Методы измерения расхода
Лекция 16
Тема 5 Измерение расхода и количества вещества твердых веществ, жидкостей, газов и пара
План:
16.1 Методы измерения расхода.
16.2 Расходомеры переменного перепада давления.
16. 1 Расход - Количество вещества, проходящее в единицу времени по трубопроводу.
Расход бывает:
- массовый
- объемный
- весовой.
Приборы, служащие для измерения расхода, называются расходомерами.
• Переменного перепада давления (расходомеры с сужающим устройством)
• Скоростной (скоростные расходомеры и счетчики)
• Объемный (объемные счетчики, ротаметры)
• Весовой (автоматические весы)
16. 2 Принцип действия расходомеров с сужающим устройством основан на изменении потенциальной энергии измеряемого вещества при протекании через искусственно суженное сечение трубопровода.
Расходомер состоит из сужающего устройства, устанавливаемого в трубопроводе и служащего для местного сжатия струи (первичный преобразователь), Дифференциального манометра, предназначенного для измерения разности статических давлений протекающей среды до и после сужающего устройства (вторичный прибор), Соединительных линий(двух трубок), связывающих между собой оба прибора
При прохождении потока через сужающее устройство происходит изменение потенциальной энергии вещества, часть которой вследствие местного сжатия струи и соответствующего увеличения скорости потока преобразуется в кинетическую энергию. Изменение потенциальной энергии приводит к появлению разности статических давлений (перепада давления), которая определяется при помощи дифманометра.
Так как согласно закону сохранения энергиисуммарная энергия движущейся среды уменьшается только на величину потерь, то по измеренному перепаду давления может бать определена кинетическая энергия потока при его сужении, а по ней – средняя скорость и расход вещества.
Согласно рисунку сжатие потока начинается перед сужающим устройством и благодаря действию сил инерции достигает наибольшей величины на некотором расстоянии за ним, после чего струя вновь расширяется до полного сечения трубопровода. Давление струи около стенки трубопровода (сплошная линия) несколько возрастает за счет подпора перед сужающим устройством и понижается до минимума за сужающим устройством в точке наибольшего сжатия струи, где сечение потока меньше, чем отверстие сужающего устройства. Далее по мере расширения струи давление около стенки снова повышается, но не достигает прежнего значения на величину рп ввиду наличия безвозвратных потерь на завихрение, удар и трение. Изменение давления струи по оси трубопровода практически совпадает с изменением давления около его стенки, за исключением участка перед сужающим устройством и непосредственно в ней, где давление потока по оси трубы понижается (пунктирная линия).
При определении расхода вещества и расчете сужающего устройства характерной величиной является модуль - относительная площадьотверстия сужающего устройства т, выражающая отношение площадей проходных сечений сужающего устройства и трубопровода, равная для круглых отверстий:
Объемный расходжидкости, газа и пара осуществляется по формуле:
Массовый расходжидкости, газа и пара осуществляется по формуле:
где α – коэффициент расхода, зависящий от типа сужающего устройства и определяемый экспериментально α = f (m, Re) или по формулам Преображенского;
e - поправочный множитель на расширение среды вследствие понижения ее давления при прохождении через сужающее устройство определяется экспериментально либо расчетным путем в зависимости от типа сужающего устройства;
r - плотность среды.