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:

Разработка схемы программируемого делителя частоты
Электроника представляет собой бурно развивающуюся отрасль науки и техники. Она изучает физические основы и практическое применение различных электронных приборов. Часто при испол ...

Проектирование устройства захвата и аналого-цифрового преобразования речевого сигнала
Человеческая речь - исторически сложившаяся форма общения посредством языковых конструкций, создаваемых на основе определённых правил. Она позволяет человеку познавать окружающий мир, п ...

Проектирование цифровой системы управления с заданным быстродействием
Назначение системы управления Система управления предназначена для нейтрализации внешних возмущений f, приложенных к объекту, и поддерживания выходного параметра ХВЫХ равному или пр ...