Измерение расхода вещества методом переменного перепада давления

ИЗМЕРЕНИЕ РАСХОДА ВЕЩЕСТВА МЕТОДОМ ПЕРЕМЕННОГО ПЕРЕПАДА ДАВЛЕНИЯ

Количество жидкости, газа или пара, проходящее через данное сечение трубопровода в единицу времени, называется расходом этого вещества. В зависимости от того, в каких единицах он измеряется, различают объемный и массовый расходы. Измерение и контроль расхода и количества веществ с целью управления ими способствует повышению качества продукции, проведению научных исследований. В промышленности наиболее часто применяют расходомеры переменного перепада давления, постоянного перепада давления, электромагнитные и переменного уровня.

Принцип работы расходомеров переменного перепада давления основан на том, что с изменением расхода вещества изменяется перепад давления, создаваемый сужающий поток устройством, установленным в трубопроводе (рис. 1).

Расходомер переменного перепада давления с сужающим устройством состоит из установленного на трубопроводе сужающего устройства (СУ) 1, соединительных трубок 2 и измерителя перепада давления, например U-образного дифманометра 3. При прохождении вещества через СУ средняя скорость потока увеличивается (рис. 1, б); часть потенциальной энергии давления переходит в кинетическую.

В результате этого статическое давление потока после СУ уменьшается, что вызывает перепад давления на нем (рис. 1, в). Сжатие потока начинается перед СУ за сечением 1-1 и достигает наибольшей величины на некотором расстоянии от СУ в сечении 2-2, затем струя расширяется до полного сечения трубопровода.

Рис. 1.

Статическое давление потока около стенки трубопровода при подходе к СУ возрастает, что обусловлено подпором, и понижается до минимума в месте наибольшего сужения струи. Далее, по мере расширения струи давление потока около стенок повышается, но не достигает прежнего значения на величину потери, обусловленной завихрениями, ударом и трением (сечение 3-3).

Перепад давления на СУ зависит от расхода протекающего вещества и может служить мерой расхода.

Для установления зависимости расхода вещества от перепада давления на СУ запишем закон сохранения энергии, и уравнение неразрывности струи для сечений 1-1 и 2-2:

 (1)

 (2)

где P’₁ и P’₂ - абсолютные статические давления в сечениях 1-1 и 2-2, Па; и W - средние скорости потока в этих же сечениях; A₁ и А₂ - площади сечений потоков; ρ - плотность вещества. Введем безразмерные величины:  - модуль СУ; μ = A₂/A₀ - коэффициент сужения струи (где А₀ - площадь отверстия СУ, d - диаметр СУ, D - диаметр трубопровода). Совместное решение уравнений (2) и (3) дает:

. (3)

Обычно перепад давления измеряют не в сечениях А-А и В-В (т. е. не ), а непосредственно до и после сужающего устройства, а именно DP = P₁ - P₂. Соотношение между указанными перепадами устанавливается с помощью поправочного коэффициента y, т.е.

.

Тогда уравнение (4) примет вид.

, (4)

где Р₁ и Р₂ - перепад давления непосредственно у торцов СУ, Па.

Объемный расход Q равен

или

Введем обозначение . Эта величина учитывает расхождение теоретического и действительного расходов вещества, протекающего по трубопроводу, и называется коэффициентом расхода. Тогда объемный расход выразится:

 (5)

При измерении расхода сжимаемых веществ в уравнение (6) следует вводить поправочный коэффициент, учитывающий расширение вещества.

Коэффициент расхода зависит от геометрической формы и размеров СУ, от физических свойств вещества и скорости потока. Для удобства практического применения формулы (6) ρ выражается в кг/м³. Вместо секундного расхода пользуются часовым; площадь СУ выражают через внутренний диаметр трубопровода D, мм при рабочей температуре t °С. При этих условиях основная рабочая формула, примет вид

 (6)

где ΔР = (Р₁ - Р₂); К - поправочный множитель на изменение внутреннего диаметра трубопровода при отклонении температуры от 20°С.

Диаметр отверстия СУ при температуре его изготовления (20 °С) находят по равенству:

.

Расход воздуха рассчитывают по формуле (6), в которой принимается ε = 1 и К_t = 1. Перепад давления, определяемый дифманометром, вычисляется по формуле

Где: h₂₀ - разность высот столбов воды в дифманометре при 20°С, мм; ρ_в - плотность воздуха при нормальных условиях, равная 1,29 кг/м³; g - ускорение свободного падения.

Подставляя выражение (9) в (7), получаем рабочую формулу объемного расхода Q_p, в м³/с

расходомер электромагнитный перепад давление

ЛИТЕРАТУРА

1. Волынский В.А. и др. Электротехника /Б.А. Волынский, Е.Н. Зейн, В.Е. Шатерников: Учеб. пособие для вузов. - М.: Энергоатомиздат, 2007. - 528 с., ил.

. Касаткин А.С., Немцов М.В. Электротехника: Учеб. пособие для вузов. - 4-е изд., перераб. - М.: Энергоатомиздат, 200 - 440 с., ил.

. Основы промышленной электроники: Учебник для неэлектротехн. спец. вузов /В.Г. Герасимов, О М. Князьков, А Е. Краснопольский, В.В. Сухоруков; под ред. В.Г. Герасимова. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 2006. - 336 с., ил.

. Электротехника и электроника в 3-х кн. Под ред. В.Г. Герасимова Кн.1. Электрические и магнитные цепи. - М.: Высшая шк. - 2006 г.