ООО "РосСнаб"

Ионизационными расходомерами называются приборы, основанные на измерении того или иного зависящего от расхода эффекта, возникающего в результате непрерывной или периодической ионизации потока газа или (реже) жидкости.

Ионизационные расходомеры разделяются на две существенно отличные друг от друга группы:

1. расходомеры, в которых измеряется зависящий от расхода ионизационный ток между электродами, возникающий в результате обычно непрерывной искусственной ионизации потока газа (или жидкости) радиоактивным излучением или электрическим полем;
2. расходомеры, в которых измеряется зависящее от расхода время перемещения на определенном участке пути ионизационных меток, возникающих в результате периодической ионизации потока газа ионизирующим излучением или электрическим разрядом; эти расходомеры называются меточными ионизационными.

Погрешность расходомеров, основанных на измерении ионизационного тока, около ±5% и применяются они сравнительно редко, преимущественно для измерения скоростей, а не расходов газовых потоков. Кроме того, имеются разработки ионизационных приборов для измерения расхода жидкостей-диэлектриков, в частности расхода индустриального масла. В таких расходомерах погрешность измерения меньше и находится в пределах 2-4%. Меточные ионизационные приборы более точные.

Расходомеры с ионизацией потока газа радиоактивным излучением - это расходомеры у которых в качестве ионизатора выступает радиоактивное излучение.

Это излучение ионизирует поток газа, движущегося в трубе. Внутри нее помещены два (иногда три) электрода, к которым подана разность потенциалов. Сила ионизационного тока, возникающего между электродами, будет зависеть от числа ионизированных молекул в промежутке между электродами, т. е. от скорости движения газа. Имеются два типа ионизационных расходомеров. В первом — источник излучения и электроды (по крайней мере, один из них) находятся друг от друга на некотором расстоянии L по оси трубы и ионизационный ток течет вдоль оси трубы. Во втором — ионизационный ток течет не вдоль, а поперек трубы, так как источник излучения и приемные электроды расположены на противоположных сторонах трубы.

Расходомеры с ионизацией газа или жидкости электрическим полем

Расходомеры с ионизацией газа или жидкости электрическим полем –это расходомеры у которых в качестве ионизатора выступает электрическое поле.

Ионизация потока газа может происходить под действием электрического разряда. Ионизация диэлектрической жидкости происходит в результате возникновения в ней электрических зарядов под действием внешнего электрического поля.

При ионизации газа электрическим разрядом промежуток между электродами очень мал (несколько миллиметров или даже доли его). Поэтому соответствующие приборы находят применение преимущественно в качестве анемометров для измерения местных скоростей воздуха. Различаются анемометры с тлеющим, дуговым и искровым разрядами.

В конструкций анемометра с тлеющим разрядом расстояние между заточенными на конус концами платиновых электродов диаметром 0,15-0,5 мм равнялось 0,1-0,25 мм. Электроды были припаяны к металлическим стержням, изолированным друг от друга. При столь малом расстоянии между электродами и достаточной величине приложенного к ним напряжения возникает тлеющий разряд (один из видов самостоятельных электрических разрядов в газах), ионизирующий газ. С увеличением скорости газа все большее число ионизированных молекул будет уноситься из зазора между электродами, и ионизационный ток будет уменьшаться. Измеряя силу тока или напряжения на электродах, которое требуется для поддержания постоянной силы тока, можно судить о скорости газа. Для уменьшения шумов на электроды предпочитают подавать переменное напряжение высокой частоты (100 кГц). При очень больших скоростях газа применение анемометров с тлеющим разрядом нецелесообразно, так как требующееся при этом увеличение подводимой мощности может привести к изменению вида разряда.

При больших, в том числе при сверхзвуковых скоростях, применяют анемометры с дуговым разрядом при питающем напряжении весьма высокой частоты для уменьшения шумов. В установке для измерения сверхзвуковых скоростей электроды диаметром 0,7-1 мм были выполнены из молибдена и вольфрама с примесью молибдена. Зазор в пределах 0,15-0,25 мм, частота 25-30 мГц, погрешность около ±5 %. При измерении дозвуковых скоростей электроды можно изготовлять из платиновой проволоки диаметром 0,3-0,5 мм. Благодаря весьма малой инерционности анемометры, как с дуговым, так и с тлеющим разрядом пригодны для измерения скоростей, изменяющихся с частотой, равной десяткам килогерц.

Ионизационные расходомеры имеют большую погрешность (±5 %) и применяются довольно редко. Несколько чаще ионизационный метод находит применение для измерения скоростей воздушных потоков.

Расходомеры с вторичными ионизационными преобразователями

Ионизационные преобразователи, находящиеся не в первой, а в последующих ступенях измерительного комплекта, применяются в различного рода расходомерах, чаще всего в расходомерах обтекания. Так, в ротаметрах для этой цели в поплавке укрепляют радиоактивный изотоп (например, кобальт 60 или тулий 170), предназначенный для преобразования перемещения поплавка в сигнал, измеряемый с помощью сцинтилляционного счетчика, счетчика Гейгера или измерителя силы ионизационного тока. В расходомерах с поворотной лопастью радиоактивный изотоп укрепляется на свободном конце лопасти и преобразует поворот или деформацию лопасти в измерительный сигнал. Так, в одном расходомере стальная упругая пластина (длиной 40 мм и толщиной 40-100 мкм) одним концом закреплена в трубе диаметром 50 мм, а на другом свободном конце имеет маленький источник гамма-излучения. При перемещении этого конца изменяется интенсивность гамма-излучения, достигающая приемника, установленного снаружи трубопровода. Заметим, что изменение плотности и состава измеряемого вещества будет влиять на степень поглощения гамма-лучей, а значит и на показания прибора.

В турбинных расходомерах иногда применяют ионизационные преобразователи частоты вращения турбинки в частоту импульсов тока. В одну или несколько лопастей запрессовывают радиоактивный изотоп, а снаружи трубы устанавливают приемник, экранизированный так, что излучение попадает в него в пределах некоторого угла поворота турбинки.

Принципиально возможным является применение ионизационного дифманометра для измерения перепада давления, создаваемого сужающим устройством или другим преобразователем. Однако практического применения эти дифманометры не получили.