Основные понятия

Измерение скорости движения потока вещества и его расхода

Рассмотрим довольно распространенные задачи – измерения скорости движения потока вещества и его расхода. Эти физические величины часто связаны между собой и рассматривать их отдельно нецелесообразно.

При выборе измерителя расхода и/или скорости движения для конкретного эксперимента, помимо общих для всех средств изме­рений критериев (метрологические и эксплуатационные характе­ристики, начальная цена и стоимость обслуживания и др.), необ­ходимо учитывать и специфические факторы измеряемой величи­ны. Это – характер состояния вещества (жидкие, газообразные вещества, пар, многофазные среды, сыпучие вещества, крупные твердые предметы и др.), свойства исследуемой среды (плотность, вязкость, сжимаемость, химический состав, электропроводность, агрессивность, абразивность, смазывающие способности и др.), ее текущие характеристики (температура, давление, многофазность состояния, влажность – особенно для сыпучих сред). Немаловаж­ными являются выбранные модели происходящих процессов – статические или динамические. Кроме того, следует учитывать ус­ловия и возможности монтажа средства измерения, возможные размеры, геометрию и материал трубопровода, условия проведе­ния эксперимента, требования дополнительного оборудования, не­обходимость внешнего источника питания, время непрерывной работы, требуемую периодичность поверки и т.д. Очевидно, что при таком числе различных критериев проблема выбора становит­ся достаточно серьезной, требующей квалифицированного и про­фессионального подхода.

Под расходом будем понимать количество вещества, проходящее через сечение потока в единицу времени.

Англоязычные термины измерителя скорости – Vе1оcitу Меtеr, измерителя расхода – Flowmeter.

Рассмотрим связь скорости и расхода на примере трубопрово­да, в котором течет жидкость. При выполнении определенных ус­ловий (трубопровод на достаточной длине прямой и полностью заполнен жидкостью, движение ее равномерное, внутреннее сечение трубопровода на достаточной длине постоянно и т.п.) зна­чение текущего расхода Q рассчитывается по формуле

Q = ρvS = ρv (πd²/4),

где ρ – значение плотности жидкости; v –скорость движения потока; S – площадь внутреннего сечения трубопровода; d –внут­ренний диаметр трубопровода.

Существуют понятия текущего (мгновенного) Q и интеграль­ного (суммарного) G расходов за определенный интервал времени Dt. Интегральный расход G в общем случае есть интеграл функции мгновенного (текущего) расхода q(t)на интервале Dt. В частном случае постоянного значения текущего расхода Q на интервале Dt интегральный расход G определяется простым произведением:

G = QDt.

Приборы для измерения интегрального значения часто называ­ются счетчиками количества (Flow Totalizer). Современные прибо­ры обычно обеспечивают оба режима работы.

Различают объемный расход (выражаемый единицами объема – л/с, м³/ч и т.п.) и массовый (выражаемый единицами массы – кг/мин, т/ч и т.п.). Объемный Q_m и массовый Q_m расходы связаны плотностью ρ среды исследуемого потока:

Q_m=ρQ_V.