|
|
МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА ТОПЛИВА
Рассмотрим следующие методы измерения расхода топлива: объемный, гидродинамический (переменного перепада давлений), метод постоянного перепада давлений, центробежный, турбинный, тепловой, ультразвуковой, электромагнитный (индукционный). 1. Объемный метод [16]
Метод основан на пропускании через трубопровод контролируемого потока жидкости порциями определенного объема. В качестве датчика объемного расходомера используются обратимые
жидкостные насосы — дисковые, чашечные, лопастные, зубчатые, винтовые и др. (рис. 9.3). Измерение расхода сводится к измерению числа порций, проходящих в единицу времени. Достоинство объемного метода заключается в том, что вязкость жидкости не влияет на работу датчика; недостатком метода является возможность закупоривания магистрали при заклинивании датчика. 2. Гидродинамический метод [10], [11]
Метод основан на зависимости перепада давлений, возникающего на дросселирующем элементе, установленном в трубопроводе, от расхода топлива. В качестве дросселирующего элемента используются трубка Вентури или диафрагма (рис. 9.4, а, б). Зависящий от расхода топлива перепад давлений может быть получен также с помощью трубки полного давления p1 и приемника статического давления р2 (см. рис. 9.4,в).
Объемный расход топлива связан с перепадом перепадо давлений зависимостью
где F — сечение трубопровода; Q - плотность жидкости, р1- р2 – перепад давлений Измерение перепада давлений p1 — р2 осуществляется с помощью дифференциального манометра. Недостатком расходомеров дроссельного типа является квадратичная зависимость перепада давлений от расхода топлива. Гидродинамический метод измерения расхода топлива может быть реализован также с помощью расходомера пружинного типа (см. рис. 9.4, г), который отличается от предыдущих тем, что гидродинамическая сила, действующая на поворотную заслонку, уравновешивается силой упругости пружины при ее деформации. Профилируя трубу на участке, где перемещается подвижная часть, можно получить линейную зависимость перемещения заслонки от расхода. Для получения электрического сигнала заслонка должна быть связана с преобразователем перемещений (потенциометрическим, индуктивным или др.). В целях пожаробезопасности преобразователь выносят за пределы топливной магистрали; при этом перемещение заслонки передается через герметичную стенку, что осуществляется с помощью магнитной муфты.
3. Метод постоянного перепада давлений [10], [11]
Метод основан на уравновешивании веса подвижной части расходомера гидродинамическим давлением, оказываемым на эту систему потоком жидкости. В зависимости от конструкции подвижной части, построенные по этому методу расходомеры делятся на ротаметрические, поршневые, дисковые (рис. 9.5). При перемещении подвижной части кверху увеличивается проходное сечение трубы; с увеличением расхода жидкости подвижная часть перемещается вверх на такую величину, при которой действующая на нее подъемная сила будет равна ее весу. Мерой расхода
служит величина перемещения подвижной части. Недостатком метода, препятствующим его применению на летательных аппаратах, является влияние ускорений на подвижную часть расходомера. 4. Центробежный метод [16]
Метод основан на зависимости от расхода жидкости центробежной силы, возникающей при течении жидкости по криволинейной траектории. Построенный по этому методу расходомер состоит из согнутой по кольцу трубы, к которой подключен дифференциальный манометр (рис. 9.6). Связь между объемным расходом q и перепадом давлений p1 — р2 выражается формулой
где А — постоянный коэффициент; R — радиус кольца по средней линии; r — внутренний радиус сечения трубы; q — плотность жидкости. 5. Турбинный метод [8], [20]
Метод основан на зависимости скорости вращения расположенной в трубопроводе ненагруженной аксиальной или тангенциальной крыльчатки (турбины) от расхода жидкости (рис. 9.7).
Достоинством метода является пропорциональная зависимость скорости вращения крыльчатки от расхода жидкости. Мерой мгновенного расхода служит скорость вращения, а мерой суммарного расхода за некоторый интервал времени — общее число оборотов, которое совершит крыльчатка за это время. Турбинные расходомеры рассматриваются в § 9.6. 6. Тепловой метод [8]
Метод основан на зависимости теплоты, теряемой нагретым телом, от скорости потока жидкости, обтекающей это тело. Чувствительным элементом расходомера служит нагреваемый электрическим током проводник, температура которого зависит от скорости потока. Измерение температуры можно осуществить по одной из двух схем, представленных на рис. 9.8. В первом варианте (см. рис. 9.8, а) чувствительный элемент выполняется в виде нити, изготовленной из материала с малым температурным коэффициентом электрического сопротивления. По нити пропускания постоянный ток i0, нагревающий ее до некоторой температуры, зависящий от скорости потока V. Для измерения температуры к нити приварены электроды термопары. Во втором варианте (см. рис. 9.8, б) токопроводящая нить изготовлена из материала с большим температурным коэффициентом
7. Ультразвуковой метод [16]
Метод основан на том, что скорость ультразвуковых колебаний, распространяющихся в потоке жидкости, относительно трубопровода равна векторной сумме скорости ультразвука относительно среды и скорости среды относительно трубопровода. Измерение скорости потока может быть осуществлено путем измерения разности времен распространения ультразвуковых колебаний по потоку и против него с помощью двух пьезоэлементов, расположенных один за другим в потоке жидкости и являющихся одновременно излучателями и приемниками ультразвука. Если расстояние между элементами равно l, то время прохождения звука от одного элемента к другому против потока и по потоку соответственно равно
где а — скорость распространения звука в жидкости; V — скорость потока. Разность времени
Если в >>V, то разность времени
Измерение разности
8. Электромагнитный (индукционный) метод [15]
Метод основан на наведении в электропроводящей жидкости электродвижущей силы при течении жидкости по трубе, пересекаемой внешним магнитным полем (рис. 9.9). Величина разности потенциалов между электродами, установленными в стенках трубопровода по линии, перпендикулярной направлению потока жидкости и магнитному потоку, пропорциональна расходу q: u=ABbq, где А — постоянный коэффициент; В —магнитная индукция; b — расстояние между электродами.
Для исключения поляризации используется переменное магнитное поле, создаваемое электромагнитом, расположенным вне трубы, отрезок которой, находящийся под полюсами магнита, должен быть немагнитным и токонепроводящим. Электроды выполняются из нержавеющей стали, платины, тантала, титана и специальных сплавов. При наличии переменного магнитного поля, изменяющегося с частотой f, снимаемое напряжение будет синусоидальным; его мгновенное значение u=ABmbq sin2 Компенсация паразитной э. д. с, возникающей при возбуждении системы переменным током, осуществляется по схеме, приведенной на рис. 9.9. Достоинством индукционных расходомеров является малая инерционность и отсутствие гидравлических потерь. Эти расходомеры применимы для измерения расходов электропроводящих жидкостей, обладающих проводимостью не менее 10-5-^-10-6 ом-1см-1. Наибольшее распространение на летательных аппаратах получили турбинные расходомеры, которые рассматриваются более подробно в § 9.6. ПОПЛАВКОВЫЕ ТОПЛИВОМЕРЫ
Поплавковые топливомеры состоят из датчика, расположенного в топливном баке, и указателя, смонтированного на приборной доске самолета. Датчик измеряет уровень топлива в баке и выдает результат измерения в виде электрического сигнала постоянного или переменного тока. Указатель представляет собой электроизмерительный прибор, шкала которого отградуирована в единицах количества топлива.
При наличии нескольких топливных баков можно путем переключения электрических цепей подсоединять один и тот же указатель поочередно к каждому датчику или одновременно ко всем датчикам, соединенным последовательно. Это позволяет с помощью одного указателя и переключателя измерять как запас топлива в каждом баке в отдельности, так и суммарный запас топлива на самолете. Датчик состоит из поплавка, механической передачи и электрического преобразователя перемещений. Механическая передача выполняет следующие функции: а) преобразует вертикальное перемещение поплавка в угловое перемещение промежуточной оси, расположенной внутри бака; б) передает угловое перемещение от промежуточной оси к расположенной вне бака выходной оси через герметичную стенку (для обеспечения пожаробезопасности). На рис. 9.10 представлены два варианта механической передачи, отличающиеся кинематической схемой и способом передачи углового перемещения через герметичную стенку. В первом варианте угловое перемещение передается с помощью сильфона, работающего на изгиб; во втором варианте — с помощью магнитной муфты, состоящей из двух постоянных магнитов, разделенных немагнитной стенкой. Электрический преобразователь перемещений в обоих вариантах выполнен в виде проволочного потенциометра.
Указатель топливомера представляет собой логометр; рамки логометра включены в мостовую схему, плечи Rx и Rv которой образованы потенциометром датчика. Электрическая схема аналогична схеме дистанционного манометра (см. рис. 6.17,6). Принципиальная электрическая схема соединения нескольких датчиков с одним указателем для определения суммарного количества топлива показана на рис. 9.11. По этой схеме переменное сопротивление Ry является суммой сопротивлений реостатов Rу1, Rу2,...., Rуn, включенных последовательно. Каждое из этих сопротивлений является функцией количества топлива в соответствующем баке:
Следовательно, общее сопротивление
Чтобы сопротивление Ry являлось функцией суммарного количества топлива
Тогда
Поскольку для i -го бака зависимость Обычно согласование характеристик осуществляют путем построения функционального реостата, характеристика которого выбирается решением системы следующих уравнений:
где hi — высота уровня в i -м баке;
Для реализации полученной зависимости применяют реостаты с профилированным каркасом; плавную функцию обычно аппроксимируют ломаной характеристикой, составленной из отрезков прямых, что позволяет применять ступенчатый каркас (рис. 9.12).
В указателе топливомера могут применяться логометры различных типов, в том числе логометры с неподвижными рамками и подвижным магнитом, логометры с неподвижным внутрирайонным цилиндрическим магнитом и подвижными рамками и логометр с внешним подковообразным неподвижным магнитом и подвижными рамками. Последний вариант логометра позволяет получить относительно большой угол шкалы за счет применения полюсных наконечников специальной формы с использованием только одной активной стороны в каждой рамке логометра. Поплавковым топливомерам свойственны методические и инструментальные погрешности. К методическим погрешностям относят: а) погрешности, обусловленные изменением положения топлива в баке при продольных и поперечных наклонах самолета и при движении самолета с продольными и поперечными ускорениями; б) погрешности, вызванные влиянием температуры на уровень топлива (в соответствии с коэффициентом объемного расширения топлива); в) погрешности, обусловленные приближениями, допущенными при проектировании прибора (аппроксимацией характеристик реостатов и др.). Инструментальные погрешности топливомера аналогичны погрешностям других электромеханических приборов. Они определяются несовершенством механических и электрических элементов, наличием сил трения, люфтов, влиянием температуры на механические, электрические и магнитные свойства деталей и узлов и т. п. ТУРБИННЫЕ РАСХОДОМЕРЫ
Турбинные расходомеры применяются для измерения мгновенного или суммарного расхода топлива. Существуют также комбинированные расходомеры, измеряющие как мгновенный, так и суммарный расход. Рассмотрим схему и особенности конструкции комбинированного расходомера, используемого на самолетах с газотурбинными двигателями. Расходомер состоит из датчика, указателя и тиратронного прерывателя. Кинематическая схема датчика изображена на рис. 9.18. Датчик выполняет две функции: измерение суммарного и мгновенного расходов.
Для измерения суммарного расхода в датчике имеется турбина 4, приводящая во вращение через червячную передачу 3 магнитную муфту, состоящую из двух магнитов 1 и 2, разделенных немагнитной стенкой. Вторичный магнит 1 связан с контактным прерывателем, который при каждом обороте магнита замыкает и размыкает электрическую цепь, ведущую к указателю (прерыватель на рис. 9.18 не показан). Для измерения мгновенного расхода в датчике имеется турбина 5, связанная с тахометрическим узлом, который выполнен по схеме магнитного тахометра и состоит из постоянного магнита 6, токопроводящего цилиндра 8 и противодействующих пружин 9. На вторичном валу тахометрического узла помещен ротор сельсина 10. Вторичный вал тахометрического узла вместе с токопроводящим цилиндром, пружинами и ротором сельсина вынесен за пределы пространства, заполненного топливом и отделен от него немагнитной стенкой 7. Взаимодействие постоянного магнита 6 с токопроводящим цилиндром 8 тахометрического узла происходит через немагнитную стенку 7. Контактный прерыватель датчика соединен с тиратронным прерывателем, усиливающим импульсы электрического тока и включающим обмотку реле, расположенного в указателе. Якорь реле механически связан с храповым механизмом, который при каждом импульсе тока поворачивается на один зуб, работая как шаговый двигатель. С храповым механизмом связана стрелка суммарного расхода топлива. Обмотки статора сельсина 10 соединены с обмотками статора сельсина-указателя, ротор которого связан со стрелкой, указывающей мгновенный расход топлива. Кинематическая схема указателя показана на рис. 9.19.
Мгновенный расход указывает короткая стрелка по внутренней шкале; длинная стрелка указывает по внешней шкале остаток топлива, определяемый как разность между начальным количеством топлива и израсходованным на данный момент времени. Следовательно, длинная стрелка при расходовании топлива движется в сторону уменьшения ее показаний. Начальное количество топлива устанавливается по внешней шкале вручную путем перевода длинной стрелки с помощью зубчатого колеса 13.   ЧТО И КАК ПИСАЛИ О МОДЕ В ЖУРНАЛАХ НАЧАЛА XX ВЕКА Первый номер журнала «Аполлон» за 1909 г. начинался, по сути, с программного заявления редакции журнала...  Что делать, если нет взаимности? А теперь спустимся с небес на землю. Приземлились? Продолжаем разговор...  ЧТО ТАКОЕ УВЕРЕННОЕ ПОВЕДЕНИЕ В МЕЖЛИЧНОСТНЫХ ОТНОШЕНИЯХ? Исторически существует три основных модели различий, существующих между...  Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычислить, когда этот... Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:
|
,
— коэффициент расхода, зависящий от типа и размеров дросселя, вязкости жидкости и условий истечения (от числа Рейнольдса);
,
, что позволяет судить о температуре нити по величине ее сопротивления r или по падению напряжения, создаваемого током i0 на сопротивлении R.
и 
,
пропорциональна V:
.
ft.
.
.
, необходимо, чтобы сопротивления каждого датчика изменялись пропорционально количеству топлива в баках с одинаковым коэффициентом пропорциональности:
.
.
определяется формой бака, характеристикой передачи и характеристикой реостата, то для получения пропорциональной зависимости 
необходимо соответствующим образом согласовать указанные характеристики.
— характеристика i-ro бака;
—характеристика передачи в i -ом датчике;
— угловое перемещение щетки реостата. Совместное решение уравнений дает зависимость между 
и Ryi:
.
