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:

Прочтите также:

Расчет вторичного источника электропитания с выходным напряжением повышенной частоты
Энергетическую основу производства составляет электрический привод, технический уровень которого определяет эффективность функционирования технологического оборудования. Развитие электри ...

Синтез систем управления реверсивного электропривода
Наименование параметра Значение Параметры двигателя: а) фазность СШД б) порядок включения обмоток Характеристика СУ: а) полярность б) компле ...

Моделирование системы управления углом поворота инерционного объекта
Дана функциональная схема системы управления углом поворота нагрузки и алгоритм работы ЭВМ изображение на рис. 1 и рис. 2 соответственно. Рис. 1. Функциональная схема системы упр ...