Тепловые расходомеры

Существует несколько разновидностей тепловых расходомеров.

Наиболее распространены тепловые калориметрические расходо-

меры, принцип действия которых основан на нагреве потока вещества

и измерении разности температур до и после нагревателя. На рис. 6.8

показаны схема такого расходомера и кривые распределения темпе-

ратуры среды до и после нагревателя при его постоянной выделяемой

тепловой мощности.

В трубопроводе 1 установлен нагреватель потока 2. На равных

расстояниях от центра нагревателя расположены термопреобразова-

тели 3, измеряющие температуру потока до и после нагрева. Для

неподвижной среды распределение температуры в ней (на графике —

сплошная линия) симметрично относительно оси нагревателя, и

поэтому разность температур ∆t = t2 – t1 = 0. При некоторой малой

скорости потока распределение температуры (на графике — штрихо-

вая линия) несимметрично и несколько смещается вправо. При малых

расходах температура падает вследствие поступления холодного

вещества, а температура t2 возрастает, вследствие чего ∆t увеличива-

ется с ростом расхода. С дальнейшим увеличением расхода при по-

стоянной мощности нагревателя t2 станет убывать, в то время как t,

практически постоянна, т.е. ∆t будет уменьшаться. Таким образом,

при малых расходах разность температур ∆t прямо пропорциональна

расходу, а при больших — обратно пропорциональна.

Зависимость между массовым расходом G и разностью темпера-

тур ∆t при больших расходах определяется уравнением теплового

баланса:

где N— мощность нагревателя; к — поправочный множитель на не-

равномерность распределения температур по сечению трубопровода;

с — теплоемкость вещества при температуре (t1 + t2)/2.

Отсюда следует, что измерение массового расхода может быть

осуществлено двумя способами: 1) по значению подаваемой к на-

гревателю мощности N, обеспечивающей постоянную заданную

разность температур ∆t; 2) по значению разности ∆t при постоян-

ной N.

В соответствии с первым способом расходомер работает как регу-

лятор температуры нагрева потока. При изменении ∆t мощность N

автоматически изменяется до тех пор, пока ∆t не достигнет заданно-

го значения. Массовый расход при этом определяется по шкале ватт-

метра в цепи нагревателя. Для уменьшения расходуемой мощности

обычно ограничивают заданное значение ∆t в пределах 1... 3 °С.

По второму способу, когда к нагревателю подводится постоянная

мощность, расход определяют по прибору, измеряющему разность

температур. Недостатком этого способа является гиперболический

характер шкалы, а значит, и падение чувствительности при увеличе-

нии расхода.

В качестве преобразователей температуры в калориметрических

расходомерах могут быть использованы термоэлектрические преоб-

разователи, термопреобразователи сопротивления и др.

Калориметрические расходомеры в основном применяют для из-

мерения малых расходов чистых газов. Основное преимущество этих

расходомеров — измерение массового расхода газа без измерения его

давления и плотности.

Существуют тепловые расходомеры, у которых нагреватель и тер-

мопреобразователи размещают на наружной стенке трубы и пере-

дача теплоты к потоку осуществляется через стенку трубы.