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

Температура окружающей среды, °С:

Функциональные возможности прибора «Взлет РСЛ»: измерение уровня, расхода и объема жидкости в самотечных

водоводах; архивирование измеренных значений в архивах: часовом (за

2 месяца), суточном (за 2 месяца), месячном (за 2 года), с про­ граммируемым интервалом от 2 до 60 мин (70 тыс. записей), а также отказов и нештатных ситуаций;

представление измерительной информации на встроенном дисплее, в виде токовых сигналов (0-5; 0-20; 4-20) мА, через по­ следовательный интерфейс RS485 или RS232, через программи­ руемые релейные выходы (восемь выходов).

Особенностями такого прибора являются: наличие оператив­ ного ввода расходной характеристики на объекте; отсутствие ус­ покоительных устройств; отсутствие воздействия конденсата и загрязнения датчика на работу прибора вследствие его регуляр­ ной самоочистки; сигнализирование достижений заданных уров­ ней (восемь значений).

Весьма распространен гидростатический метод, при котором измеряется давление р 9 создаваемое столбом жидкости высотой h. Это давление р = gph. У отверстий истечения, обеспечивающих пропорциональность между объемным расходом qQи высотой /г, т. е. удовлетворяющих уравнению q0 = kh9 где k — постоянный

287

множитель, при гидростатическом методе существует линейная зависимость между массовым расходом qM и давлением р , т. е.

Ям = QoP = bhp = kp/g.

Пример устройства щелевого расходомера для измерения рас­ хода газонасыщенной нефти [1] дан на рис. 128. Нефть по трубе 1 поступает тангенциально в сепарационную камеру 2, где проис­ ходит разделение фаз. Жидкость опускается в сосуд 4, снабжен­ ный успокоительной перегородкой 3, и вытекает через щелевое отверстие 7 в нижнюю часть емкости б. Газ же в сепарационной камере поднимается вверх и по трубе 8 переходит в нижнюю часть емкости б, где вновь смешивается с нефтью и вместе с ней уходит по трубе 5. Измерение уровня в сосуде 4 можно выпол­ нять различными способами. При гидростатическом методе один конец дифманометра присоединяется к нижней, а другой — к верхней части сосуда 4 .

Харьковское ОКБА НПО «Химавтоматика» изготовляло пре­ образователи расхода типа ПРЩ с профилированной щелью, обес­ печивающей пропорциональность между qQ и h. Дифманометр с пневматическим выходным сигналом 20-100 кПа измеряет давление воздуха в пьезометрической трубке, равное гидростати­ ческому давлению столба жидкости высотой h. Расход продувае­ мого воздуха не более 0,8 л/мин. Изготовляют три типоразмера ПРЩ: на расходы 1,0-1,6 т/ч при Артах = 0,64-Ю,7 кПа, на расхо­ ды 2,5-6,3 т/ч при Дртах = 1,1+1,6 кПа и на расходы 10-30 т/ч при АРтах = 2,1+2,2 кПа. Класс то ч н о с ти первых двух 4, последне­ го 2,5. Расходомеры пригодны для некристаллизующихся агрес­ сивных жидкостей, имеющих плотность от 970 до 1800 кг/м3, вяз­ кость не более 0,01 Па •с и температуру до 70 °С.

Погрешность измерения. Исходя из уравнения уровня полу­ чим уравнение средней квадратической погрешности c q щелево­ го расходомера с отверстием истечения по рис. 124

Од = 5о[(Дс/ с)2 +(Да/ а)2 +(ДЛ / Л)2 +(Ag / g)2^ .

Погрешность Дс постоянной с профиля отверстия истечения зависит от: отклонения реального профиля от идеального, неточно­ сти изготовления и изменения профиля в процессе эксплуатации. Составляющая Ас/с от первой причины не превышает ±0,5 % (см. рис. 125). Погрешность от неточности изготовления зависит от жесткости допусков (особенно на ширину щели х). При х = 10 мм и погрешности Ах = 0,05 мм соответствующая составляющая Ас/с = 0,5 % .

Вследствие малой скорости входа жидкости износ входной кромки должен быть незначительным. Более опасно искажение профиля из-за осаждения на нем посторонних частиц, например, при измерении расхода парафинистой нефти. В этом случае не­ обходима периодическая очистка отверстия.

288

Погрешность Дсс/а можно оценить значениями ±(1-ь1,5) % . Но при экспериментальной градуировке расходомера фактичес­ ки будет определяться не а, а произведение ас и, следовательно, будет влиять общая Дас, а не отдельные погрешности Да и Дс.

Исходя из класса уровнемера 1-1,5 получим погрешность Ah/h = = (1-ь1,5)(Лтах/А) % . Погрешностью Ag можно пренебречь. В ре­ зультате при тщательной градуировке и учете изменения произ­ ведения ас с высотой h общая погрешность измерения не пре­ взойдет 1 % , но без этого учета она может достичь 1,5-2 % .

Для прямоугольного отверстия истечения (рис. 123, а) уравне­ ние для погрешности будет иметь вид

•[(Да/ а)2 + (ЛЬ/ Ь)2 + (ЗДЛ / 2 h f + (Дg/ 2g)2]°’5.

Относительно погрешности Да/а справедливо все сказанное ра­ нее. Погрешность же АЬ/Ъ меньше погрешности Дс/с, так как у прямоугольного профиля нет разницы между идеальной и ре­ альной формами отверстия, а изготовление его проще. Влияние погрешности Ah здесь несколько больше, чем у профиля Сутро, из-за множителя 3/2.

13.5.РАСХОДОМЕРЫ С ПОДВИЖНЫМ СОСУДОМ

Ущелевых расходомеров с подвижным сосудом, непрерывно заполняемым жидкостью, измеряется масса камеры, из которой жидкость вытекает через отверстие в дне или в боковой стенке. При надлежащей форме сосуда можно получить линейную зави­ симость между массой жидкости т в сосуде и расходом [1, 2].

На рис. 129 показаны четыре разновидности подвижных сосу­ дов. Три из них (рис. 129, а—в) имеют щелевые отверстия истече­ ния в одной из боковых стенок. У одного (рис. 129, г) круглое отверстие истечения находится в дне. У всех сосудов две боковые стенки параллельны и расположены на расстоянии Ск друг от друга.

Чтобы обеспечить пропорциональность между массовым рас­ ходом qm u т в сосуде (рис. 129, а) с прямоугольным отверстием, надо две параллельные боковые стенки выполнить в виде парабо­ лических сегментов, у которых ширина 2JCK связана с высотой h зависимостью хк = 2pch> где рс — параметр параболы.

Тогда массу жидкости т в сосуде, заполненном до высоты Л, найдем из уравнения

h

О

Из последних двух уравнений получим

289

19 П. П. Кремлевский

Рис. 129. Подвижные сосуды расходомеров перемен­ ного уровня

m = 4y[2p^(iCKh3/2 /3.

Решая это уравнение и учитывая, что qm= g0p, найдем qm = акт,

где k = byfg /2СкЛ[р^.

Если отверстие истечения выполнено в соответствии с рис. 124, б и его ширина 2х связана с высотой зависимостью 2х = c\h, то сосуд должен иметь постоянную по высоте площадь F = СкСх. Тогда т - рhCKCi и следует

qm = окт,

где ft = 71Cyfg /л[2СКСг.

На рис. 129, в показан сосуд с отверстием истечения парабо­ лической формы, построенным по уравнению х 2 = 2рф у где р$ — параметр параболы. Подставляя это значение х в формулу и ин­ тегрируя его, получим

Qo= Sajgp^h2/ 3.

Две боковые стенки сосуда имеют форму треугольников, пло­ щадь F которых связана с высотой h зависимостью F = tg (|3/2)Л2.

Очевидно, что масса т и высота Л жидкости связаны уравне­ нием

m = pCKtg(0/2)A 2.

Решая совместно два последних уравнения, получим

Ят = о km,

290

где k = sJgpQ / 3-/2CKtg (Р/ 2).

Если круглое отверстие площадью F находится в дне сосуда (рис. 129, г), то уравнение расхода имеет вид

q0 = a ljig h .

Для получения пропорциональности между дт и т надо, что­ бы объем камеры, а значит, и площадь Fc боковых ее стенок из­ менялись пропорционально Л0,6. Для этого требуется ширину 2хк этих стенок изменять по закону хк = &СЛ-0, , где kc — величина постоянная. Тогда массу т найдем из уравнения

h

m = p j CKftc/i_0’5dft = 2pCKkch0'5.

О

Решая его совместно с уравнением расхода, получим

Qm = сект,

где k = F-Jg />/2^ 0,5.

Из рассмотренных разновидностей наиболее целесообразны пре­ образователи по рис. 129, а й в благодаря простоте изготовления отверстия истечения у первого и сосуда у второго. Но у них в нижней части отверстий образуется порог — источник нелиней­ ности в начале шкалы прибора. Для уменьшения зоны нелиней­ ности рекомендуется уменьшать ширину b щели у первого сосу­ да. У второго же сосуда следует делать дно камеры в виде парабо­ лического сегмента, что исключает образование порога, а параметр параболы ро брать меньше 0,5. Недостаток преобразователя с от­ верстием истечения в дне (рис. 129, г) — образование над этим отверстием воронки при малой высоте Л. Надо, чтобы Л > 3d, где d — диаметр отверстия истечения, но при этом уменьшается диа­ пазон измерения. Кроме того, изготовление его профильных сте­ нок сложно.

Средняя квадратическая погрешность cqm расходомера с по­ движным сосудом имеет вид

cqm = 5о|(Да/а)2 +(Ak/k)2 +(AT7I/ T7I)2J .

Сказанное ранее о погрешности Да остается справедливым и в этом случае. Погрешность М зависит от точности изготовления измерительного сосуда и при надлежащих допусках может быть уменьшена до незначительного значения.

Наибольшее значение имеет погрешность Дт измерения мас­ сы жидкости. Она зависит не только от метода измерения и клас­ са точности измерительного устройства. На нее могут влиять так­ же: удар струи входящей жидкости, реакция вытекающей струи, отложения на стенках камеры, жесткость присоединительных труб,

19* 291