XIV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2022

Наиболее простыми и достаточно точными способами измерения рас-хода жидкости, которыми обычно пользуются для тарировки приборов, измеряющих скорость и расход, являются объемный и весовой способы.

При объемном способе жидкость из трубопровода или другого аппа-рата поступает в тщательно протарированный резервуар (мерную емкость), при этом фиксируется время его наполнения.

Объемный расход в единицу времени будет равен объему резервуара

V, деленному на время его наполнения t:

Q₀  ^V_t .

При весовом способе взвешивают втекшую в резервуар жидкость G за время t. Отношение G/t представляет собой весовой расход жидкости в единицу времени, а отношение Q_м – массовый расход в единицу времени.

Объемный расход Q₀ и массовый расход Q_м выражают в следующих единицах: кубический метр в секунду – м³/с, кубический метр в час – м³/час, литр в час – л/ч, килограмм в секунду – кг /с, килограмм в час – кг/ ч, тонн в час – т/ч соответственно. Допускаются единицы, выраженные в объеме или массе, отнесенные к минуте.

Для получения сравнимых результатов измерений расход газа, выра-женный в единицах объема, приводит к нормальным условиям. При про-мышленных измерениях нормальными условиями приняты температура t_н

20⁰С, давление р_н = 101325 Па, относительная влажность φ = 0 (ГОСТ

2939-63). В этом случае объемный расход газа, обозначенный через Q_н, выражают в м³/ч.

Прибор, измеряющий расход вещества, проходящего через данное се-чение трубопровода в единицу времени, называется расходомером. Если прибор имеет интегрирующее устройство со счетчиком и служит для од-новременного измерения и количества вещества, то его называют расхо-домером со счетчиком.

Для измерения расходов газа через трубопроводы наиболее широкое распространение получили мерные сопла или мерные диафрагмы (шайбы). Им будет ниже уделено основное внимание.

Расходомеры, непосредственно показывающие количество протекшей воды или газа, в большинстве своем основаны на восприятии измерительным 80

элементом (поплавок, диск, лопасть и т.п.) динамического давления потока и перемещения этого элемента в зависимости от величины расхода жидкости или газа. Тело, обтекаемое потоком, испытывает как воздействие динамиче-ского давления, так и разности статических, возникающих с обеих сторон те-ла. При изменении скорости или расхода это приводит к перемещению тела (обычно прямолинейному) или повороту его вокруг точки оси подвеса. В различного типа ротаметрах и других устройствах величина этого перемеще-ния или поворота и является мерой величины расхода. Погрешность измере-ний таких приборов лежит в пределах 1.5-4% от предела измерений.

Большое распространение в последние годы для измерений расходов жидкостей получили тахометрические расходомеры с крыльчатыми преоб-разователями. Они имеют большой диапазон измерений (Q_max/Q_min = 10 и выше), обладают относительно малой погрешностью (1-2% от предела шкалы) и малоинерционны.

некоторыми из конструкций расходомерных устройств, в том числе

оригинальных, которые могут быть использованы в народном хозяйстве, при измерениях расходов жидкостей, газов и сыпучих сред, можно озна-комиться по дополнительной литературе [1–6].

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ И ГРАДУИРОВОЧНЫЕ ХАРКТЕРИСТИКИ ТУРБИННЫХ РАСХОДОМЕРОВ

Чувствительным элементом турбинных расходомеров является крыльчатка, ось которой параллельна направлению движения потока.

результате силового взаимодействия лопастей крыльчатки с пото-ком жидкости крыльчатке передается заключенная в потоке энергия, вследствие чего крыльчатка вращается с оборотами, пропорциональными скорости входа потока жидкости на лопасти крыльчатки.

Обороты крыльчатки посредством синхронного магнитоэлектриче-ского генератора преобразуются в электрический сигнал, частота которого пропорциональна замеряемому расходу жидкости.

При вращении постоянного магнита (ротора) в катушках статора наво-дится ЭДС, частота которой пропорциональна числу пар полюсов ротора:

f  pn ,

где n – число оборотов ротора или крыльчатки, пропорциональное скоро-сти потока жидкости; р – число пар полюсов ротора.

Характеристикой прибора является зависимость частоты выходного сигнала от расхода жидкости:

f  B(Q) ,

где f – частота выходного сигнала, Q – расход жидкости.

Основными градировочными характеристиками датчиков расхода яв-ляются:

а) зависимость частоты электрического выходного сигнала f от расхо-да измеряемой жидкости Q, f  ϕ(Q) ;

б) зависимость градировочного коэффициента В от расхода измеряе-мой жидкости Q, B  ϕ(Q) .

Аналитическая зависимость частоты от расхода f  ϕ(Q) записыва-ется в виде уравнения прямой линии:

Q  a  b ⋅ f ,

где Q – расход жидкости (л/с), b – градировочный коэффициент, характе-ризующий угол наклона линии частоты – расход жидкости (л/имп), a – градуировочный коэффициент, доказывающий величину смещения харак-

теристики f  ϕ(Q) начала координат (л/сек).

Аналитическая зависимость градуировочного коэффициента от расхо-да жидкости выражается уравнением вида:

B  _Q^f  ^Nf_V ,

где В – градуировочный коэффициент, показывающий число электриче-ских импульсов на единицу расхода или объема жидкости (имп/л); Nf – полное число электрических импульсов, генерируемых за время замера (слива) (имп).

Градуировочные характеристики изображаются графически в осях ко-ординат, где по оси абсцисс откладывается расход жидкости, а по оси орди-нат – частота электрического сигнала f или градуировочный коэффициент В.

зависимости от характера изменений функций В и f от аргумента Q, градуировочные характеристики датчиков расхода турбинного типа могут быть двух типов – линейные (1 тип) и нелинейные (2 тип).

Для 1 типа в измеряемом диапазоне расходов зависимость B  ϕ(Q)

есть величина постоянная с точностью до некоторого определенного про-центного значения (не превышающего величину основной допустимой по-грешности датчиков), а зависимость f  ϕ(Q) характеризуется постоянст-

вом угла наклона и проходит через начало координат.

Для 2 типа в измеряемом диапазоне расходов зависимость не является величиной постоянной – градуировочный коэффициент принимает пере-менное значение с точностью, превышающей в процентах величину ос-новной допустимой погрешности датчиков, а зависимость через начало ко-ординат не проходит.

Если зависимость f  ϕ(Q) отсекает на оси абсцисс отрезок (+а), то

градуировочная характеристика имеет восходящий характер.

Градуировочные характеристики 2-го типа называются нелинейными.

В процессе градуировки датчиков расхода определяется зависимость час-

тоты выходного сигнала от расхода f  ϕ(Q) , численные значения градуи-

ровочных коэффициентов а, b, B в диапазоне измеряемых расходов, а так-же частота выходного сигнала на максимальном расходе, вычисляемая по формуле:

^fmax ^{ B}cp. max^Qmax ^{, (Гц).}

Для регулировки по частоте выходного сигнала датчики снимаются со стенда.

Регулировку в датчиках ДР-1-ДР6 проводят перемещением круглой пластины (кольца), вследствие чего изменяется объем рабочей пластины. Для обеспечения точности получения градуировочных характеристик дат-чиков их градуировку проводят на специальных гидростендах, отвечаю-щих предъявляемым к ним требованиям.

ОСНОВЫ ТЕОРИИ И УРАВНЕНИЯ РАСХОДА

Наиболее распространенным и изученным в практике измерений яв-ляется способ измерения расхода жидкостей, газов и пара в трубопроводах по перепаду давления в сужающем устройстве. Сужающее устройство ус-танавливается в трубопроводе и создает в нем местное сопротивление, вы-полняя функции первичного преобразователя. При протекании вещества через него повышается скорость в суженном сечении по сравнению со ско-ростью потока до сужения. Увеличение скорости, а, следовательно, и ки-нетической энергии, вызывает уменьшение потенциальной энергии потока

суженном сечении. При этом статическое давление в суженном сечении будет меньше, чем в сечении до сужающего устройства.

Характер потока и распределение статического давления при установ-ке в трубопроводе диафрагмы (а), сопла (б) и сопла Вентури (в) показаны на Рис.1. При протекании жидкости через сужающее устройство создается перепад давлений ∆p  p₁ − p₂ (см. рис.1), зависящий от скорости потока и

от расхода жидкости. Перепад ∆p является мерой расхода вещества, про-текающего по трубопроводу.

качестве сужающих устройств для измерения расхода жидкостей, газов и пара широко применяют стандартные диафрагмы, сопла и сопла Вентури (см. рис. 1-в). В особых случаях измерения расхода используют не нормализованные типы сужающих устройств.

Диафрагма представляет собой тонкий диск с отверстием круглого се-чения с острой кромкой, центр которого лежит на оси трубы. Сужение по-тока начинается до диафрагмы, и на некотором расстоянии за диафрагмой поток достигает минимального сечения, расширяясь далее до полного се-чения трубопровода. Давление за диафрагмой полностью не восстанавли-вается. За ней в углах сопряжения диафрагмы со стенкой трубы образуется

зона, в которой вследствие разности давлений возникает обратное вихре-вое движение жидкости – вторичный поток.

Рис.1. а) диафрагма

Рис.1. б) сопло

Код для цитирования: Скопировать