используется скоростной напор. Формулы для
рассмотренного нами ударного давления и скоростного напора весь-
ма близки по структуре.
На основании формулы (26) давление или напор, выраженное
через скорость при струйном методе измерения (при а=я/2), имеет
вид;
p=pv2 и при a = Jt, p=2pv2.
Скоростной напор рСк = ру2/2, т. е. в 2 или 4 раза меньше.
Однако между сопоставляемыми методами имеется и принци-
пиальное различие. Измерение расхода при помощи напорной трубки
предусматривает определение скорости в данной точке потока и не
учитывает эпюры скоростей. Струйный метод измерения малых рас-
ходов учитывает весь поток, который проходит через напорное
сопло. Непосредственно измеряемым параметром в приборе явля-
ется усилие, предварительно увеличенное в соответствии с характе-
ристикой усиливающего устройства (сильфон, мембрана). Отсутст-
вует необходимость в наличии дифманометра, и выходной сигнал
поступает непосредственно ко вторичному прибору.
14. ОПИСАНИЕ КОНСТРУКЦИЙ И СХЕМ
Схема струйного расходомера (рис. 31) фактически слагается
из двух функциональных элементов. Первый элемент состоит из соп-
ла и перегородки; он является ни чем иным, как струйным приемным
преобразователем расхода и преобразует расход в ударное давле-
ние. Второй элемент является дифманометром, который преобразует
ударное давление последовательно в усилие, перемещение и выход-
ной сигнал.
По принципу первого элемента (струйного приемного преобра-
зователя расхода) построены тупиковые насадки.
При измерении малых расходов до 250—1 500 л/ч целесообраз-
но использовать измерительную схему полностью. При больших
43

расходах в связи с большими Диаметрами сопл более Целесообразно
использовать тупиковые насадки совместно с серийными дифмано-
метрами. Расходомеры могут иметь различный выходной сигнал,
что связано с конструкцией вывода сигнала или перемещения из
герметизированной полости. Величина верхнего предела измерения
связана с активной площадью усиливающего элемента (мембрана
или сильфон), диаметром сопла и параметрами настроечной пру-
жины.
Рассмотрим расходомеры типа РМР.
Расходомеры предназначены для непрерывного автоматического
измерения малых расходов чистых неагрессивных жидкостей. При-
боры являются бесшкальными и выдают только сигнал, пропор-
циональный измеряемому расходу.
Имеется две модификации РМР: с дифференциально-трансфор-
маторным выходом — РМР-Н и с пневматическим выходом—РМР-П.
Выходной сигнал РМР-Н имеет переменное напряжение 1—0—\в
(переход через нуль обозначает изменение фазы на 180°).
Расходомеры РМР-Н работают в комплекте с аппаратурой
частотно-ферродинамического комплекса: вторичными приборами
типов ВФП, ВФС, преобразователями ПФФ или ПФА; регулято-
рами и другими приборами. Расходомеры РМР-П имеют на выходе
пневматический сигнал 0,2—1 кгс/см2 и работают в комплекте
с аппаратурой пневматической ветви ГСП, а также вторичными
приборами ВПП, ВПС и преобразователем ПДА частотно-ферро-
динамического комплекса.
Расходомеры имеют следующую общую характеристику:
Верхние пределы измерения, л/ч 16; 25; 40; 63;
100; 160; 250
Нижний предел измерения . . . . 30% от верхнего
Вязкость измеряемой жидкости, ест От 1 до 10
Допустимое статическое давление, кгс/см2 .... До 6
Погрешность комплекта, состоящего из расходо-
мера и вторичного прибора или расходомера и
преобразователя, % ±1 и +1,5
Параметры окружающей среды, температура, °С . +5 Ь^О
Относительная влажность при температуре
+35 °С, о/0 До 80
В табл. 8 приведены диаметры сопл и максимальные числа
Рейнольдса, отнесенные к диаметрам сопл (Red) для всех указан-
ных выше верхних пределов измерения.
Таблица 8
Верхний предел изме-
16
25
40
63
100
160
250
рения, лЫ
Диаметр сопла, мм
1,2
1,5
1,9
2,4
3
3,6
4,5
Red при верхнем пре-
4 700
5 900
7 400
9 300
11700
15 900
19 400
деле измерения
49

На рис. 32 дана конструкция струйного расходомера
РМР-Н.
Измеряемая жидкость проходит через фильтр и формируется
в струю в сопле 21. Струя создает ударное давление в верхней
полости корпуса 7, которое накладывается на статическое давление
жидкости. Внутри корпуса при помощи гайки 9 встроен сильфон 11.
В нижнюю полость корпуса 7 из радиального прореза сопла 21 по-
ступает жидкость и оказывает на сильфон давление, равное стати-
ческому.
Таким образом, сильфон развивает усилие, пропорциональное
ударному давлению и, следовательно, расходу. Выход жидкости из
прибора осуществляется непосредственно из нижней полости кор-
пуса. С дном сильфона 13 связана ножка 20 плунжера 15 диффе-
ренциально-трансформаторного преобразователя 16, который уста-
новлен на разделительной трубке 18. Трубка выполнена из нейзиль-
бера и закреплена в гайке 19. Примененный в приборе, дифферен-
циально-трансформаторный преобразователь типа ПД, изготавли-
ваемый Ивано-Франковским приборостроительным заводом, отли-
чается возможностью регулировки угла наклона выходной харак-
теристики E=f(S).
50

Для измерения усилий, развиваемых сильфоном, служит пру-
жина 10, которая соединяет при помощи гибкого звена дно силь-
фона с регулировочным рымом 8. Рым выполнен таким образом,
что его продолжением является винт 4 с крупным шагом резьбы,
уплотненный резиновым кольцом 5, причем шаг винта равен шагу
рыма. Скоба 22 служит для предохранения пружины от проворота.
Отогнутый конец пружины может перемещаться в вертикальной
прорези скобы. При вращении винта 4 рым ввинчивается или вы-
винчивается из пружины 10. При этом изменяются число рабочих
винтов (без перемещения самой пружины) и, следовательно, жест-
кость пружины. Положение винта фиксируется стопорной пробкой.
Винт 4 сопряжен с подвижной гайкой 23. Благодаря прорези
в подвижной гайке, в которую заведен неподвижный штифт, гайка
Рис. 33. Внешний вид рас-
ходомера РМР-Н.
может перемещаться только вертикально. Регулировочная гайка 3
связана с подвижной гайкой 23 и осуществляет регулировку натя-
жения пружины.
При вращении гайки 3 (после освобождения контргайки 2) по-
движная гайка вместе с винтом 4 перемещается по вертикали. Этим
достигается регулировка натяжения измерительной пружины. Таким
образом, описанное настроечное устройство позволяет осуществить
регулировку жесткости и натяжения измерительной пружины без
вскрытия герметизированной полости, что очень важно при настрой-
ке прибора.
Настроечное устройство и выходной дифференциально-транс-
форматорный преобразователь защищены крышками / и 17.
Прибор крепится к трубопроводу на вращающихся фланцах 12
и может дополнительно фиксироваться при помощи скоб 6. Для под-
вода электропитания и вывода сигнала телепередачи служит штеп-
сельный разъем 14. Внешний вид расходомера РМР-Н дан на
рис. 33.
На рис. 34 представлена конструктивная схема струйного рас-
ходомера РМР-П (без фильтра). Измеряемая жидкость, как и
в расходомере РМР-Н, после прохождения фильтра формируется
в струю в сопле / и -попадает в камеру / корпуса 5. Давление в
камере равно сумме статического и ударного. Камера / заполнена
51

измеряемой жидкостью, и поток через прорез в сопле направляется
через канал 2 в камеру //, также ее заполняет и выходит через
отверстие 3. Сильфон 4, встроенный в перегородку между камера-
ми, находится под дей-
Питание ствием давления: стати-
ческого со стороны ка-
меры // он статического
плюс ударное со сторо-
ны камеры /.
Таким образом, уси-
лие, развиваемое силь-
фоном, пропорционально
ударному давлению и,
следовательно, .расходу.
Это усилие посредством
ленточки 6 передается
кронштейну, укрепленно-
му на торзионной труб-
ке 8, при этом трубка
закручивается на опре-
деленный угол.
В нижней части, как
это обычно выполняется
в торзионном выводе,
торзионная трубка гер-
метизирована и жестко
g S связана с торэионным
валиком 9, который и
Рис. 34. Конструктивная схема расходо- передает угол поворота
мера РМР-П. из герметизированной
полости. Опорой торзи-
онной трубки, позволяющей стабилизировать ось ее поворота, яв-
ляется группа из двух взаимно перпендикулярных пластинчатых
пружин 7. Верхняя часть торзионной трубки впаяна в шаровую де-
таль, которая прижимается к вертикальной стойке гайкой (не пока-
зана на 'рисунке) и обеспечивает герметичность камеры I. Опорой
торзионного валика 9 на выходе служит шариковый подшипник.
При помощи сектора 10 и гибкой ленточки угол поворота вали-
ка преобразуется в линейное перемещение и затем в усилие пру-
жины //. Развиваемое усилие через рычаг передается пневмопреоб-
разователю 12. В качестве пневмопреобразователя использован
преобразующий блок серийно выпускаемого харьковским заводом
«Теплоавтомат» преобразователя угла поворота в унифицированный
пневматический сигнал типа ПП.
Принципиальная схема и конструкция расходомеров малых рас-
ходов жидкости незначительно меняются в исполнениях для агрес-
сивных сред.
Рассмотрим струйные расходомеры малых расходов газа.
В связи с широким использованием природного газа в качестве топ-
лива количество объектов, на которых необходим контроль и регу-
лирование малых расходов газа, непрерывно возрастает. Сюда
следует отнести в первую очередь небольшие печи для различных
термических операций, сушильные агрегаты и многие другие мало-
мощные нагревательные установки. Помимо расхода природного
газа в целом ряде технологических процессов необходимо измерять
52

Вход
и регулировать малые расходы
- азота, газообразного аммиака,
кислорода и пр.
Почти не ограниченные воз-
можности в части снижения
верхнего «предела измерения
расхода газа содержит струй-
ный метод.
Как и струйные расходо-
меры жидкости, струйные рас-
ходомеры газа совмещают
в одном корпусе тупиковый
приемный преобразователь и
дифманометр. Конструктивная
схема струйного расходомера
газа (рис. 35) почти не отли-
чается от схемы расходомера
жидкости. Различие состоит
в основном в использовании
в качестве чувствительного эле-
мента вместо сильфона вялой
мембраны. Это обусловлено не-
обходимостью получения более
высоких коэффициентов усиле-
ния в связи с очень малой, по
сравнению с жидкостью, плот-
ностью газа.
.На рис. 35 |[Л. 32] весь из-
меряемый поток поступает че-
рез входной штуцер и попадает в цилиндрическое сопло 2, встроен-
ное в корпус /, создавая ударное давление в камере /. Ударное дав-
ление, которое определяется силовым взаимодействием струи газа
с заполненной измеряемым газом камерой /, вычисляется по приве-
денной (ранее формуле
Рис. 35. Конструктивная схема
струйного расходомера газа.
Полное давление в камере / представляет сумму ударного дав-
ления и статического давления в проводящем трубопроводе. Через
прорез в сопле расход поступает в кольцевую камеру 8 и затем
в выпускной штуцер 7. Через отверстие в наружном кольце 6 мем-
бранной кассеты статическое давление газа подается в камеру 11,
образованную мембраной и крышкой 12. Таким образом, мембрана
оказывается нагруженной только ударным давлением.
Усилие, развиваемое мембраной 9, уравновешивается измери-
тельной пружиной 3, закрепленной на диске 5. Ход пружины опре-
деляет величину смещения плунжера И дифференциально-трансфор-
маторного выходного преобразователя 10.
Настроечное устройство 4 (показано на рис. 35 схематично),
позволяет без вскрытия герметизированной полости /, регулировать
как жесткость, так и натяжение пружины 3. Настроечное устройство
представлено на рис. 32. Как видно из рисунка, конструкция струй-
ного расходомера газа очень проста.
Рассмотрим пример приближенного расчета струйного расходо-
мера воздуха при давлении, близком к атмосферному.
5—1096 53

Максимальный расход Q = 10 м$/ч\
гс-сек2 10-10*
р = 0,13-10-5 ——I—; Q = -360Г = 2 780 см9/сек.
Скорость v воздуха в сопле принимаем равной 30 м/сек. Тогда
площадь сопла
2 780
f = 3Q.1Q2 = 0.93 см2.
Диаметр сопла
Определим ударное давление по формуле (26)
PQ2 _ 0,13-10"5.2 7802
Р 0,932
= 11,6 гс/см2.
Задаемся усилием, развиваемым мембраной, равным 1 кгс,
тогда активная площадь мембраны
1 000 L000
F = —— = тт~7Г = № см2,
р П ,Ь
Контроль струйных расходомеров газа может проводиться на
воздухе при использовании специального газового мерника. Как
забор контрольного воздуха, так и измерение его количества, про-
пущенного через прибор, осуществляется при нормальных условиях:
атмосферном давлении и температуре 20±2°С.
Выясним соотношения между объемным расходом газа, изме-
ренным прибором, и расходом, приведенным к нормальным усло-
виям. Уравнение состояния газа Клапейрона—Менделеева
pv = GRT,
где р — абсолютное давление; v — объем газа; G — вес объема газа;
R — газовая постоянная; Т — абсолютная температура.
Так как G/v=pg, то p=pgRT.
При изотермическом процессе
p=£ii,p, (33)
где ku — постоянная.
При изотермическом процессе и неизменной массе газа
pv = const. (34)
Объемный расход газа, измеренный струйным расходомером,
определяется зависимостью (35), полученной на основании (31):
Q^WTT' (35)
где Р — усилие, развиваемое сильфоном или мембраной; / — пло-
щадь поперечного сечения струи; F — активная площадь сильфона
или мембраны.
54

При изотермическом процессе на основании уравнения (34) со-
отношение объемных количеств воздуха, прошедшего через прибор
и газовый мерник, определяется из пропорции
где р — давление в приборе, ро — величина атмосферного давления;
2Qpo — объемное количество по газовому мернику; SQP — объемное
р
количество по прибору; 2QPo=2Qp — или на основании выраже-
ния (35) и выражения (33)
где t — время замера.
Учитывая, что ,— = k12 = const,
У F ро
15. ПЕРСПЕКТИВНЫЕ СХЕМЫ СТРУЙНЫХ РАСХОДОМЕРОВ
Заслуживают внимания некоторые перспективные схемы рас-
ходомеров малых расходов, основанные на струйном методе изме-
рения.
Принципиально, усилие взаимодействия струи жидкости или
газа с условно-жесткой перегородкой может быть измерено и без
усиливающего элемента (сильфона или мембраны).
Для целей измерения может быть применен, например, тензо-
метрический датчик, установленный на упругом звене или каком-
либо высокочувствительном элементе объемного типа.
Принципиальная схема измерения для первого случая показана
на рис. 36. Струя жидкости воздействует на упругий элемент, на-
Рис. 36. Принципиальная схема измерения малого
расхода струйным методом с использованием
тензоэлемента.
J — формирующее сопло; 2 — упругая пластина; 3 — тен-
зоэлемент; 4 — электронный блок; 5 — вторичный прибор.
5*
55

пример пластину, на которой закреплен тензометрический датчик.
Сигнал, пропорциональный деформации и, следовательно, расходу,
поступает на электронный блок и затем на серийный вторичный
прибор или в схему регулирования.
При наличии объемного миниатюрного высокочувствительного
датчика отсутствует упругий элемент и струя жидкости воздействует
непосредственно на датчик. В зависимости от свойств объемного
датчика может быть применена как обычная, так и дифференциаль-
ная схемы измерения.
При дифференциальной схеме одним из объемных датчиков учи-
тывается только статическое давление, второй — воспринимает как
статическое давление, так и ударную нагрузку струи.
Основываясь на хорошей воспроизводимости показаний измере-
ния малых расходов струйным методом, можно рекомендовать по-
строение расходомеров по данным схемам. Необходимым условием
является высокая чувствительность тензометрического датчика или
другого заменяющего его элемента.
Глава седьмая
СТРУКТУРНЫЕ СХЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ
И РЕГУЛИРОВАНИЯ РАСХОДА
В настоящей главе рассматривается ряд схем измерения, дози-
рования и регулирования малых расходов. Основное внимание уде-
лено частотно-ферродинамическому комплексу аппаратуры, разра-
ботанному СКВ САУ и выпускаемому Харьковским заводом КИП,
комплекс позволяет осуществить значительную универсальность и
гибкость схемных решений {Л. 24—27]. Параллельно приводятся
краткие характеристики элементов, входящих в схемы.
Следует отметить, что схемы промышленной автоматики с рас-
ходомерами малых расходов аналогичны схемам, использующим
обычные расходомеры, и почти не содержат принципиальных отли-
чий. В связи с этим приведенные решения в подавляющем большин-
стве случаев можно рассматривать просто как схемы измерения,
дозирования и регулирования расхода.
В расходомерах предполагается наличие одного из следующих
унифицированных выходных сигналов:
а) переменного напряжения (в дальнейшем иногда именуемого
ферродинамическим сигналом) 1—0—1 или 0—2 в, 50 гц, ГОСТ 9895-61;
б) непрерывного частотного 4—8 кгц, ГОСТ 14853-69;
в) давления воздуха 0,2—1 кгс/см2, ГОСТ 9468-60;
г) постоянного тока 0—5 ма, ГОСТ 9895-61.
16. АППАРАТУРА ЧАСТОТНО-ФЕРРОДИНАМИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА
Рассмотрим основные возможности, представляемые частотно-
ферродинамическим аппаратурным комплексом для составления про-
мышленных приборных схем.
Аппаратура, снабженная выходными или компенсирующими
ферродинамическими преобразователями, получила широкое распро-
странение и составляет подветвь переменного тока Государственной
системы приборов (ГСП). Унифицированным сигналом ферродина-
мической аппаратуры является переменное напряжение 1^-0—1 или
56

0—2 в, 50 гц. Ферродинамическая аппаратура" использует в ка-
честве базового ферродинамический преобразователь.
Наряду с преимуществами, свойственными также дифферен-
циально-трансформаторному преобразователю (бесконтактность и
эксплуатационная надежность, высокий уровень выходного сигнала,
малое механическое сопротивление подвижного элемента), ферро-
динамический преобразователь обладает дополнительными преиму-
ществами. К числу преимуществ ферродинамического преобразова-
теля следует отнести: возможность выполнения вычислительных
операций (сложение, вычитание, умножение, деление), возможность
бесступенчатой настройки крутизны преобразования, высокую ста-
бильность фазы выходного сигнала и вращательный характер пере-
мещения подвижного элемента.
Острая необходимость в организации централизованного кон-
троля и получения выхода элементов приборной системы на управ-
ляющие машины тесно связала ферродинамическую аппаратуру
с частотными устройствами, что позволило решить ряд важнейших
вопросов, связанных с комплексной автоматизацией производства.
Базовым устройством большинства частотных приборов ком-
плекса являются преобразователи угла поворота в частоту типа ПС
или ПГ, которые обладают следующими преимуществами:
1) хорошей помехозащитностью;
2) возможностью передачи сигнала по занятым каналам связи;
3) возможностью передачи сигнала на большие расстояния;
4) допускает применение дискретных (цифровых и цифроанало-
говых) методов преобразования, например, для представления пере-
даваемого сигнала в виде кода для цифровой индикации, регистра-
ции и машинной обработки;
5) высокой точностью преобразования частоты в код (0,1%)
и др.
Частотная аппаратура является связующим звеном между систе-
мами местного контроля и информационным или командным ком-
плексом участка (информационной, вычислительной или управляю-
щей машиной). На основе частотного сигнала весьма просто, путем
линейного преобразования частоты, решается вопрос интегрирования
расхода с высокой точностью (±0,1%).
Таким образом, объединенный частотно-ферродинамический ком-
плекс позволяет строить как локальные схемы для небольших объек-
тов, так и схемы для крупных объектов, снабженных информацион-
ными вычислительными и управляющими машинами.
В основу комплекса положен блочно-модульный принцип по-
строения.
Одним из видов модулей аппаратуры является набор выходных
и компенсирующих базовых преобразователей, встроенных в при-
боры.
Ферродинамический преобразователь ПФ преобразует угол пово-
рота до 40° в сигнал переменного напряжения 1—0—1 или 0—2 в,
50 гц.
Ферродинамический преобразователь [Л. 25] основан на исполь-
зовании переменной э. д. с, наводимой в рамке в радиальном маг-
нитном поле, создаваемом переменным током, который протекает
по обмотке возбуждения.
Выходная э. д. с. является линейной функцией угла поворота
рамки и тока возбуждения
Ep**kisGIy,
67

где ki3 — постоянный коэффициент; G — магнитная проводимость
магнитопровода; / — ток обмотки возбуждения; у — угол поворота
рамки.
При постоянных G и I Ev = kuy.
Частотные преобразователи ПС — струнного типа использующие
струнный вибратор (изготовитель—завод ЗМИ, г. Харьков) и ПГ—
генераторного типа (изготовитель—завод Киевского института авто-
матики, г. Киев) преобразуют угол поворота (7макс=40°) в частоту
4—8 кгц. Специальная модификация ПГ осуществляет преобразова-
ние линейного перемещения (5 = 2 мм) в частоту 2—4 кгц.
Пневматический преобразователь ПП (изготовитель — завод «Теп-
лоавтомат», г. Харьков) преобразует угол поворота (/уМакс=40°)
в унифицированный пневматический сигнал 0,2—1 кгс/см2.
Пневматический нуль-индикатор ПН преобразует унифицирован-
ный пневматический сигнал в переменное напряжение. Работает в ав-
токомпенсационных схемах. Угол поворота оси обратной связи 40°.
Дифференциально-трансформаторный преобразователь ПД (Ива-
но-Франковский приборостроительный завод) преобразует линейное
перемещение (от 4 до 7 мм) в сигнал переменного напряжения
1—0—1 в, 50 гц. Преобразователь ПД может быть согласован с фер-
родинамическим преобразователем.
Все базовые преобразователи, преобразующие угол пово-
рота в электрический или пневматический сигнал, имеют унифициро-
ванные габариты и присоединительные размеры. Все базовые преобра-
зователи снабжены устройствами для плавного изменения угла нак-
лона характеристики. Существенным звеном комплекса является
группа блочных преобразователей. Блочные преобразователи решают
задачи функционального преобразования сигналов, размножения сиг-
налов, преобразования сигнала, позволяя осуществлять обмен инфор-
мацией между устройствами, относящимися к различным приборным
комплексам и др.
В схемах, связанных с измерением, дозированием и регулирова-
нием расхода, применяются следующие преобразователи.
Преобразователь ПФФ предназначен для функционального пре-
образования (за счет лекала) и размножения сигнала прибора, снаб-
женного ферродинамическим выходным преобразователем ПФ или
ПД. Преобразователь ПФФ может иметь до трех выходных преоб-
разователей типа ПФ, ПС (ПГ), ПП или сельсин типа БД404А, он
снабжен показывающей шкалой и сигнализирующим (регулирующим)
устройством. Основная погрешность показаний и выходного сигнала
соответственно 0,5 и 1% или 1 и 0,5% в зависимости от градуиров-
ки, т. е. тот или иной способ информации может быть выполнен
более точным.
Преобразователь ППДА осуществляет функциональное преобра-
зование унифицированного пневматического сигнала в ферродина-
мический или частотный. Этот преобразователь имеет один выход-
ной преобразователь, шкалу и сигнализирующие (регулирующие)
контакты. Рсновная погрешность у этого преобразователя та же,
что и у ПФФ.
Преобразователь ППСА предназначен для функционального пре-
образования частотного сигнала в ферродинамический, пневматиче-
ский или частотный; он снабжен шкалой и одним выходным преоб-
разователем. Остальные элементы характеристики аналогичны ПФФ.
Преобразователь ПФТ служит для связи аппаратуры, имеющей
ферродинамический выход, с приборами, работающими от входного
58

сигнала в виде постоянного напряжения, он также исйользуется
для передачи значений параметров на большие расстояния, в част-
ности для целей диспетчеризации. Основная погрешность преобра-
зования ПФТ±2%. Входной сигнал 0—2 в 50 гц, выходной сигнал
О—1 или 0—5 ма.
Преобразователь ППНС предназначен для преобразования сиг-
налов в виде напряжения постоянного тока в унифицированный
частотный сигнал (4—8 кгц), он в основном используется для пре-
образования сигналов термопар и термометров сопротивления в ча-
стоту, но может быть также применен для связи с расходомерами
(например, электромагнитным типа ИР), имеющими выходной сиг-
нал постоянного тока 0—5 ма. Основная погрешность преобразова-
ния +0,6 и ± 1 % в зависимости от диапазона измерения.
Преобразователь ПТФ предназначен для преобразования сиг-
нала постоянного тока 0—5 ма в угол поворота и в зависимости от
установленного выходного преобразователя (ПФ, ПС (ПГ) или ПП)
в сигналы переменного напряжения, частоты или давления воздуха.
Преобразователь ППФ по конструкции является безреохордным
потенциометром настенного монтажа. При добавлении шунта может
быть использован для преобразования токового сигнала 0—5 ма.
Основная погрешность преобразования 0,5 или 1 %.
Преобразователи ПЭФ работают в схемах умножения и деления,
выполненных на аппаратуре с ферродинамическими выходными
преобразователями. Пропорциональность между выходным и вход-
ным сигналами поддерживается с точностью ±1%.
Блок сравнения релейный БРФ предназначен в основном для
работы в схемах дозирования расхода. На вход блока поступают
два ферродинамических сигнала, характеризующих, например, сум-
марный расход и задание дозы. При уравнивании входных сигналов
срабатывает выходное реле.
Вторичные показывающие приборы с ферродинамическим вход-
ным сигналом ВФП и с частотным входным сигналом ВЧП, а также
регистрирующие и показывающие ферродинамические ВФС и частот-
ные ВЧС рассчитаны соответственно на унифицированный входной
сигнал 1—0—'1 или 0—2 в, 50 гц и 4—8 кгц. Вторичные приборы
имеют шкалы и по два выходных преобразователя (ПФ, ПС (ПГ)
или ПП). В приборах предусмотрена автоматическая отрезка и за-
правка бумаги. Основная погрешность показаний ±0,5%. Основная
погрешность регистрации ±1%.
Вторичные приборы с пневматическим входом, показывающие
ВПП и показывающие и регистрирующие ВПС рассчитаны на уни-
фицированный входной сигнал 0,2—1 кгс/см2. Характеристика, ана-
логична приборам ВФП и ВФС.
Важными элементами в схемах промышленной автоматики,
включающими измерение расхода, являются интегрирующие устрой-
ства. Интегрирующие устройства комплекса выполнены конструктив-
но независимыми и работают от частотного выходного сигнала
(4—8 кгц) расходомера или промежуточного преобразователя [Л. 28].
Имеется несколько модификаций интегрирующих устройств. Про-
стейшим блочным интегратором является сумматор частотный типа
СЧ. Он предназначен для вычисления суммарных (интегральных)
значений различных величин, в том числе количества жидкости
или газа.
Суммарный расход (количество) отсчитывается на счетчике ба-
рабанного типа. Входной сигнал — частота 4—8 кгц, которая харак-
59

теризует значение мгновенного расхода. Основная погрешность сум-
мирования ±0,1%. Существенное место в расходомерных схемах
занимают интеграторы с аналоговым отсчетом. В этих приборах
значение интеграла отсчитывается по равномерной шкале, регистри-
руется на диаграммной, ленте и может быть преобразовано в уни-
фицированные выходные сигналы переменного напряжения (ферро-
динамический), частоту или пневматический сигнал. Выпускаются
приборы ИЧП — показывающий и ИЧС — показывающий и реги-
стрирующий. В каждом из приборов может быть до трех выходных
преобразователей. Время интегрирования — от 3 мин до 125 ч. Ос-
новная погрешность показаний, регистрации и выходного сигнала
±0,5%.
Для—осуществления связи управляющей вычислительной маши-
ны с регулятором служат специальные устройства. Одним из таких
устройств является устройство управления (УУ), которое непосред-
ственно связано с выходными регистрами цифровой управляющей
машины и преобразует цифровой двоичный код в нормальный еди-
ничный (число-импульсный). Этот кодовый сигнал согласно адресу,
выданному машиной, поступает в блок коррекции задания. Блок
коррекции задания типа ПЦФ или ДКЗ преобразует единичный код
в унифицированные аналоговые сигналы, используемые для коррек-
ции уставки регулятора [Л. 29].
При использовании частотно-ферродинамического комплекса ап-
паратуры применяются регуляторы типа РФ-Ф (завод КИП,
г. Харьков) или типа РП2-2П (Чебоксарский завод исполнительных
механизмов). Регулятор типа РФ-Ф позволяет получить один из
трех законов регулирования: П (пропорциональный), И (интеграль-
ный) и ПИ (пропорционально-интегральный).
Регулятор формирует регулирующее воздействие в виде сигнала
переменного тока.
Входным сигналом служит выходное переменное напряжение
ферродинамического преобразователя ПФ, дифференциально-тран-
сформаторного преобразователя ПД или сельсина БД404А с углом
поворота 60°.
Основным назначением регулятора РФ-Ф является выработка
корректирующего воздействия в виде унифицированных сигналов
базовых выходных преобразователей ПФ, ПС (ПГ), ПП, а также
работа в схемах регулирования дозаторов.
Регулятор РФ-Ф работает ib комплекте с преобразователем
ПФФ или ППФА. При выработке корректирующего воздействия
используется выход из ПФФ (ППФА) в виде сигналов ПФ, ПС
(ПГ), ПП. При работе в схеме дозирования используется сельсин-
ный выход преобразователя ПФФ — сельсин БД404А. Выходной
сигнал сельсина выпрямляется и подается на магнитный усилитель,
управляющий двигателем дозатора. Регулятор может также ра-
ботать с электрическим исполнительным механизмом типа МЭК
(Чебоксарский завод исполнительных механизмов) при условии на-
личия в нем встроенного ферродинамического преобразователя, ко-
торый выдает к регулятору сигнал обратной связи по положению
выходного рычага.
Вопрос получения обратной связи по положению решается
иногда путем сочленения исполнительного механизма МЭК с инди-
катором угла поворота типа 2ИУФ (Харьковский завод КИП). Ука-
занный индикатор осуществляет двухканальное преобразование угла
поворота входного вала в сигналы ферродинамических преобразова-
60

телей, один из которых в данном случае используется в качестве
сигнала обратной связи.
Реглятор типа РП2-2П осуществляет те же законы регулирова-
ния, что и РФ-Ф, и рассчитан на те же входные сигналы и те же
задатчики. Регулятор РП2-2П управляет электрическими исполни-
тельными механизмами типа МЭК через магнитный усилитель, при
этом нет необходимости в сигнале обратной связи по положению;
РП2-2П выдает сигнал в виде импульсов постоянного тока.
Регулятор с частотным входом работает аналогично РП2-2П и
не требует наличия сигнала обратной связи по положению выходно-
го элемента исполнительного механизма. Регулятор осуществляет
П-, И- и ПИ-законы регулирования, работает в комплекте с частот-
ным задатчиком. В ряде случаев целесообразно использование
в качестве регулятора электрогидравлического преобразователя ти-
па ПЭГ, который является, по сути, интегральным регулятором,
преобразующим сигнал рассогласования первичного прибора и за-
датчика с ферродинамическим выходом в перемещение золотника,
управляющего гидравлическим исполнительным механизмом. В пре-
образователе ПЭГ сочетается компактное и простое электрическое
входное устройство и мощный гидравлический выходной сигнал.
При наличии большого числа точек измерения расхода, напри-
мер, при решении задачи распределения дутья по фурмам домен-
ной печи, одновременном регулировании расхода ряда реагентов и
в других аналогичных случаях, целесообразно использование много-
канальных цифровых регуляторов.
Расходомеры (первичные приборы) и задатчики, работающие
с данным регулятором, должны иметь частотный сигнал 4—8 кгц
при уровне 0,4—1,2 в. Выходной сигнал — широтно-модулированный
импульс для управления электрическим исполнительным механиз-
мом через магнитный усилитель. Регулятор осуществляет пропорци-
онально-интегральный или интегральный с нелинейным воздействием
закон регулирования.
В качестве задатчиков для регуляторов частотно-ферродинами-
ческого комплекса используются пультовые задатчики типов ДЗП
и 2ДЗП. Задатчики преобразуют угол поворота указателя задания
в сигнал того или иного базового выходного преобразователя ПФ,
ПС (ПГ) или ПП, а также сельсина БД404А.
Для регуляторов типов РФ-Ф, РП2-2П и ПЭГ служат задатчи-
ки с выходным преобразователем ПФ, для многоканального цифро-
вого регулятора используются задатчики с выходным преобразова-
телем ПС или ПГ.
17. ОПИСАНИЕ СХЕМ
Обозначения наиболее часто встречающихся видов аппаратуры
даны на рис. 37. Прочая аппаратура, как, например, блок релейный
сравнения БРФ, многоканальный регулятор, преобразователь циф-
рового кода в переменное напряжение ПЦФ (ДКЗ) и др., вошли
в схемы с обозначением непосредственно типа.
Приняты следующие условные обозначения групп приборов
(рис. 37): а — расходомер; б — преобразователь; в—'вторичный
прибор; г-—интегратор (сумматор частотный); д — прибор с ча-
стотным входом, интегрирующий и выдающий показания, а также
воспроизводящий сигнал, пропорциональный интегралу параметра;
61

е — задатчик; ж — регулятор; з — исполнительный механизм; и —
магнитный усилитель.
Буква N, проставленная в правой или нижней части обозначе-
ния, символизирует номер данного прибора или изделия, который
ему в дальнейшем присваивается в той или иной рассматриваемой
структурной схеме.
Расходомеры в схемах, независимо от количества входящих
в них блоков, условно показаны одноблочными.
Для выходных каналов с унифицированными сигналами приняты
следующие обозначения:
Ф переменное напряжение (ферродинамический);
С частотный;
—»
П пневматический;
Т токовый;
-* любой выходной сигнал (Ф, С, П или Т).
а) е)
Пр
ivj——*-Рег N —
6)
ж)
si
г)
N
В случае если задача данного блока может быть решена различ-
ными приборами по выбору, то наименьшее возможное количество
выходных каналов изо-
бражается сплошными
стрелками и остальные
каналы — пунктирными.
Схема, приведенная
на рис. 38, используется
в следующих случаях;
для получения показа-
ний по шкале при бес-
шкальном расходомере /;
при необходимости вы-
нести показания расхо-
домера на панель или
пульт; при необходимо-
сти размножения сигна-
ла, пропорционального
расходу; при необходи-
мости выполнения функ-
ционального преобразо-
вания сигнала расхода;
при необходимости пре-
образования одного ви-
да сигнала, поступающе-
го от расходомера в другой, например, ферродинамического в пнев-
матический. Все преобразователи 2 — настенного монтажа. В схеме
на рис. Э8,а используются преобразователи типа ППФА или ПФФ.
В схеме на рис. 38,6 используется частотный преобразователь ППСА.
В схеме на рис. 38,в применен пневматический преобразователь
ППДА.
При токовом выходе расходомера (рис. 38,г) используются пре-
образователи ПТФ, ППФ или ПНС. Однако ПНС пригоден только
для преобразования токового сигнала в частоту и не позволяет осу-
ществить функциональное преобразование сигнала и отсчет по шкале.
и)
д)
Рис 37. Условные обозначения отдель-
ных видов аппаратуры на схемах.
62

Рис. 38. Расходомеры в комплек- Рис. 39. Расходомеры в ком-
те с преобразователями.
плекте со вторичными при-
борами.
Схема, показанная на рис. 39, применяется в тех же случаях, что
и схема на рис. 38, но с тем различием, что вместо настенных пре-
образователей используются вторичные приборы 2 щитового мон-
тажа. Кроме этого, применение регистрирующих вторичных прибо-
ров позволяет осуществить регистрацию расхода. Наличие во вто-
ричных приборах двух лекал в
цепи отработки показаний и в цепи
выходного сигнала позволяет по-
лучить большую точность одновре-
менно показаний я сигнала, чем
в схеме по рис. 38.
В схеме по рис. 39,а исполь-
зуются ферродинамичеекие -вто-
ричные приборы типов ВФП или
ВФС; по рис. 39,6 — частотные
вторичные приборы ВЧП или
ВЧС; по рис. 39,в — пневматиче-
ские вторичные приборы ВГШ или
ВПС; по рис. 39,г — токовые вто-
ричные приборы.
На рис. 40 приведены схемы
измерения расхода с выходом на
интегратор типа СЧ. Основная
цель — получение отсчета количе-
ства. Представленный на рис. 40,а
расходомер имеет частотный вы-
ход, линейный относительно расхо-
да, в связи с чем частотный вы-
ходной сигнал поступает непосред-
ственно на интегратор 2. Такая
Рис. 40. Измерение количества
при помощи интеграторов СЧ.
63

схема может быть применена для показывающих (эасхбдомеров и
для бесшкальных расходомеров при отсутствии необходимости от-
счета расхода по шкале. В схеме на рис. 40, б в силу необходимости
функционального преобразования частотного сигнала (например,
извлечения квадратного корня) используется промежуточный пре-
образователь 2, роль которого играет функциональный частотный
преобразователь ППСА.
В схеме на рис. 40, в для преобразования ферродинамического
сигнала в частотный использован преобразователь типа ПФФ (три
выходных канала) или ППФ А. (один выходной канал). Одновремен-
Q,
а)
р
1
р
2
р
3
ф
Рис. 41. Суммирование
нескольких расходов.
а — структурная схема; б —
принципиальная схема.
Питание
но преобразователь осуществляет показания по шкале и в случае
необходимости функциональное преобразование. На схеме на
рис. 40, г и д решение аналогично приведенному на рис. 38, виг.
Выходные сигналы преобразователей поступают к интеграторам СЧ.
При необходимости одновременной регистрации текущего расхо-
да преобразователя 2 в схеме на рис. 4Ю, б—д заменяются соответ-
ственно вторичными регистрирующими приборами: частотным-—
ВЧС, ферродинамическим — ВФС, пневматическим — ВПС, токо-
вым ВТС. В случае необходимости получения сигнала пропорцио-
нального суммарному расходу, а также непрерывной его регистрации
вместо сумматоров СЧ используются щитовые интеграторы, показы-
вающие ИЧП и показывающие и регистрирующие ИЧС 3 (показа-
ние и регистрация аналогового значения суммарного ,расхода).
64

Йри наличии ферродинамического выходного сигнала бёсьмй
просто комплектуется схема суммирования нескольких расходов. На
рис. 41, а показана структурная схема суммирования расходов по
трем расходомерам 1—3. На рис. 41, б дана принципиальная схема
этого же решения.
Выходные сигналы 0—2 в, 50 гц, согласованные по фазе и
уменьшенные в требуемом масштабе при помощи делителей, посту-
пают на вход вторичного прибора или функционального преобразо-
вателя (ПФФ, ППФА).
Компенсирующий ферродинамический преобразователь прибо-
ра 4 в компенсационной схеме отрабатывает сигнал, равный сумме
Ф (0.0.)
Рис. 42. Регулирование величины расхода.
входных сигналов. Прибор 4 дает показания по шкале и выходной
сигнал, пропорциональный сумме расходов.
Рассмотрим структурные схемы регулирования и дозирования
расхода. На рис. 42 приведены простейшие схемы регулирования
расхода. На рис. 42, а показана схема регулирования расхода для
случая, когда расходомер 1 имеет ферродинамический выходной
сигнал, линейно связанный с величиной расхода. В качестве регуля-
тора 3 может быть применен регулятор типа РФ-Ф или РП2-2П.
Управление исполнительным механизмом 5 типа МЭК осуществля-
ется через магнитный усилитель 4. В качестве задатчика 2 исполь-
зуется ДЗП-Ф.
65

На рис. 42, б приведена схема для случая расходомера с ча-
стотным выходным сигналом, линейным относительно расхода. Роль
регулятора 3 играет частотный регулятор PC-ПИ; задатчик 2 типа
ДЗП-С; исполнительный механизм 5 типа. МЭК с магнитным уси-
лителем 4. Рисунок 42, в дает решение аналогичной задачи при
пневматическом выходе расходомера. В схеме используются регуля-
^ 127в?50гц
б)
Рис. 43. Регулирование соотношения двух расходов.
а — структурная схема; б — принципиальная схема.
тор, задатчик и исполнительный механизм пневматического ком-
плекса.
Иногда возникает необходимость использования расходомера
с выходным сигналом, отличным от сигналов, на которые рассчитаны
регулятор и задатчик, а также необходимость предварительного
функционального преобразования сигнала, характеризующего расход.
В этом случае между расходомером и регулятором (рис. 42,г) вклю-
чается соответствующий функциональный преобразователь 2,
который может также выполнить преобразование сигнала (пре-
образователи применяются также в схеме, показанной на рис. 38).
На рис. 43 дана схема регулирования соотношения двух рас-
ходов, выполненная на ферродинамической аппаратуре. На рис. 43,а
приведена структурная схема и на рис. 43,6 — схема, раскрывающая
принципиальную связь между аппаратурой.
Расходомеры 1 и 2 измеряют расходы Qi и Qz, соотношение
которых должно поддерживаться постоянным:
66

Выходной сигнал расходомера 2 через повторитель 3 типа ПЭФ
питает выходной ферродинамический преобразователь задатчика 4
типа ДЗП-Ф.
Выходное напряжение ферродинамического преобразователя,
при прочих равных условиях, определяется зависимостью
£ф=&1б£ф,
где В — индукция в зазоре; <р — угол поворота рамки.
Индукция В пропорциональна току и, следовательно, напряже-
нию на обмотке возбуждения.
Напряжение на обмотке возбуждения в данной схеме пропор-
ционально Qz, угол поворота рамки пропорционален углу поворота
* 5
Цифровой, число-
имульсньш код
Устройство
вычисления
величины
задания
расхода
А
ре.ае.ента
Д
d>
Регулятор
много-
В
и анальный
цифровой.
1
I I I
24
Р
! I I
P
-с
\МУ
\МУ
24
Группа расходомеров
реагента Л
Ладатчиии йД
соотношения --
Ч
Рис. 44. Регулирование соотношения расходов при помощи много-
канального цифрового регулятора.
рукоятки задатчика 4. Таким образом, выходной сигнал, снимаемый
с задатчика, пропорционален расходу Q2, умноженному на угол
поворота рукоятки задатчика.
Принимая угол поворота рукоятки задатчика ер постоянным и
пропорциональным необходимому отношению ki5t получим выраже-
ние для выходного сигнала задатчика
£<|> = &17&16&15Q2.
По условию эта величина должна быть равна kukieQi.
Сигнал с задатчика и сигнал расходомера 1 сравниваются и
•поступают к регулятору.
При наличии сигнала рассогласования схема работает на его
уничтожение путем воздействия сигнала регулятора 5 через магнит-
ный усилитель 6 на исполнительный механизм 7 и регулируемый
расход Qi. Пересчетные коэффициенты учитываются в цриборах при
градуировке.
В случае, когда имеется необходимость одновременно регулиро-
вать расход или соотношение jpacxo^ob жидкостей или газов, !Проте-
,67

кающих по различным трубопроводам, целесообразно применение
многоканального цифрового регулятора.
На схеме рис. 44 рассмотрен случай попарного регулирования
соотношения расходов с использованием двух групп расходомеров,
измеряющих расходы реагента / и реагента //.
В схеме использованы два основных блока, решающих вопрос
многоканального цифрового регулирования: блок А, представляю-
щий собой устройство вычисления величины задания расхода реаген-
та //, и блок Б — собственно многоканальный цифровой регулятор,
формирующий управляющие сигналы.
На вход блока А периодически через коммутаторы поступают
выходные частотные сигналы от группы расходомеров, измеряющих
а.)
р
1
Пр
2
ф
врф
3
' Выход
6)
Рис. 45. Ограничение максимальной вели-
чины расхода.
расходы реагента I, и сигналы частотных задатчиков соотноше-
ния ki = QuilQii.
По каждому из задатчиков устанавливается вручную необходи-
мое соотношение для данной пары расходомеров (групп I и II).
Устройство А отрабатывает величины заданий расходов реаген-
та //, которые в виде цифрового число-импульсного кода подаются
на вход собственно многоканального цифрового регулятора Б.
В блоке происходит сравнение величины задания и расхода через
соответствующий расходомер группы //. Частотные выходные сиг-
налы расходомеров группы // заведены непосредственно в блок Б.
По разности между величинами расходов в группе // и соответ-
ствующих заданий блок Б вырабатывает управляющий сигнал
в виде модулированных по длительности импульсов, поступающих
через магнитные усилители к соответствующим исполнительным
механизмам, например типа МЭК.
Схема ограничения расхода до определенной его величины дана
на рис. 45. Схемы на рис. 45,а и б отличаются только наличием
функционального преобразователя в схеме ,на рис. 45,6.
Ферродинамические сигналы расходомера и задатчика ограни-
чения расхода подаются на релейный блок сравнения БРФ в про-
тивофазе. При достижении расхода заданного значения БРФ выдает
сигнал от выходного реле. В случае, когда нет необходимости
в частом изменении задания предельного расхода, задача может
быть решена без задатчика и блока БРФ путем использования
68

соответствующим образом настроенных выходных контактов свя-
занного с расходомером функционального преобразователя.
Схема дозирования количества жидкости или газа дана на
рис. 46. На рис. 46,а схема выполнена для случая, когда выходным
сигналом расходомера является частота, которая линейно связана
Ф
а)
БРФ
Выход
релейный,
\Пр
И 3
т
БРФ
Выход
релейный
Рис. 46. Автоматическое дозирование количества.
с расходом. Сигнал расходомера 1 поступает к частотному интегра-
тору 2 типа ИЧП или ИЧС. Выходной ферродинамический сигнал
интегратора, пропорциональный значению интеграла, подается на
Рис. 47. Регулирование
расхода с автоматиче-
ской коррекцией задания
по данным управляющей
вычислительной машины.
1
| [ \Ци.фроЬо£ ЙОД | j
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
УН
Ц 1— Г
2
Цифровой. НОЛ
Ф
релейный блок сравнения 3 типа БРФ. К нему же поступает сигнал
задатчика 4, который пропорционален заданной дозе (количеству)
вещества. При уравнивании сигналов срабатывает релейный выход
БРФ. На рис. 46,6 введен преобразователь 2 для преобразования
сигнала расходомера в унифицированный частотный.
69

На рис. 47 представлена структурная схема регулирования
расхода, применяемая при использовании сигнала управляющей
вычислительной машины / для коррекции задания регулятору.
Данная схема может быть использована для регулирования не толь-
ко расхода, но и других параметров.
Один из выходов машины /, корректирующий сигнал, поступает
через устройство управления 2 к блоку коррекции задания 3 типа
ПЦФ или ДКЗ, который выполняет преобразование сигнала в виде
цифрового кода в переменное напряжение (сигнал ферродинамиче-
ского преобразователя).
Этот сигнал подается к регулятору наряду с сигналом задат-
чика 6 и осуществляет коррекцию задания. Остальные элементы ана-
логичны элементам, показанным на рис. 42. Сохранение ручного
задатчика в значительной степени гарантирует надежность схемы.

ЛИТЕРАТУРА
1. Кремлевский П. П. Расходомеры. М., Машгиз, 1955.
2. Кремлевский П. П. Расходомеры. Машгиз, 1963.
3. Правила 28-64 измерения расхода жидкостей, газов и паров
стандартными диафрагмами и соплами. Изд-во стандартов, 1964.
4. Правила 27-54 по применению и проверке расходомеров с нор-
мальными диафрагмами, соплами и трубами Вентури. Машгиз, 1955.
5. Приборостроение и средства автоматики. Справочник, т. 2,
книга II. М., «Машиностроение», 1964.
6. Материалы IV Таллинского совещания по электромагнитным
расходомерам. (Сборник). ЦНИИТЭИприборостроения, 1969.
7. Левин В. М. Компенсационный измеритель расхода вязких
жидкостей с применением сопл профиля полукруга. — В кн.: Методы
и приборы для измерения расходов и количеств жидкости, газа и
пара, Онтиприбор, 1965.
8. Д и д е н к о К. И., Левин В. М. и др. Компенсационный
расходомер для вязких жидкостей. — «Автоматика и приборострое-
ние», 1960, № 1.
9. Бошняк Л. Л., Вызов Л. Н. Измерение малых расходов
жидкостей, Машгиз, 1961.
10. Кремлевский П. П., Бошняк Л. Л., Вызов Л. П.,
Шонин Л. Н. и др. Под ред. П. П. Кремлевского. «Теплоэнергети-
ческие и химико-технологические приборы и регуляторы» М., «Маши-
ностроение», 1968.
11. Бошняк Л. Л., Вызов Л. Н. Тахометрические расходоме-
ры. «Машиностроение», 1968.
12. Методы и приборы для измерения расходов и количеств жид-
кости, газа и пара. Под ред. П. П. Кремлевского. ЦНИИТЭИ при-
боростроения, 1967.
13. Инструкция по монтажу и эксплуатации на расходомеры
типа «Сатурн», НИИтеплоприбор, 1968.
14. Сборник под редакцией П. П. Кремлевского. «Методы и
приборы для измерения расходов и количеств жидкости, газа и па-
ра», Онтиприбор, 1965.
15. Д и д е н к о К. И., Л е в и н В. М. Измерение малых расходов
мазута. — «Измерительная техника», 1959, № 10.
16. Левин В. М. О работе объемных мазутомеров МП в усло-
виях резко меняющихся и пульсирующих расходов. — «Приборострое-
ние», 1961, № 1.

17. «Приборы для измерения давления, разрежения, количества,
расхода и уровня» (Номенклатурный справочник). Онтиприбор, 1966.
18. Павловский А. Н. Измерение расхода и количества жид-
костей, газа и пара. М., Изд-во комитета стандартов, 1967.
19. Монахов В. И. Измерение расхода и количества жидко-
сти, газа и пара. М., Госэнергоиздат, 1962.
20. К о р с у н с к и й Л. М. Электромагнитные гидрометрические
приборы. Стандартгиз, 1964.
21. Левин В. М. Силовой метод измерения малых расходов
жидкости. — «Приборы и системы управления», 1967, № 8.
22. Френкель Н. 3. Гидравлика, М., Госэнергоиздат, 1956.
23. У л е з к о Д. Н. Новый газовый мерник. — «Измерительная
техника», 1967, № 2.
24. Диденко К. И., Гафанович М. Д., Левин В. М.,
Розен Ю. В., Сушин В. А., Чернец Н. В. Частотно-ферроди-
намическая аппаратура контроля и управления. Киев, ИТИ, 1964.
25. Диденко К. И., Гафанович М. Д., Загарий Г. И.,
Левин В. М., Розен Ю. В., Чернец Н. .В. Частотно-ферроди-
намическая система приборов контроля и управления. «Энергия»,
1970.
26. «Комплекс частотных устройств для систем контроля и
управления». Киев, ИТИ, 1967.
27. Левин В. М. Основные принципы построения частотно-фер-
родинамической системы. — «Цветная металлургия», 1968, № 1.
28. Диденко К. И., Розен Ю. В. и др. Частотные интегра-
торы. Киев, ИТИ, 1966.
29. Диденко К. И., Марков Б. Ф., Розен Ю. В. Многока-
нальное устройство управляющих вычислительных машин с регуля-
торами.— «Приборы и системы управления», 1968, № 1.
30. Л е в и н В. М. Первичный преобразователь гидродинамиче-
ского расходомера. Авт. свид. № 201688. Бюлл. изобрет. 1967, № 18.
31. Левин В. М. Тупиковый насадок, как приемный преобразо-
ватель расхода — «Приборы и системы управления», 1970, № 12.
32. Диденко К. И., Левин В. М. и др. Струйные расходоме-
ры малых расходов жидкостей. — «Приборы и системы управления»,
1970, № 8.
33. F. S t г a h u b е г und A. R i с h t е г, Heizol-Mengemessung
mit Messwertwandler — Stahl und Eisen, 1964, Juli, № 15.
34. С о r t e 1 у 0 u I. T. Centrifugal Flow Measurement -— Instr. and
Control Systems, February, 1960.
35. Les techniques de mesure des petits debits — L'lndustrie chemi-
que, 1965, v. 51, № 568.
36. Flow measuring devices — Automation, October, 1967.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение 3
Глава первая. Расходомеры переменного перепада дав-
ления 5
1. Основы метода 5
2. Приемные преобразователи для малых расходов . . 8
3. Описание конструкций и схем Ю
Глава вторая. Крыльчато-тахометрические и шариковые
расходомеры 16
4. Основы метода 16
5. Описание конструкций и схем крыльчато-тахометриче-
ских расходомеров 19
6. Описание конструкций и схем шариковых расходомеров 21
Глава третья. Объемно-тахометрические расходомеры 23
7. Принцип измерения 23
8. Описание конструкций и схем 23
Глава четвертая. Расходомеры обтекания .... 33
9. Основы метода 33
10. Описание конструкций и схем 35
Глава пятая. Электромагнитные расходомеры .... 38
11. Принцип действия 38
12. Описание конструкций и схем 39
Глава шестая. Струйные расходомеры 42
13. Основы теории 42
14. Описание конструкций и схем 48
15. Перспективные схемы струйных расходомеров ... 55
Глава седьмая. Структурные схемы автоматического кон-
троля и регулирования расхода 56
16. Аппаратура частотно-ферродинамического комплекса 56
17. Описание схем 61
Литература 71