Изучение измерительных преобразователей расхода (методы переменного и постоянного перепада)

1. Цель работы

Целью работы является изучение типовых средств измерения расхода жидкости и газа методами переменного и постоянного перепадов давления.

2. При выполнении лабораторной работы студент должен:

Знать: цель и содержание предстоящей работы, порядок ее выполнения и основные теоретические положения по данной теме.

Уметь: пользоваться измерительной аппаратурой лабораторного стенда.

3. Общие положения

Расход можно определить как произведение измеряемой скорости V потока жидкости или газа на известную площадь S поперечного сечения трубопровода:

F = V S . (4)

При этом скорость находят различными путями, например, методами переменного или постоянного перепадов давления.

Метод переменного перепада давления основан на зависимости перепада давления на гидравлическом сопротивлении в трубопроводе от величины объемного F₀ (м³с) или массового F_М (кгс) расходов рабочей среды:

F₀ =   S₀ ; F_М =   S₀ (5)

где α - коэффициент расхода;  - коэффициент, характеризующий изменение плотности  сжимаемой среды в сужающем устройстве (для жидкости  = 1); S₀ - площадь условного прохода сужающего устройства; P₁ -давление среды до и P₂ - после сужающего устройства.

Для создания сопротивлений в трубопроводах устанавливают стандартные (нормальные) сужающие устройства: сопла, сопла Вентури, диафрагмы. Сужающее устройство, например, диафрагма, показанная на рис.39а, с целью визуального контроля расхода может работать в комплекте с U – образным жидкостным стеклянным дифманометром (рис. 39б).

Для дистанционной передачи показаний обычно используют мембранные дифференциальные манометры ряда ДМ, работающие в комплекте с вторичными приборами дифференциально-трансформаторной системы. При малых расходах и низком давлении рабочей среды вместо ДМ применяют мембранные дифтягомеры ряда ДТ.

Дифманометр ДТ (рис. 39в) состоит из корпуса 1 с мембраной 2, связанной через шток 3 с сердечником 4 катушки дифтрансформаторного проебразо-

а) б) в)

Рис. 39 Средства измерения расхода методом переменного перепада:

а) – нормальная диафрагма; б) – U-образный дифманометр; в) - дифманометр мембранный дифференциально-трансформаторный типа ДТ-60.

вателя, изученного нами при выполнении лабораторной работы № 1. Вторичные обмотки преобразователя здесь шунтированы резисторами R1 и R2 для настройки диапазона выходного сигнала. При изменении расхода меняется разность давлений до и после сужающего устройства, что приводит к перемещению мембраны 2, сердечника 4 и, соответственно, к изменению напряжения и фазы выходного сигнала преобразователя.

Метод постоянного перепада давления предусматривает определение скорости потока в специальном устройстве, называемом ротаметром. Ротаметр (рис. 40) состоит из вертикальной конусной трубки 1, по которой снизу вверх движется поток жидкости или газа. В потоке перемещается поплавок 2, изменяя

Рис. 40 Ротаметр стеклянный расхода Рис. 41 Ротаметр электрический

типа РС-7 типа РЭ

кольцевой зазор для протекания среды. В моменты равновесия сил веса поплавка и динамического напора потока поплавок зависает. При этом каждой высоте зависания поплавка соответствует определенное значение кольцевого зазора S_K и расхода среды F₀ (F_М). При этом скорость обтекания и перепад давления для моментов зависания являются константами конткретного прибора. Отсюда – название данного метода измерения, для которого выражение (5) приобретает следующий вид:

F_М =  S_K , (6)

где S_П и W_П–площадь наибольшего поперечного сечения и объем (м³) поплавка;

 и _П - плотность (кгм³) среды и поплавка.

Для визуального контроля за расходом по месту установки широко применяют стеклянные ротаметры ряда РС (рис. 40), а для дистанционной передачи - ротаметры электрические (дифференциально-трансформаторной системы измерения) типа РЭ (рис. 41). Чувствительный элемент РЭ - поплавок при помощи штока связан с сердечником дифтрансформатора, вторичные обмотки которого шунтированы настроечными резисторами R1 и R2 для регулировки выходного сигнала.

Для измерения расхода в комплекте с дифманометром ДМ (или ДТ) либо ротаметром РЭ используют вторичные приборы дифтрансформаторной системы, например, типа КСД3 (рис. 11). Основным отличием расходомера КСД3 в этом случае является наличие квадратичного кулачка, реализующего зависимость (5) или (6) – в зависимости от метода измерения расхода.

Следует отметить, что в производственных условиях дифтрансформаторную схему измерения расхода по методу переменного перепада часто заменяют на тензометрическую, использующую дифманометры ряда «Сапфир 22ДД» (см. рис. 13) в комплекте с блоками извлечения корня типа БИК-1, которые реализуют зависимость (5).