Вихревые расходомеры

В вихревых расходомерах используется гидродинамическое явление – образование вихрей при обтекании жидкостью препятствия. Если в поток помещено препятствие (плохообтекаемое тело), отдельные слои жидкости отрываются от тела и свертываются в вихри (рис. 9.11), образуя зоны низкого давления за препятствием. Подобную картину «срывающих» вихрей можно наблюдать на порожистой реке при обтекании потоком камней или у флага, колеблющегося на ветру. Частота следования вихрей прямо пропорциональна скорости потока. Если в качестве препятствия используется поперечно расположенный цилиндр (рис. 9.11, а), то зависимость между частотой образования вихрей и скоростью потока имеет вид

, (9.21)

где k – коэффициент, который в относительно широком диапазоне его значений не зависит от числа Рейнольдса; d – диаметр цилиндра.

При образовании вихря у одной стороны плохообтекаемого тела скорость потока увеличивается, а давление падает, а у противоположной стороны скорость падает, а давление возрастает. Это создает перепад давлений, который меняет свой знак при создании вихря у противоположной стороны тела. При этом перераспределение давлений и скоростей вокруг тела происходит с частотой образования вихрей, которая пропорциональна расходу. Для определения частоты образований вихрей можно использовать датчик давления или нагреваемый током терморезистор (рис. 9.11, б), частота изменения, сопротивления которого является информативным параметром, пропорциональным измеряемому расходу.

а б

Рис. 9.11. Схема образования вихрей: а – обтекание цилиндрического
тела; б – определение частоты вихрей с помощью терморезистора

Гидродинамические частотные расходомеры отличаются высокими метрологическими характеристиками. Так, например, вихревые расходомеры обеспечивают измерения расхода жидких и газообразных сред, находящихся при давлении до 10 МПа и температурах от минус 40 до плюс 230 °С, с погрешностью 0,25 %.

Для определения частоты образования вихрей используются также ультразвуковые преобразователи. Под воздействием вихрей происходит модуляция ультразвуковых колебаний, частота которых равна частоте вихрей.

Большим достоинством является то, что поверка вихревых расходомеров производится беспроливным методом на месте установки. Из проточной части извлекается тело обтекания и производится измерение его характерного профиля.