Вихревые расходомеры сравнительно новые приборы, применяемые для измерения расхода жидкостей и газов с широким диапазоном изме­нения физико-химических свойств. Принцип действия этих расходоме­ров заключается в создании (с помощью винтообразных шнеков) в пото­ке движущейся по трубопроводу среды устойчивого периферийного вихря. Центральная часть потока (вблизи оси трубопровода) при этом приобретает характер винтового шнура. Если сформированный таким образом поток пустить через расширяющийся насадок, то периферийные вихреобразования теряют устойчивость, а центральный шнур начинает прецессировать (колебаться) относительно геометрической оси насадка с частотой, пропорциональной средней скорости потока, и амплитудой, равной диаметру выходной части насадка. С аналогичной частотой и ам­плитудой, равной скоростному напору pv2, будет изменяться при этом и давление на выходе потока из насадка. Преобразовав с помощью ампли­тудно-частотного датчика (например, струнного) пульсации давления в электрический сигнал и поделив его амплитудное значение на частотное, получим величину, значение которой пропорционально массовому расхо­ду вещества. Для нахождения объемного расхода достаточно измерить частотную составляющую сигнала.

Погрешность вихревых расходомеров при их индивидуальной гра­дуировке на реальной измеряемой среде не превосходит 1,5—2,0 %.

Гидродинамические расходомеры основаны на измерении лобового давления (рп) движущейся среды, действующего на помещенное в поток тело.

На рис. 76 показаны схемы различных типов гидродинамических расходомеров, отличающихся друг от друга формой тела, воспринима­ющего гидродинамическое усилие R = спр ^р/2 if— площадь миделево-го сечения тела — проекции тела на плоскость, перпендикулярную к на­правлению потока) и способом измерения гидродинамического усилия.

Для расходомеров с поворотным крылом (рис. 76, а) и поворотным диском (рис. 76, б) мерой расхода является поворот крыла или диска относительно оси вращения. Уравнение измерений этих приборов, полу­ченное из условия, равенства моментов гидродинамической силы и веса крыла (диска), имеет вид

 JJ2J   y^~;                                (734)

У////////////////////////////////////,

 

Рис. 76. Гидродинамические расходомеры

где F — площадь сечения трубопровода; / — площадь наибольшего сече­ния крыла или диска; G — вес крыла или диска; сл — коэффициент ло­бового сопротивления, зависящий от формы и размеров тела обтекания (в данном случае крыла или диска) и чисел Рейнольдса. В расходомере с каплевидным телом обтекания (рис. 76, б) мерой расхода является деформация упругой пружины, а следовательно, и осевое перемещение / тела обтекания. Уравнение измерений этих приборов имеет вид

2с

(7.35)

где с — жесткость пружины.

Иногда и первые два типа гидродинамических расходомеров снабжа­ются упругими элементами в виде пластинчатых или струнных пружин.

Зависимость сл от большого числа изменяющихся и неконтролиру­емых в процессе измерений параметров, нестабильность поля скоростей набегающего потока при перемещении тела обтекания являются источни­ками больших погрешностей этих расходомеров. Вследствие этого ос­новные усилия их разработчиков направлены на отыскание таких форм и габаритных размеров тел обтекания, при которых в достаточно широ­ком диапазоне изменений расхода обеспечивается автомодельность (по­стоянство) сл. Наиболее полно этим требованиям отвечают крыловид­ные профили с перекрытием потока порядка 0,5—0,6 и тела обтекания, выполненные в виде концентрических окружностей с перемычками, на­ружный радиус которых составляет 0,754 радиуса проточной части тру­бопровода.

Достоинствами гидродинамических расходомеров являются их кон­структивная простота, надежность и удобство обслуживания. На сегод­няшний день их применяют в качестве индикаторов расхода загрязнен­ных жидкостей и газов.