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

бд,%

Рис. 169. Зависимость погрешности 6? барабанного счетчика жидкости от расхода:

1 — вода; 2 — спирт; 3 — масло малой вязкости; 4 — машинное масло вязкостью 6,8 - 10“5 м2/с; 5 — вода при повышенном трении в приборе

(см. рис. 168) и вызывающих утечку части жидкости из измери­ тельной камеры обратно во внутренний цилиндр. Поэтому при малых расходах кривая 1 поднимается и имеется небольшая по­ ложительная погрешность. При больших же расходах вновь име­ ется небольшой подъем кривой 1 вследствие того, что воздух не успевает выделиться из жидкости и занимает часть объема изме­ рительной камеры. Наконец, при очень большом расходе кривая 1 резко падает, потому что уровень жидкости во внутреннем ци­ линдре повышается и неучитываемая ее часть переливается че­ рез воздушную трубку в камеру 5 и далее в корпус прибора. У спирта, который имеет малое поверхностное натяжение, кривая погрешности 2 близка к горизонтальной. Поэтому, если у воды в диапазоне 100 : 1 погрешность равна ±0,5 % , у спирта она сни­ жается до ±0,2 % (во всяком случае в диапазоне 10 : 1). При вязкой жидкости стенки камер покрываются слоем жидкости и полезный объем их уменьшается. Это приводит к большой поло­ жительной погрешности в начале кривых 3 и 4. Кроме того, уро­ вень во внутреннем цилиндре повышается и при расходах, зна­ чительно меньших, чем у воды или спирта, начинается перетека­ ние неучитываемой жидкости через воздушную трубку в камеру 5, что приводит к резкому падению кривой. Все сказанное прояв­ ляется тем сильнее, чем больше вязкость жидкости. Измерять вязкие жидкости все же можно в уменьшенном диапазоне рас­ ходов, учитывая уменьшение полезного объема камер. Так, по данным [18], можно барабанными счетчиками измерять жидко­ сти, имеющие вязкость до 76 •106 м2/с . Возрастание трения в опорах, равно как и уменьшение плотности жидкости, приводит к возрастанию уровня во внутреннем цилиндре в момент поворо­ та барабана и, следовательно, уменьшению расхода, при котором начинается падение кривой погрешности (кривая 5).

Благодаря хорошим метрологическим характеристикам ба­ рабанные счетчики целесообразно применять во всех случаях,

357

когда требуется высокая точность измерения, а измеряемая жид­ кость находится под атмосферным или небольшим избыточным давлением.

Принципиальная схема барабанного счетчика газа показана на рис. 166, г. Он имеет четыре камеры, измерительный объем которых ограничивается уровнем затворной жидкости (обычно воды), расположенным немного выше оси барабана. Под действи­ ем разности давлений газа на входе и выходе барабан непрерыв­ но вращается. Для увеличения площади проходных отверстий перегородки, разделяющие камеры, дополняют торцевыми поверх­ ностями, близкими по площади к четверти круга. Одна из этих поверхностей направлена в сторону вращения, а другая отогнута

вобратном направлении. Эти поверхности слегка перекрывают­ ся аналогичными поверхностями соседней перегородки, благода­ ря чему образуются большие щели для входа и выхода газа. Ра­ нее газосчетчики с подобными барабанами широко применялись

вкачестве бытовых газосчетчиков и именовались «мокрыми га­ зовыми часами». Затем их заменили на «сухие газовые часы», принципиальная схема которых показана на рис. 166, д. Круг­ лый жестяной диск, прикрепленный эластичными стенками (ме­ хами) из кожи или ее заменителя к основанию, совершает воз­ вратно-поступательное движение, вытесняя определенные объе­ мы газа.

Барабанные же счетчики газа сохранили свое значение для лабораторных работ. У газосчетчиков 1-ГСБ-160 и 1-ГСБ-400 пол­ ные измерительные объемы 2 и 5 л, пределы измерения 0,08-

0,24 м3/ч и 0 ,2 -0 ,6 м3/ч, погрешность ±(0,5-1) % .

15.3.ОСНОВЫ ТЕОРИИ КАМЕРНЫХ СЧЕТЧИКОВ

СДВИЖУЩИМИСЯ РАЗДЕЛИТЕЛЬНЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ

Объем V жидкости, прошедшей через счетчик за время £, опре­ деляется уравнением

V = mVQ+ qty

где VQ — объем жидкости, вытесняемый разделительным эле­ ментом за один цикл или оборот; т — число ходов или оборотов этого элемента за время t; q — объем жидкости, протекающей через зазоры в единицу времени.

Разделив это уравнение на время t, получим выражение для объемного расхода qQ

Яо = nVо + q,

где п = m/t — число ходов или оборотов разделительного элемен­ та в единицу времени.

Счетный же механизм прибора или отсчетное устройство рас­ ходомера покажут: Vn = mnVi; qn = nnV\9 где — объем жидко­

358

сти, учитываемый за одно срабатывание счетного механизма; тп — число срабатываний счетного механизма за время t; п = mn/t.

Обозначим i = т/тп = п/пп — передаточное число редуктора между разделительным элементом и счетным механизмом. Тог­ да, подставляя в выражения для погрешностей измерения 8у = = (Va - V)/V и 69 = (qa - q0)/q0 значения Vn, V, qa и q0 из предыдущих уравнений и учитывая, что q « nVQ9 получим

bv =(V1/iV0)(l-q t/ V )-h 8q =(V1/iV0)(l-q / q 0) - l .

Погрешность показаний зависит от относительной протечки q/qо = qt/V через зазоры. Протечка определяет отрицательный знак погрешности. Путем рационального выбора передаточного числа i можно сместить кривую погрешность и тем уменьшить ее абсолютное значение. Для этого надо положить в предыдущих уравнениях 8V ~ §<7= 0 и определить i из уравнений

i = (Уг/У0) (1 - qt/V) = (Vr/VQ) (1 - q/q),

подставляя сюда некоторое среднее значение протечки q/q в пре­ делах диапазона измерения счетчика. Получить при этом 8у = = 8д = 0 во всем диапазоне измерения нельзя, так как q/q не сохраняется постоянным, а изменяется с расходом. Протечка q зависит от толщины зазоров, вязкости жидкости и перепада дав­ ления с обеих сторон разделительного элемента. Значение же от­ ношения q/q зависит, кроме того, еще и от сил сопротивления движению разделительного элемента. Так, при расходе д, мень­ шем порога чувствительности, протечка через зазоры q = g. При этом 8у = 8q = 100 % . Для уменьшения протечки g толщину зазора Д делают очень малой, так, у ротационных газосчетчиков А = 0,04-5-0,08 мм. Поэтому протечка

g зависит главным образом от вяз­ кости измеряемого вещества. Чем меньше вязкость V, тем больше про­ течка д. Это наглядно видно из рис. 170 [10], на котором даны кри­ вые погрешности счетчика с оваль­ ными шестернями Ш-38 на жидко­ стях различной вязкости, зависящие от протечки д. Чем больше вязкость, тем меньше протечка, а значит, и от­ рицательная погрешность счетчика 8у. Характер же кривых зависит от того, как изменяется с изменением

359

сопротивления Nc = NM+ NT, где NMи Nr — работа сил механичес­ кого и гидравлического сопротивлений. Работа NM определяется силами трения на поверхности разделительного элемента (напри­ мер, трением в зубцах овальных шестерен), в опорах, в передаточ­ ном и в счетном механизмах. Пренебрегая некоторой зависимос­ тью части из этих сил от АрЭ9 может принять, что NM= aw9 где а — постоянная; w — скорость движения разделительного эле­ мента. Работа же Nr определяется силами трения жидкости о поверхность разделительного элемента в зазорах, пропорциональ­ ными скоростями w при ламинарном движении жидкости в за­ зорах, а также силами внутреннего трения перемещаемой жидко­ сти и инерционными силами, пропорциональными ю2. Объеди­ няя для простоты последние две силы и учитывая это соответ­ ствующим значением (лежащим в пределах 1,5-2) степени k при скорости w9получим, что NT= (bw + cuft) w, где ft и с — посто­ янные. Тогда уравнение работы примет вид

9оЛРэ = (а + bw + cwk) w.

Но W= kxTiy где k\ — коэффициент пропорциональности, a qQ= = nVQс погрешностью не более ±(0,5-2) % . Подставляя значения qQи ю в предыдущее уравнение, получим

Арэ = А + Вп + Спк9

где А = aki/V0; в = bkf / VD; С = cfef+1 / V0.

При ламинарном движении исходя из закона Пуазейля про­ течка через зазоры q = &о4Рэ, гДе ^0 — коэффициент пропорцио­ нальности. Следовательно,

q = kо (А + Вп + Спк).

Подставляя это значение в уравнение для qQ9 получим

q/qQ= k0 (А + Вп + Cnk)/[nVQ+ k0 (А + Вп + Спк)].

Дифференцируя это уравнение по л и полагая (q/q0Y= 0, полу­ чим значение п9 при котором будет экстремум кривой

п = [A/(k - 1) С]1/к.

Так как знак второй производной положительный, то найден­ ный экстремум есть минимум кривой. Следовательно, относи­ тельная протечка q/qQвначале с ростом qQубывает, а затем после достижения некоторого расхода qom начинает возрастать. Решая совместно последние два уравнения, получим выражение для определения qom

дот = kk0A/(k - 1) + (VD+ kB) [A/(k - 1)

Показанные выше уравнения позволяют охарактеризовать вид зависимости q/qQи 8^ от расхода qQ. Чем больше механические

360