9. Измерительное оборудование

9.1. Измерение расхода жидкости в трубопроводе

На основе уравнения Бернулли работают приборы - расходомеры (дроссельные устройства). Ими удается измерять объем жидкостей или газов, протекающих в данный момент по трубопроводу в единицу времени, т.е. расход.

Объемный расход – объем жидкости, протекающий в трубопроводе в единицу времени. Он вычисляется на основе протекающего количества жидкости в единицу времени:

.

Единицей измерения объемного расхода является м³/час или л/час.

Принцип работы расходомеров основан на том, что в текучей среде давление перед любым препятствием возрастает, а после него падает. Это явление можно наблюдать на примере камня, лежащего в ручье с быстрым течением (рис. 9.1).

Рис. 9.1. Режим течения в зоне препятствия

Перед камнем образуется водяной вал (гора), после него – ровная гладь (долина). Разность высот Δh соответствует разности давлений Δр, именуемым активным давлением. Чем выше скорость протекающей жидкости, тем больше разница в высоте между "горой" и "долиной", то есть тем выше активное давление.

Существуют расходомеры с разными физическими механизмами действия [16].

9.1.1. Расходомеры на основе измерения

АКТИВНОГО ДАВЛЕНИЯ

Расходомеры, действующие по принципу активного давления, состоят из создающего препятствие течению прибора – дросселя, встроенного в трубопровод с протекающей жидкостью (рис. 9.2).

Рис. 9.2. Режим потока и эпюра давления в зоне дросселя

При обтекании этого препятствия происходит увеличение давления перед дросселем и понижение давления после него.

Перед и после дросселя в стенке трубы просверлены отверстия, соединенные с манометром. Измеряемая там разность давлений, т.е. активное давление Δр, и есть величина расхода. Чем выше активное давление, тем больше объемный расход.

В качестве дроссельного устройства часто используются заслонки с отверстием по центру − измерительные (стандартные) диафрагмы (рис. 9.3).

Рис. 9.3. Виды дроссельных устройств

Они исполняются в большом диапазоне размеров, для применения в трубопроводах с любым сечением, для разных давлений и расходов. Другими формами исполнения устройств с функцией дросселя являются стандартное сопло, короткое или длинное сопло Вентури, а также труба Даля.

Разные дроссельные устройства вызывают разные по величине потери гидро­динамического давления. Измерительные диафрагмы и стандартные сопла показывают относительно высокие потери давления, но доступны по цене. Сопла Вентури и трубы Даля отличаются значительно меньшими потерями давления, но достаточно дороги.

На основе измерения активного давления работают следующие приборы:

1) расходомер Вентури (рис. 9.4).

Рис. 9.4. Расходомер Вентури

В нем искусственно создается перепад давлений.

Расход рассчитывается по формуле: (Q, w) = К_Т , где К_Т - постоянная расходомера Вентури (9.1):

, (9.1)

где d₁ – диаметр трубы до расходомера; d₂ − диаметр трубы в месте сужения.

2) расходомерная диафрагма (рис. 9.5).

Рис. 9.5. Расходомерная диафрагма

Формула для расчета расхода такая же, как и для расходомера Вентури.

3) трубка Пито-Прандтля (рис. 9.6).

Рис. 9.6. Трубка Пито-Прандтля

Прибор необходим для измерения скорости движущееся жидкости или газа. Она состоит из прямой 1 и согнутой под прямым углом 2 трубки. Формула для расчета скорости жидкости [16,17]:

= (9.2)