Расходомеры с мишенями

Расходомеры этого типа используются при работе с турбулентными потоками. Их области применения: мониторинг окружающей среды, метеорология, гидрология, морские исследова­ния, где требуется определение скорости потоков воздуха или воды, а также их турбулентности в зоне, расположенной рядом с поверхностью. В структуру таких расходомеров всегда входит твердое тело, часто называемое ми­шенью, которое вводится в поток изучаемой среды. При этом измеряется сила, дей­ствующая на тело в потоке жидкой среды. Полученное значение преобра­зуется в величину скорости потока. Важным достоинством таких датчиков является возмож­ность проведения измерений расхода и скорости потока в двух, а то и в трех направ­лениях. Для проведения многомерных исследований необходимо обеспечить сим­метричность мишени во всех направлениях измерений. Уже почти в течение полу­века такие многомерные расходомеры используются в промышленности, в комму­нальной сфере, в аэрокосмических и других иссле­довательских лабораториях для измерения расхода однонаправленных и двунаправленных по­токов жидкостей (включая криогенные), газов, паров (как насыщенных, так и перегретых).

Принцип действия таких датчиков основан на измерении механического напряжения эла­стично­го резинового троса, вызванного силой, приложен­ной к мишени, прикрепленной к нему (рис. 7). Измерения механического на­пряжения можно выполнять при помощи тензодатчиков, но при этом им надо обеспечить физическую защиту от влияния жидкой среды.

Сила, действующая на мишень в потоке несжимаемой жидкости, определя­ется выраже­нием:

F_D = C_DρAV², (10)

где ρ - плотность жидкости, V - скорость потока в точке измерения, А - площадь проекции тела на плоскость, перпендикулярную потоку, С_D - коэффициент уно­са, являющийся безразмерным коэффициентом, величина которого зависит в основном от формы тела и его ориентации относительно направления потока.

Идеальной мишенью является плоский диск, поскольку величина расхода не влияет на его ко­эффициент уноса. Для сферической симметрич­ной мишени коэффициент уноса зависит от ско­рости потока, поэтому при использовании такой мишени датчик необходимо калибровать и опти­мизировать для каждого конкретного случая при­менения.