Тема: Одиниці і методи вимірювання витрати і кількості речовин

План

1.Основи теорій рівняння витрати.

2.Одиниці і методи вимірювання витрати.

3.Класифікація приладів для вимірювання витрати і кількості.

4.Витратоміри змінного перепаду тиску:

а)стандарті звужувальні пристрої.

б)дифманометри.

№1. Основи теорії і рівняння витрати.

Метод вимірювання витрати по перепаду тиску на звужувальному пристрої оснований на залежності перепаду тиску в нерухомому звужувальному пристрої, який встановлений в трубопроводі від витрати вимірювального середовища. Створюваний на звужувальному пристрої перепад тиску вимірюється дифманометром, шкала якого градуйована в одиницях витрати. При необхідності дистанційної передачі показів дифманометр оснащений перетворювачем, який лінією зв'язку з'єднаний з вторинним приладом.

Х арактер руху потоку речовини через діафрагму зображено на рисунку. Після перерізу А струмінь звужується і як наслідок середня швидкість потоку зростає. Внаслідок інерції струмінь продовжує звужуватись і на деякій відстані після діафрагми (місце найбільшого звуження знаходиться на перерізі В), збільшення швидкості на ділянці АВ супроводжується зменшенням статичного тиску від початкового значення Ра до мінімального значення Рб.

Після перерізу В починається розширення струменя, яке закінчується в перерізі С. цей процес супроводжується зменшенням швидкості і збільшення статичного тиску. В перерізі С швидкість приймає початкове значення (як в перерізі А), але тиск буде менший початкового значення на Ра, названий втратою тиску в звужувальному пристрої. Наявність втрати тиску викликанбо витратою енергії потоку в мертвих зонах, які знаходяться за діафрагмою, з-за сильного вихроутворення в них. Для визначення загальної залежності між витратою і перепадом тиску уявляють спочатку що рідина нестислива, відсутній

Теплообмін з навколишнім середовищем і трубопровід горизонтальний. В цьому випадку закон збереження енергії для перерізів А і В може бути записаний у вигляді рівняння Бернулі:

Де Ка і Кв- поправочні множники на нерівномірність розпаду швидкостей перерізах А і В; Vа і Vв- середні швидкості потоку в перерізі А і В;ɛ коефіцієнт опору на ділянці АВ, який віднесений до швидкості Vв.

Для нерозривного струменя нестисливої рідини густиною ρ яка рухається по трубі перерізом F з швидкістю V, масова витрата може бути ви формулою:

Qм=рVF (2)

з цього рівняння нерозривності одержують співвідношення:

FаVа=FвУв (3)

де Fа і Fв- площі струменя в перерізах А і В. відношення площі отвору звужувального пристрою F0 до площі трубопроводу F називається модулем звужувального пристрою

(4)

де d і D діаметри отвору звужувального пристрою і трубопроводу. Відношення µ=Fв/F0- називається коефіцієнтом звуження струменя. Враховуючи сказане з (3) одержують запис швидкості в перерізі А:

Va=µmVв (5)

Підставивши цей вираз у рівняння (1) одержуємо:

6)

Як правило, перепад тиску міряється не в перерізах А і В, а безпосередньо до і

після звжувального пристрою:Р=Р1-Р

Ці перепади відрізняються відношенням

Тоді

В раховуючи, що Qм=ρVвFв=ρVвµF0, одержуємо вираз для масової витрати

α- коефіцієнт витрати який визначається

О б'ємна витрата визначається з виразу

8)

Ф ормули 7 і 8 справедливі для нестисних рідин. При вимірюванні витрати пари або газу, густина середовища змінюється при проходженні через звужувальний пристрій внаслідок зміни тиску. Це враховується введенням в рівняння витрати поправочного множника на розширення вимірювального середовища. Тоді рівняння для масової і об'ємної витрати приймають вигляд:

(9)

(10)

де ρ- густина середовища в перерізі А.

Вираз (9) і (10) є основним рівнянням витрати для витратомірів із звужувальними пристроями. Використання цих формул передбачає, що значення р, Р0, а і є не повинні залежати від витрати. Однак існуючі конструкції звужувальних пристроїв забезпечують постійне значення коефіцієнта витрати, при якому число Рейнольда Ке перевищує мінімальне значення Re min.

Між витратою і перепадом тиску існує квадратична залежність. Для одержання рівномірної шкали витратоміра в кінематичну схему вторинних приладів вводять пристрої, які добувають квадратичний корінь. Наявність їх є одним з недоліків методу вимірювання витрати. Другим недоліком методу є звужений діапазон вимірювання, який охоплює 30-100% максимальної вимірюваної витрати. Це означає, що використати витратомір в інтервалі 0-30% його шкали не рекомендується, так як не гарантується достатня точність вимірювання. Це обумовлено збільшенням похибки вимірювання перепаду тиску.

№2. Одиниці і методи вимірювання витрати.

Витрата вимірюється в об'ємних одиницях (м3/с, м3/год, л/год)- називається витратою. Також витрата може вимірюватися в масових одиницях (кг/с, кг/год, т/год) і називається масовою витратою.

Методи вимірювання витрати:

1)Метод змінного перепаду тиску- оснований на визначенні зміни статичного тиску середовища що проходить через штучно звужений переріз трубопроводу.

2)Швидкісний метод- оснований на визначенні середньої швидкості руху потоку.

3)Об'ємний метод- оснований на визначенні об'єму речовини.

4)Масовий метод- оснований на визначенні маси речовини.

№3. Класифікація приладів для вимірювання витрати і кількості.

Прилади які вимірюють витрату називаються витратомірами і вагами. В залежності від виду вимірювального середовища вони поділяються витратоміри води, пари, газу і т.д. Витратоміри виготовляють показуючи ми і

самопишучими.

Прилади, які вимірюють кількість рідини називаються лічильниками і вагами. З їх допомогою визначають кількість речовини, що пройшла по тракту за вузький проміжок часу і для цього відраховують покази приладу на початку і в кінці періоду вимірювання, а потім обчислюється різниця цих показів.

Відповідно до методів вимірювання витрати і кількості рідини вимірювальні прилади поділяють нa такі групи:

1) Витратоміри змінного перепаду тиску

2) швидкісні витратоміри і лічильники

3) об'ємні лічильники

4) витратоміри постійного перепаду тиску (ротаметри)

5) електромагнітні витратоміри

6) автоматичні ваги

№4. Витратоміри змінного перепаду тиску.

Принцип дії полягає у визначення зміни статичного тиску середовища що проходить через штучне звуження переріз трубопроводу. Витратомір складається із звужувального пристрою і дифманометра. Звужувальний пристрій встановлюють в трубопроводі і він призначений для місцевого стиснення потоку рідини. Звужувальний пристрій має круглий переріз і розміщений концентрично відносно стінок трубопроводу. Діаметр його менший від внутрішнього діаметра трубопроводу. Використовують 3 види нормалізованих звужувальних пристроїв:

1)витратомірна діафрагма

2)витратомірне сопло

3)сопло Вентурі.

А) звужувальні пристрої

Діафрагми і сопла виготовляють найчастіше із нержавіючої сталі, а в деяких випадках із латуні або бронзи. Найчастіше, в якості звужувального пристрою, використовують діафрагми. Сопло вибирають в тих випадках, коли необхідно зменшити вплив корозії і ерозії звужувального пристрою.

Сопло Вен турі використовують не часто, тому, що воно є громіздким і важко виготовляється. Великий вплив на точність вимірювання є умови встановлення І звужувальних пристроїв в трубопроводах. Звужувальний пристрій потрібно встановлювати у горизонтально-вертикальний або похилій ділянці трубопроводу. При цьому необхідно виконати точне осі трубопроводу. До і після звужувального пристрою повинні бути прямі ділянки трубопроводу постійного діаметру.

Нормалізована діафрагма і сопла

а) камерна (вверх) і безкамерна діафрагма,

б) камерна (вверх) і безкамерне сопло.

Встановлення діафрагми в трубопроводі

a- камерна типу ДК, б- безкамерна типу ДБ.

Нормалізоване сопло Вентурі

а) звичайне,

б) вкорочене.

Б) Дифманометри

Дифманометри призначені для вимірювання різниці статичних тисків середовища до і після звужувального пристрою. Дифманометр і звужувальний пристрій з'єднані за допомогою з'єднувальних ліній (двох трубок). Дифманометри в залежності від конструкції і призначення поділяють на лабораторні і промислові.

Лабораторні- це рідинні дифманометри із видимим рівнем, які використовуються для точних вимірювань перепаду тиску при дослідницьких налагоджуваних роботах, а також при повірці промислових дифманометрів-витратомірів.

Рідинні дифманометри- це двохтрубні прилади, які мають просту будову і велику надійність роботи.

Д ифманометри випускають двох типів: ДТ-5, ДТ-50 ДТ-5- робочий тиск- 0,5 МПа діапазон показів 0-250м, робоча рідина- вода. ДТ-50- робочий тиск- 5 МПа, робоча рідина- ртуть, діапазон показів 0-700 м.

Електричні дифманометри-витратоміри це без шкальні прилади, що працюють в комплекті із вторинними приладами і призначені для дистанційної передачі

показів. Випускаються таких типів:

ДМ- дифманометр із дифтрансформаторним перетворювачем,

ДМЗР, ДСЗР- дифманометр з магнітомудуляційним перетворювачем.

Схема дифманометра типу ДМ:

1-2- мембранні коробки, 3- діафрагма, 4-5- стальні кришки, 6- болти, 7- шток, 8-осердя, 9-розділюючи трубка, 10- котушка.

11- екран, 12- постійний резистор, 13 -змінний резистор. 14- захисний екран, 15- траверс, Іб-17-з'еднувальні трубки,

18-19- запірні вентилі, 20- зрівноважу вальний вентиль, 21-22- пробки, 23- металічна підставка.

Під дією різниці тисків між камерами дифманометра, мембранна коробка: 1) стискається, витісняючи частину води в мембранну коробку, 2) коробка 2 буде розширюватися і піднімати осердя. Переміщення осердя відбувається до того часу, поки перепад тиску не зрівноважиться пружиною деформаційних мембранних коробок. Вихідний сигнал із дифманометра (-10.0-+10 мГн) поступає на вторинний прилад дифтрансформаторної системи типу КСД-2, КСД-1,іт.п..

Дифманометри типу ДМЗР і ДСЗР мають уніфікований вихідний сигнал від 0 до 5 мГн і працюють із приладами системи ДСП.