Материал: Расходомеры и счетчики количества веществ. Расходомеры переменного перепада давления, расходомеры переменного уровня, тахометрические расходомеры и счетчики

Приведенная погрешность измерения при соблюдении необходи­ мых условий» и прежде всего чистоты трубок, равна ± (0,5+1) % .

Гидравлические и газовые мосты. Гидравлические мосты на­ ряду с капиллярными преобразователями представляют одну из возможных схем преобразователей типа гидравлического сопро­ тивления. Две схемы такого моста показаны на рис. 28. На рис. 28, а в четырех плечах моста расположены сопротивления R l, R2, R3 и R4, выполненные в виде капиллярных трубок или маленьких сужающих устройств. Сопротивления Rl = R4 и R2 = ЯЗ, но Rl > R2, a R4 > R3. По одной диагонали моста протекает жидкость, расход q которой надо измерить. Перепад давления Ар = - Pl ~ Р2 измеряется в другой диагонали моста. Соответствую­ щим подбором сопротивлений достигается [6, 29] независимость показаний от вязкости вещества. На рис. 28, б показан мост, все четыре сопротивления которого (в виде маленьких диафрагм или капилляров) равны друг другу [16а]. В диагонали моста установ­ лен насос, имеющий постоянную подачу q. При измерении малых расходов q > Q. В этом случае измеряется перепад давления р\ - - р4. При измерении больших расходов q > Q. Здесь измеряют перепад давленияР2~Рз* Зависимостьр\ - р4 и р2 - Рз от расхода q для моста с насосом показана на рис. 28, в. При условии посто­ янства расхода q9создаваемого насосом, и равенства всех четырех сопротивлений измеряемые перепады давлений Pi - р4 и Р2 - рз будут пропорциональны массовому расходу. В этом отношении мост (рис. 28, б), иногда называемый активным в отличие от мо­ ста (рис. 28, а), аналогичен перепадно-силовым расходомерам, с которыми он имеет много общего. Чувствительность моста рас­ тет с ростом q. В работах [28, 31] рассмотрено применение такого моста для измерения весьма малых расходов при q > Q. Его сопро­ тивления были изготовлены из четырех одинаковых стальных ди­ афрагм из коррозионно-стойкой стали. Наименьшая область из­ мерения 0 -5 кг/ч жидкости при диапазоне измерения 50 : 1. При-

Рис. 28. Гидравлические мосты: а — схема с равными расходами в обеих ветвях; б — схема с насосом в диагонали моста; в — зависимость pi - Р4 и Р2 “ РЗ от расхода дт у моста с насосом

97

7 П. П. Кремлевский

веденная погрешность ± (0,£н-1) % . Наименьший измеряемый рас­ ход равен 0,05 кг/ч, или 0,014 г/с. Динамические свойства моста высокие. Его постоянная времени составляет 5-15 мс. Он с успе­ хом был применен для исследования работы автомобильного кар­ бюратора.

Реометры. Реометр — это сочетание миниатюрного стеклян­ ного гидравлического сопротивления с однотрубным стеклянным дифманометром. Последний заполняют водой или спиртом и снаб­ жают шкалой, градуированной по воздуху в единицах расхода. Газ, проходящий по горизонтальной трубке, создает на сопротив­ лении в виде маленькой диафрагмы или капилляра перепад дав­ ления, измеряемый дифманометром. Таким образом, реометр— микрорасходомер переменного перепада давления. Пределы из­ мерения реометра с капиллярным гидравлическим сопротивле­ нием от 0-0,6 до 0-1 л/мин. Для возможности измерения расхо­ да газа, имеющего вязкость Vj и плотность р1# отличные от вязко­ сти v и плотности р воздуха, в работе [7] предложены уравнения: 9 l/vi = <?/v и Ар = (V!2/v 2)(pi/p), позволяющие построить градуиро­ вочную кривую для любого газа.

Ударно-струйные расходомеры. Ударно-струйные расходоме­ ры, предназначенные для измерения малых расходов жидкостей и газов, предложены и разработаны Левиным. Они основаны на измерении перепада давления, возникающего в процессе удара струи о твердое тело непосредственно или через слой измеряемо­ го вещества. Давление удара ру зависит от скорости п, плотности р вытекающей жидкости и определяется уравнением ру = pv2 (1 - - cos а), где а — угол между направлением движения жидкости до и после удара. Обычно а = п/2, тогда ру = pi>2, т. е. в два раза

больше динамического давления по­ тока. Так как v = qo/f, где q$ — объем­ ный расход; f — площадь струи, то

Ру = PQo/r-

98

трубки, снаружи которой находится катушка 6 индуктивной или дифференциально-трансформаторной передачи.

В расходомерах РМР-Н, рассчитанных на статическое давле­ ние 0,6 МПа, верхние пределы измерения: 16; 25; 63; 100; 160 и 250 л/ч при диаметрах сопла: 1,2; 1,5; 1,9; 2,4; 3; 3,6 и 4,5 мм и числах Re^: 4700; 5900; 7400; 9300; 11 700; 15 900 и 19 400 соот­ ветственно.

Ряд конструкций ударно-струйных расходомеров приведен в работе [9], в том числе для измерения расхода пароводородной смеси при давлении 5 МПа и температуре 300 °С, жидкого фреона, а также азота (gmax = 0,5 м3/ч). Во всех случаях совмещают в одной конструкции ударно-струйный преобразователь расхода с преобразователем перепада давления в электрический или пнев­ матический сигнал.

Недопустимо измерение расхода веществ, содержащих меха­ нические частицы более 0,2d (где d — диаметр сопла), создающие осадки на стенках сопла и вскипающие во время прохождения через него.

При измерении расхода газа, учитывая его малую плотность, необходимо увеличение скорости в сопле до 20-30 м /с и примене­ ние преобразователей давления (мембраны, поршня и т. п.) с боль­ шой эффективной площадью.

2.3. ХАРАКТЕРИСТИКА ПАРЦИАЛЬНЫХ РАСХОДОМЕРОВ

Парциальными называются расходомеры, основанные на из­ мерении лишь небольшой части расхода, обычно ответвляемой от основного потока измеряемого вещества.

Применяют различные способы ответвления. В первом из них в основном трубопроводе устанавливают сужающее устройство или какое-либо сопротивление, по обе стороны от которого присо­ единены концы небольшой обводной трубки. Парциальный по­ ток в последней возникает под влиянием разности статических давлений pi и р2» создаваемой сужающим устройством или со­ противлением в основном трубопроводе. При втором способе обводная трубка введена в основной трубопровод так, что ее перед­ нее отверстие направлено навстречу потоку, а заднее — в проти­ воположную сторону. Парциальный поток в обводной трубке об­ разуется здесь под влиянием разности динамических давлений у ее концов. При третьем способе обводная трубка установлена на колене трубопровода, где под влиянием центробежной силы со­ здается разность давлений, зависящая от расхода. Этот способ удобен при измерении расхода воды на всасывающем патрубке коленчатой формы у крупных вертикальных насосов.

Наряду с основным вариантом парциальных расходомеров, когда ответвленный поток возвращается в основной трубопровод,

99

7*

иногда встречаются расходомеры с невозвращаемым ответвлен­ ным потоком и расходомеры, у которых парциальный поток об­ разуется вспомогательным веществом.

Для возможности определения расхода Q в основном трубо­ проводе по измеренному парциальному расходу q надо знать фун­ кциональную связь между ними или иметь градуировочную за­ висимость. Лучше всего, если q прямо пропорционально Q.

Сужающее устройство в основном трубопроводе создает пере­ пад давления Др в соответствии с уравнением

Ар = k (Q - q)2,

где k — постоянная величина.

Этот перепад создает в обводной трубке расход q в соответ­ ствии с уравнением

Ар = *1 + *2я + *зя2*

где fclf *2 и *з — постоянные, характеризующие в обводной трубке элементы, сопротивление которых не зависит отд, пропорциональ­ но q и пропорционально q2 соответственно.

Решая совместно эти два уравнения, получим в общем случае зависимость между Q и q:

Q = q + J(ka /k)q2 +(k2 /k)q + k1/k.

В большинстве случаев можно считать k\ и равными нулю, тогда

Откуда следует, что парциальный расход q есть некоторая часть 1/т расхода Q.

Для обеспечения постоянства ft3, а следовательно, и градуиро­ вочного множителя т , в обводной трубке обычно устанавливают маленькую диафрагму, образующую основное сопротивление в ней. В этом случае получим зависимость

q/(Q ~q) = «W n d 2 / cced2) (p / pn)-°>5,

где dn, d, ап, а, ед, г — диаметры отверстий, коэффициенты расхода и поправочные множители на расширение вещества у парциаль­ ной и основной диафрагм соответственно; рп и р — плотности вещества перед парциальной и основной диафрагмами соответ­ ственно.

Тогда множитель т будет определяться уравнением

m = aed2/ a ^ d 2) (p / pn) °*5+ l.

100

При чистом измеряемом веществе т будет сохранять посто­ янство при условии постоянства отношения плотностей р / р п. При необходимости для обеспечения постоянства р / рп патрон

спарциальной диафрагмой можно поместить в основной трубо­ провод [33]. В случае загрязненного газа лучше применять схему

спарциальным потоком, образованным чистым измеряемым ве­ ществом, например воздухом [37].

Если парциальный поток q в обводной трубке создается за счет динамического напора, без установки сужающего устройства

восновном трубопроводе, то имеем q = ип/, где vn — средняя скорость в обводной трубке, имеющей площадь поперечного сече­ ния / и Q = vcF, где ис — средняя скорость в основном трубопро­ воде, имеющем площадь поперечного сечения JF. После деления

Q на q получим Q = mq, где т = (uc /vn)(F/f).

Таким образом, в этом случае будем иметь прямую пропорцио­ нальность между Q и q при условии постоянства отношения vc /ип.

Погрешность измерения расхода Q с помощью парциальных расходомеров будет выше погрешности измерения парциального расхода q из-за дополнительной погрешности градуировочного коэффициента т. От точности его определения будет в сильной степени зависеть точность измерения Q. Наибольшая точность может быть получена лишь опытным путем, что не всегда, осо­ бенно при больших расходах, выполнимо.

Основная область применения парциальных расходомеров — измерение расхода в трубах большого диаметра, например в водо­ оросительных системах при отсутствии преобразователей расхо­ да большого калибра или при желании иметь сравнительно недо­ рогостоящее средство измерения при допустимости повышенной погрешности результата.

Парциальный метод позволяет с помощью одного серийно из­ готовленного калибра преобразователя измерять расход в трубах разного диаметра, как это имеет место, например, у тепловых пар­ циальных расходомеров. Кроме того, с помощью особых схем [37] парциальный метод позволяет измерять пульсирующие расходы.

Если парциальный поток создается с помощью диафрагмы, ус­ тановленной в основном трубопроводе, то, как было указано выше,

вобводной трубке полезно иметь диафрагму для обеспечения про­ порциональности между расходами Q и q. Но измерять парци­ альный расход q с помощью этой диафрагмы целесообразно разве лишь при пульсирующем расходе. В небольшой обводной трубке можно сравнительно легко сгладить пульсации с помощью не­ больших емкостей. На рис. 30 показана схема парциального рас­ ходомера [37], предназначенного для измерения пульсирующего расхода загрязненного газа. В этом случае парциальный поток создается вспомогательным веществом — чистым воздухом, а диафрагма 8> установленная на обводной трубке, служит лишь для обеспечения пропорциональности между расходом воздуха q

101