3) электромагнитные расходомеры применяются для измерения расхода жидкости с 40-х годов 20 века. Основными достоинствами таких расходомеров являются: отсутствие гидродинамического сопротивления, отсутствие подвижных механических элементов, которые увеличивают уязвимость прибора, высокая точность измерений и быстродействие. Принцип действия электромагнитных расходомеров заключается в следующем: в проводнике, пересекающем силовые линии поля, индуцируется ЭДС, которая пропорциональна скорости движения проводника. При этом направление тока, возникающего в проводнике, перпендикулярно к направлению движения проводника и направлению магнитного поля. То есть основой работы таких расходомеров является закон электромагнитной индукции – закон Фарадея. Если проводником является проводящая жидкость, текущая между полюсами магнита, измеряя ЭДС, наведенную в жидкости по закону Фарадея, можно получить принципиальную схему электромагнитного расходомера, которую предлагал еще Фарадей.[11] Таким образом, электромагнитные расходомеры могут быть выполнены как с постоянными, так и с электромагнитными, питаемыми переменным током частотой. Эти электромагнитные расходомеры имеют свои достоинства и недостатки, определяющие области их применения. Погрешность данных приборов определяется в основном погрешностями их градуировки и измерения разности потенциалов Е. Но электрохимические процессы в потоке жидкости, различные помехи и наводки, непостоянство напряжения питания и другие помехи не позволяют получить потенциально высокой точности измерений расхода на данном этапе развития. Существенным и основным недостатком электромагнитных расходомеров с постоянным электромагнитом, ограничивающим их применение для измерения слабо пульсирующих потоков, является поляризация измерительных электродов, при которой изменяется сопротивление преобразователя, из чего следует появление дополнительных погрешностей. Поляризацию уменьшают, применяя электроды из специальных материалов (угольные или каломелиевые электроды) или специальные покрытия для электродов (платиновые или танталовые). В расходомерах с переменным магнитным полем явление поляризации электродов отсутствует, но появляются такие эффекты как: трансформаторный эффект, когда на витке, образуемом жидкостью, находящейся на трубопроводе, электродами, соединительными проводами и вторичными приборами наводится трансформаторная ЭДС, источником которой является обмотка электромагнита (для их компенсации в измерительную схему прибора вводят компенсирующие цепи или питают электромагнит переключаемым постоянным током); емкостной эффект, возникающий из-за большой разности потенциалов между системой возбуждения магнитного поля и электродами и паразитной емкости между ними (средством борьбы с этим эффектом является тщательная экранировка). Первичные преобразователи электромагнитных расходомеров не имеют частей, выступающих внутрь трубопровода, сужений или изменений профиля, благодаря чему гидравлические потери на приборе минимальны, что является основным достоинством электромагнитных преобразователей расхода. Также к положительным качествам относится и то, что преобразователь расходомера и технологический трубопровод можно чистить и стерилизовать без демонтажа. К очень важному положительному качеству можно отнести, что физико-химические свойства измеряемой жидкости (вязкость, плотность, температура и др.) не влияют, если только они не изменяют ее электропроводность, на показания. Конструкция таких преобразователей позволяет применять новейшие изоляционные, антикоррозийные и другие покрытия, благодаря чему можно измерять расход агрессивных и абразивных сред. Такие приборы имеют высокую стабильность показаний, также стоит отметить, что метод незначительно чувствителен к неоднородностям, турбулентности потока, неравномерности распределения скоростей потока в сечении канала. Но кроме перечисленных положительных качеств данных приборов, которые обеспечили широкое распространение электромагнитных расходомеров, стоит отметить и их недостатки, к которым относится: конструктивная сложность, необходимость тщательного каждодневного ухода (регулировка нуля, настройка и т.д.), электромагнитные расходомеры непригодны для измерения потока газов, а также жидкостей с электропроводностью менее 10-3 – 10-5 сим/м (10-5 – 10-7 Ом-1см-1). Наибольшее применение электромагнитные расходомеры нашли в учете водных и энергетических ресурсов, в частности отопительных системах. Их широко применяют в металлургической, биохимической и пищевой промышленности, в строительстве и других производствах;[11]
4) вихревые расходомеры основаны на зависимости от расхода частоты колебаний давления, возникающих в потоке в процессе вихреобразования или колебания струи либо после препятствия определенной формы, установленного в трубопроводе, либо специального закручивания потока. К достоинствам вихревых расходомеров следует отнести: отсутствие подвижных частей, независимость показаний от давления и температуры, большой диапазон измерений, частотный измерительный сигнал на выходе , возможность получения универсальной градуировки, сравнительно небольшая стоимость и др. Но также имеются и недостатки, к которым относятся значительные потери давления (до 30-50 кПа), ограничения возможностей их применения, так как они не пригодны при малых скоростях потока среды, для измерения расхода загрязненных и агрессивных сред. [13]
2.1.7.2. Температурные преобразователи приборов учета тепла
Для приборов учета тепла используется только один вид температурных преобразователей – термопары. Термопара – термоэлемент, который применяется в измерительных и преобразовательных устройствах и в системах автоматизации. По международному стандарту термопара определяется как пара проводников из различных материалов, соединенных в одном конце и формирующих часть устройства, использующего термоэлектрический эффект для измерения температуры. Для измерения разности температур зон, ни в одной из которых не находится вторичный преобразователь (измеритель термо-ЭДС), удобно использовать дифференциальную термопару: две одинаковых термопары, соединенных навстречу друг другу. Каждая из них измеряет перепад температур между своим рабочим спаем и условным спаем, образованным концами термопар, подключенными к клеммам вторичного преобразователя, но вторичный преобразователь измеряет разность сигналов, таким образом, две термопары вместе измеряют перепад температур между своими рабочими спаями.
Принцип действия термопар основан на эффекте Зеебека, то есть на термоэлектрическом эффекте. Когда концы проводника находятся при разных температурах, между ними возникает разность потенциалов, которая пропорциональна разности температур. Коэффициент пропорциональности называют коэффициентом термо-ЭДС. У разных металлов коэффициент термо-ЭДС разный и, соответственно, разность потенциалов, возникающая между концами разных проводников, будет различная. Помещая спай из металлов с отличными коэффициентами термо-ЭДС в среду с температурой Т1, мы получим напряжение между противоположными контактами, находящимися при другой температуре Т2, которое будет пропорционально разности температур Т1 и Т2.
Как правило, термопары подключаются двумя способами к измерительным преобразователям: простым способом и дифференциальным. При подключении преобразователя к термопаре простым способом, он подключается напрямую к двум термоэлектродам. Во втором случае используются два проводника с разными коэффициентами термо-ЭДС, спаянные в двух концах, а измерительный преобразователь включается в разрыв одного из проводников.
Для дистанционного подключения термопар используются удлинительные или компенсационные провода. Удлинительные провода изготавливаются из того же материала, что и термоэлектроды, но могут иметь другой диаметр. Компенсационные провода используются в основном с термопарами из благородных металлов и имеют состав, отличный от состава термоэлектродов. Требования к проводам для подключения термопар установлены в стандарте МЭК 60584-3. Следующие основные рекомендации позволяют повысить точность измерительной системы, включающей термопарный датчик.
Существует также несколько условий, которые для качественной работы термопары стоит соблюдать:
— миниатюрную термопару из очень тонкой проволоки следует подключать только с использованием удлинительных проводов большего диаметра;
— не допускать по возможности механических натяжений и вибраций термопарной проволоки;
— при использовании длинных удлинительных проводов, во избежание наводок, следует соединить экран провода с экраном вольтметра и тщательно перекручивать провода;
— по возможности избегать резких температурных градиентов по длине термопары;
— материал защитного чехла не должен загрязнять электроды термопары во всем рабочем диапазоне температур и должен обеспечить надежную защиту термопарной проволоки при работе во вредных условиях;
— использовать удлинительные провода в их рабочем диапазоне и при минимальных градиентах температур;
— для дополнительного контроля и диагностики измерений температуры применяют специальные термопары с четырьмя термоэлектродами, которые позволяют проводить дополнительные измерения сопротивления цепи для контроля целостности и надежности термопар.
Типы термопар определяются их техническими требованиями. Технические требования к термопарам определяются ГОСТ 6616-94.Стандартные таблицы для термоэлектрических термометров (НСХ), классы допуска и диапазоны измерений приведены в стандарте МЭК 60584-1,2 и в ГОСТ Р 8.585-2001.