Принцип работы калориметрических расходомеров основан на зависимости среднемассовой разности температур потока от мощности нагревания. Калориметрический расходомер (рис. 9, а) складывается из нагревателя 3, расположенного в трубопровода 4, и двух термопреобразователей 1 и 2 для измерения температур до нагревателя и по окончании нагревателя. Термопреобразователи находятся в большинстве случаев на равных расстояниях от нагревателя. Распределение температур по обе стороны от источника нагревания зависит от расхода вещества.
Так как теплоемкость у жидкостей намного больше, чем у газов, то калориметрические расходомеры применяются только для измерения малых затрат жидкостей. Главное назначение этих устройств — измерение расхода газа. Из-за малой надежности работы в эксплуатационных условиях термопреобразователей и нагревателей, располагаемых в трубопровода, калориметрические расходомеры используют как примерные устройства для градуировки и поверки расходомеров других типов.
Рис. 9. Расходомеры:
а — калориметрический; 6 — термоконвективный (1,2— термопреобразователи; 3 — нагреватель; 4 — трубопровод); — термоконвективный с совмещенными термопреобразователями и нагревателем (/ — двухсекционный нагреватель; 2 — трубопровод; 3 — измерительный прибор; — терморезисторы); г — распределение температур в стенке трубопровода в отсутствие (/) и при наличии расхода (2) среды
Термоконвективные расходомеры
Термоконвективными именуются тепловые расходомеры, у которых и нагреватель, и термопреобразователь (термопара) находятся снаружи трубопровода (рис. 88, б). Это значительно повышает эксплуатационную надежность расходомеров совершает их удобными для применения. Передача теплоты от нагревателя к измеряемому веществу осуществляется через стенку трубы за счет конвекции.
Термоконвективные расходомеры, у которых нагреватель совмещен с термопреобразователями, владеют меньшей инерционностью.
В схеме (рис. 9, в) нагреватель складывается из двух секций, являющихся в один момент терморезисторами и , включенными в мостовую схему с терморезисторами и . Они нагреваются током от стабилизированного источника напряжения ИПС. При отсутствии расхода среды распределение температур в стенке трубопровода воображает симметричная кривая / (рис. 9, г). Наряду с этим и равны и мост находится в равновесии. С возникновением расхода среды сопротивление и температура становятся меньше сопротивления и температуры , а распределение температур соответствует кривой 2. С ростом расхода среды возрастает разность температур — , возрастает разность потенциалов в точках и , измеряемая прибором 3, шкала которого отградуирована в единицах расхода.
Примечание
В термоконвективных микрорасходомерах в большинстве случаев используют термометры сопротивления (бронзовые, никелевые). В остальных типах термоконвективных расходомеров используют термобатареи (последовательно соединенные медь-константановые либо хромель-копелевые термопары) с числом спаев 8…30. Спаи термобатареи располагают в местах измерения температур и , и так приобретаемая ТЭДС (1…10 мВ) соответствует разности температур . Спаи должны быть электрически изолированы от стены трубы и одновременно с этим их температура обязана соответствовать температурам стены. Для изоляции помогают цемент и синтетические смолы. Сами же спаи и термоэлектроды должны иметь минимальные размеры.
Термоанемометры
Воздействие термоанемометров (рис. 10) основано на зависимости между утратой теплоты непрерывно нагреваемого тела (элемента), загружённого в поток, и скоростью газа (либо жидкости). Поток газа либо жидкости, обтекающий электрически обогреваемый чувствительный элемент, охлаждает его. При постоянной мощности нагревания температура чувствительного элемента (а при постоянной температуре — потребляемая им мощность) есть мерой скорости потока.
Преимущества: громадной диапазон скоростей, высокое быстродействие, разрешающее измерять скорости, изменяющиеся с частотой в пара тысяч герц.
Недочёты: хрупкость первичных преобразователей благодаря высокой температуры и динамических нагрузок нагревания.
Первичные преобразователи термоанемометров делятся на полупроводниковые (термисторы) и железные, каковые со своей стороны подразделяются на проволочные и пленочные.
Чувствительный элемент проволочного преобразователя — узкая и в большинстве случаев маленькая проволочка (термонить) из платины, вольфрама, никеля. Громаднейшую температуру нагревания проволочки (до 1000 °С) допускает платина, а вольфрамовая проволочка допускает нагревание до 600 °С.
Рис. 10. Термоанемометр:
1 — проволочный нагревательный элемент; 2 — трубопровод