На практике для определения  массового расхода однофазных сред, а так же для  многокомпонентных  смесей (когда все компоненты находятся  в одной фазе) часто применяют одновременное измерение объемного расхода или средней скорости потока вместе с его плотностью.

Как было указано ранее, у двухфазных веществ разные скорости отдельных фаз. Однако, этот метод измерения расхода, все-таки  применяют при пневмо- и гидротранспорте. В таких случаях определяют массовый расход  твердой фазы Q_тм, который перемещается с помощью воды или воздуха.

Зная плотность тяжелой и легкой фаз, измерив Q_со и плотность смеси ρ_с   можно найти объемный расход по следующей формуле, если предположить что скорости легкого и тяжелого компонента смеси равны:

Это  уравнение справедливо при сильном измельчении твердого вещества, когда его скорость почти равна скорости легкой фазы. Если размер частиц не больше 50 мкм, то скорости потоков двух компонентов будут отличаться не более чем на 1%.  Увеличив диаметр трубы можно еще больше приблизить скорости потоков. Но если твердые частицы достаточно крупные возникает заметное различие скоростей.

Если же скорость потока твердой фазы существенно отличается от скорости потока легкой, то расход определяют по следующей формуле:

Иногда удобнее  вместо  Q_со  измерять νт, например с помощью корреляционного метода. Тогда нет необходимости знать отношение скоростей, и расход Q_тм находят по следующему выражению:

где F- площадь поперечного сечения трубы.

Как, видно из формул, во всех случаях, чтобы определить расход необходимо знать плотности ρ_т и ρ_л.  В зависимости от отношения ρт/ρл необходимо с достаточной точностью определять ρт, плотность же легкой фазы (воды, воздуха) обычно  известна. Это делается для того чтобы максимально снизить погрешности измерения расхода.

Другой возможный источник погрешности — наличие газа в пульпе. Такую смесь надо рассматривать как трехфазную и при¬менять к ней особые методы измерения Q_тм.  Для измерения объемного расхода Q_со угольных, рудных и других пульп нашел применение электромагнитный метод. Измерять Q_со нужно на вертикальной трубе во избежание концентрации твердой фазы в нижней части трубы и возможного нарушения осевой симметрии потока, а также равномерности электрической проводимости по его сечению. Опасность этих явлений возрастает с увеличением размеров частиц твердой фазы.

Исследования на вертикальной трубе диаметром 50 мм показали, что при измерении расхода угольной, глинистой, гравийной и песчаной пульп погрешность электромагнитного расходомера оказалась в пределах класса прибора (±1,5 %). При горизонтальном расположении преобразователя расхода погрешность оказалась значительно большей и возрастающей с увеличением концентрации твердой фазы и уменьшением скорости пульпы. Погрешность так же зависела oт расположения электродов.

Учитывая высокую абразивность многих пульп, промышленностью были разработаны  конструкции преобразователей расхода со сменной внутренней гильзой из абразивостойкого непроводящего материала, а при больших давлениях в трубе магнитную систему в электроизоляционном компаунде размещали внутри корпуса преобразователя. В некоторых случаях обеспечивалась и взрывобезопасность конструкции.

Для измерения плотности р_с угольных и рудных пульп чаще других применяют весовые плотномеры, основанные на неболь¬шом провисании горизонтального участка трубы, имеющего упругие подвески и соединенного гибкими манжетами с трубопроводом. Перемещение подвижного участка трубы преобразуется в электрический сигнал, поступающий вместе с сигналом от электромагнитного преобразователя расхода в счетно-решающую схему. Обычно преобразователь плотности работает по компенсационной схеме, при которой подвижной участок трубы возвращается в исходное положение с помощью реверсивного двигателя, изменяющего натяжение уравновешивающей пружины или же ток в обмотке электромагнита силовой компенсации. [1]

Рисунок 3 - Схема установки для измерения объемного расхода угольновоздушной смеси, концентрации твердой фазы и массового ее расхода :(1- источник β-излучения; 2-детектор β-излучения; 3-генератор; 4- излучающие пъезоэлементы; 5- β-счетчик; 6-температурный компенсатор; 7-блок линеаризации; 8-измеритель плотности (концентрации); 10-измеритель; 11-измеритель объемного расхода или средней скорости потока; 12-фазометрическое устройство; 13-термопреобразователь; 14- приемные проводниковые элементы.)

На рисунке  3  показана схема установки, для измерения расхода Q_тм твердой фракции с применением ультразвукового преобразователя расхода. Перемножение сигналов объемного расхода и плотности дает сигнал, пропорциональный расходу Q_тм твердой фазы, который поступает на измеритель 10. Применение радиоизотопного измерителя плотности необязательно. При установке в трубу элементов преобразователей расхода и плотности следует учитывать, что после введения твердых частиц в воздушный поток нужен участок разгона для достижения ими установившейся скорости. Длина этого участка возрастает с увеличением размера частиц. Для частиц до 200 мкм длина участка не более 5 м.

Применение корреляционного метода измерения более эффективно для двухфазных сред чем для однофазных, так как  нет необходимости в устройстве, создающем искусственную неоднородность или метки (например, тепловые) в потоке. В двухфазном потоке неизбежные флуктуации(периодические изменения) концентрации отдельных фаз имеют случайный характер и могут служить для определения корреляционной функции. Корреляционный метод измерения широко  применяли для измерения скорости движения твердой фазы как при пневмотранспорте порошкообразных (мука), так и гранулометрических сыпучих веществ (пшеницы), а также и для измерения расхода водопесчаной пульпы. Одним из недостатков измерения с помощью корреляционного метода является необходимость применения преобразователей плотности( ультразвуковые, емкостные, ионизационные и другие виды).

Используемая литература:

Кремлевский П. П. Расходомеры и счетчики количества веществ: Справочник: Кн. 2 / Под общ. ред. Е. А. Шорникова. — 5-е изд., перераб. и доп. — СПб.: Политехника, 2004. — 412 с