Измерение расхода по методу перепада давления основано на том, что в трубопроводе, но которому протекает вещество, устанавливается устройство для сужения потока. При проходе вещества через сужающее устройство увеличивается скорость его движения, вследствие чего происходит падение давления. Измеряя разность давлений до и после сужающего устройства, можно судить о расходе вещества, так как изменение давления зависит от скорости движения вещества, следовательно, и расхода. Разность давлений, называемая перепадом давления, измеряется дифференциальным манометром, шкала которого градуируется большей частью непосредственно в единицах расхода. Вели измерять давления в различных точках трубопровода но направлению движения потока, то изменение давления можно изобразить в виде графика. После прохождения потоком диафрагмы сужение струи вследствие инерции еще продолжается на некотором расстоянии, а затем струя начинает постепенно расширяться, в копне концов вновь заполняя все сечение.
Сужение потока вещества принципиально можно осуществить любым устройством, по зависимость между расходом и перепадом давления известна и дает возможность измерения расхода лишь при определенной конфигурации сужающих устройств. Такие сужающие устройства строго определенной конфигурации получили название нормальных. В настоящее время нормализованы четыре тина сужающих устройств: нормальная диафрагма, нормальное сопло, нормальное сопло Вентури и нормальная труба Вснтури (иначе называемая рас-ходомерноп трубой или соплом с конусом). Нужно отметить, что сопла и трубы Вентури применяются редко и основным типом сужающего устройства является нормальная диафрагма.
Нормальная диафрагма представляет собой тонкий, большей частью стальной диск с концентрическим отверстием, расточенным по определенному профилю.
Расход газообразных веществ принято измерять в объемах, привеченных к нормальным условиям. Это дает возможность сравнения расходов веществ, находящихся при различных давлениях и температурах т е имеющих различные удельные веса. Нормальными условиями по ГОСТу считается абсолютное давление 760 мм рт. ст. и температура 20° С.
Привести расход газа к нормальным условиям значит вычислить, какое количество газа прошло бы через сужающее устройство в единицу времени, если бы этот газ был сухим и имел температуру 20 градусов давление 760 мм рт. ст.
Величина коэффициента расхода зависит от ряда причин. Например, на величину а оказывает влияние скорость движения вещества, конфигурация сужающего устройства, шероховатость стенок трубопровода, расположение мест отбора давления относительно сужающего устройства и ряд других причин. Многочисленными исследованиями установлено, что при известных условиях влияние многих факторов исключается и значение коэффициента зависит только от отношения диаметров или от отношения плошадей.
Этого можно достигнуть при применении нормальных сужающих устройств, установленных в трубопроводах с гладкими стенками и при условии, что число Рейнольдса Re для данного потока больше его предельного значения.
Как было сказано, струя жидкости или газа после прохода через сужающее устройство испытывает дополнительное сужение. Это дополнительное сужение от сечения происходит под действием сил инерции.
Отношение сил инерции к силам трения зависит от скорости движения измеряемого вещества. Силы трения прямо пропорциональны скорости потока, а силы инерции — квадрату скорости. Поэтому при малых скоростях движения силы трения имеют значительно большее значение, чем силы инерции, и дополнительное сужение струи практически отсутствует. Это соответствует ламинарному характеру движения потока. При турбулентном движении (при больших скоростях) силы инерции начинают преобладать над силами трения, и появляется дополнительное сужение струи, следовательно ц становится меньше единицы.
При объяснении принципа измерения расхода сужающими устройствами было указано, что при прохождении через сужение скорость потока увеличивается, вследствие чего наблюдается падение давления. После прохода через сужающее устройство скорость постепенно уменьшается, а давление восстанавливается. Однако давление не восстанавливается до первоначальной величины вследствие потери энергии на преодоление сопротивления сужающего устройства. Разность между давлением, измеренным на расстоянии перед сужающим устройством и на расстоянии после сужения, называется остаточной потерей давления. Величина остаточной потери давления всегда меньше перепада и зависит от отношения площадей.
Измерение расхода по перепаду давления является косвенным измерением, так как днфмаибметром измеряется перепад давления, образующийся по сторонам сужающего устройства. Величина расхода определяется на основании известной зависимости между пере падом давления и расходом, причем в формулу расхода, выражаю щую эту зависимость, входит значительное число величин, один из которых вычислены на основании опытных данных, другие получаются в результате измерений. Каждая из этих величин может быть вычислена или измерена с определенной погрешностью.
В практике промышленных измерений задача определении расхода по данным размерам трубопровода, отверстия сужающего устройства и измеренному перепаду встречается сравнительно редко. Значительно чаще требуется определить диаметр отверстия сужающего устройства для данного трубопровода по задавшим значениям расхода и параметрам измеряемого вещества. Решение такой задачи называется расчетом сужающих устройств.
диафрагма, считая по направлению потока, имеет отверстие большего диаметра. Расстояние между диафрагмами и соотношение между диаметрами их отверстий можно подобрать такими, что создается сопло с жидкой стенкой, в котором жидкость движется турбулентным потоком, вследствие чего коэффициент трения С остается постоянным. Кроме того, благодаря направляющему действию двух диафрагм остается постоянным коэффициент сжатия. В результате коэффициент расхода а остается постоянным для очень малых но сравнению с нормальными диаметрами чисел Рейнольдса. Отбор давления производится до передней и после задней диафрагм.При измерениях на входе и на выходе трубопровода к дифманометру от сужающего устройства прокладывается только одна соединительная трубка. Другой штуцер дифманометра должен быть соединен с пространством, окружающим торец трубопровода. Расчет сужающих устройств, расположенных на выходе из трубопровода, не отличается от расчета нормальных устройств. Дли сужающих устройств, установленных на входе в трубопровод, диаметр трубопровода до сужающего устройства равен бесконечности.
Для измерения перепада давления, создаваемого сужающим устройством, применяются дифференциальные манометры следующих систем: трубчатые, поплавковые, колокольные, кольцевые, мембранные.
Дифманометры всех систем изготовляются показывающими и самопишущими, с суммирующим устройством и без него. Шкалы дифманометров-расходомеров градуируются, как правило, в единицах расхода, тогда как, в сущности, дпфмапометры служат для измерения перепада давления, т. е. измерение расхода является косвенным измерением. Разметка шкалы днфманометра-расходомера, если прибор не имеет специальных устройств дли получения равномерной шкалы, может быть сделана на оснований известного соотношения между расходом и перепадом давления. Большинство систем дифманомстрон является жидкостными приборами для измерения больших перепадов давления, требующими заливки ртутью. Серьезный недостаток приборов со-ртутным заполнением, заключающийся и ядовитости паров; ртути, устранен и мембранных днфманометрах, которые и последнее время находят все большее применение.
Конструкции кольцевых днфманометров, применяемых для нам рения расхода, аналогичны конструкциям кольцевых напоромор и тягомеров за исключением шкалы и лекала. Профиль лекала очерчен так, что шкала в пределах 20—100% расхода равномерна. Так как точность измерения расхода в пределах до 20% очень низка и практически в этих пределах измерения не производятся, то шкала в начальной части делается сжатой. Чтобы при планиметрировании диаграмм исключить влияние неравномерности этой части шкалы, на ленточной диаграмме самопишущих кольцевых днфманометров-расходомеров проводится специальная линия, которая принимается за нулевую линию при планиметрировании.
Кольцевые дифманометры с электрической передачей показаний на расстояние также снабжены лекалами, так что перемещение плунжера в катушке электропередатчика прямо пропорционально расходу, и шкала вторичного прибора получается равномерной.
Дифманометры-расходомеры с электрической передачей показаний на расстояние применяются в тех случаях, когда расстояние между сужающим устройством и местом установки дифманометра слишком велико (более 50 м), или когда нежелательно подводить к щиту с приборами импульсные линии, заполненные измеряемым веществом или разделительной жидкостью (при высоких давлениях, при измерении агрессивных и ядовитых веществ).
Дифманометры-расходомеры с электрической передачей показаний па расстояние строятся по схеме индуктивного моста и но дифференциально-трансформаторной схеме. Система передачи показаний по схеме индуктивного моста состоит из двух катушек, имеющих выводы от средних точек. Одна из катушек помещена в дифманомстре, другая — во вторичном приборе.
Приборы, основанные на измерении перепада давления, дают показания лишь мгновенного расхода; для получения показаний количества необходимо специальное устройство, называемое интегратором, которое автоматически через определенные промежутки времени производит суммирование значений мгновенного расхода. Интеграторы рычажного типа имеют приспособление для извлечения квадратного корня, поэтому они могут применяться в приборax, отклонение стрелки которых пропорционально величине перепада, а не расхода.
Весь механизм интегратора приводится в движение синхронным двигателем, который через систему зубчатых передач приводит во вращение ведущий диск со скоростью 4 об/мин. Одновременно, также через систему зубчатых передач, от двигателя приводится во вращение диаграммодержатель со скоростью 1 оборот в 24 часа. Работа интегратора происходит следующим образом. В течение первой половины оборота ведущего диска, когда под фрикционным диском проходит половина ведущего диска, имеющая меньший радиус, правый конец фигурного рычага поднимается, а левый опускается. Трехплечий рычаг, поворачиваясь около своего штифта и упираясь зубом в зуб избирательного рычага, толкает его и заставляет также поворачиваться, причем правый загнутый конец рычага поднимается. В самой верхней точке подъема избирательный рычаг упирается в пружину и тормозится. Одновременно с этим фигурный рычаг упирается в выступающий конец падающей рамки и поднимает ее, а вместе с ней и трехплечий рычаг. вследствие чего зубец зацепляет за зубец избирательного рычага. При дальнейшем вращении ведущего диска правый конец фигурного рычага начинает опускаться, а вместе с ним начинает опускаться и избирательный рычаг вследствие сцепления с трех-илечим рычагом. Падающая рамка остается в приподнятом состоянии, и фрикционный диск не касается ведущего диска, несмотря на. то что под фрикционным диском уже находится половина ведущего диска, имеющая больший радиус.
Когда загнутый конец избирательного рычага упрется в лекало, которое в это время заторможено, и задержится им, зубец трехплечего рычага соскочит с зубца избирательного рычага, рамка уже не будет поддерживаться в приподнятом состоянии и упадет, вследствие чего фрикционным диск начинает катиться по окружности ведущего диска, пока не достигнет точки, где кончается гребень большего радиуса. Чем раньше упадет рамка с фрикционным диском, тем больший путь он прокатится по ведущему диску. Следовательно, угол поворота фрикционного диска зависит от времени расцепления трехплечего и избирательного рычагов, а это время зависит от положения лекала, т. е. от мгновенного значения расхода, показываемого прибором в данный момент. Отсчет мгновенных значений расхода производится через каждые 15 сек., т. е. в час делается 240 отсчетов. Форма лекала обеспечивает пропорциональность между углом поворота фрикционного диска и значениями расхода. Когда фрикционный диск сделает 10 оборотов, а крыльчатка повернется на '/3 оборота, конец собачки пройдет в прорезь между лопастями, зубец собачки войдет в зацепление с трнбкой, и кулачок начнет вращаться до тех пор, пока конец собачки опять не упрется в лопасть крыльчатки, т. е. кулачок сделает один оборот. При этом рычаг, выступ которого опирается на кулачок, поднимется и затем по срезу кулачка резко опустится. Подъем и опускание рычага при помощи тяги и храпового механизма передается на счетный механизм, причем при одном обороте кулачка счетный механизм изменит свое показание на одну цифру.
Таким образом, фрикционный диск суммирует мгновенные значения расхода через каждые 15 сек. Счетный механизм показывает суммированное значение, т. е. количество вещества.
Мы в социальных сетях:
