3.3. Расходомеры переменного перепада давления

Расходомеры переменного перепада давления основаны на методе измерения расхода по перепаду давления на сужающем устройстве. На прямом участке трубопровода устанавливают сужающее устройство (диафрагму, сопло и сопло Вентури), создающее местное сужение потока. Вследствие перехода части потенциальной энергии давления в кинетическую энергию потока средняя скорость потока в суженном сечении возрастает и статическое давление в этом сечении становится меньше статического давления перед сужающим устройством. Разность этих давлений зависит от расхода воздуха и измеряется дифференциальным манометром.

На рис. 3.2, а, б, в показаны характер течения потока и распределение статического давления при установке в трубопроводе диафрагмы, сопла и сопла Вентури.

Диафрагма (рис. 3.2, а) представляет собой тонкий диск с круглым от­верстием в центрем, расположенным на оси канала. Сужение пото­ка на­чинается до диафрагмы, и на некотором расстоянии за ней поток

а б в

Рис. 3.2. Типы сужающих устройств:

а – диафрагма; б – сопло; в – сопло Вентури

достигает минимального сечения, после чего он постепенно расши­ряется до полного сечения трубопровода. На рис. 3.2, а сплошная линия показывает распределение давлений вдоль стенки трубопровода, штрихпунктирная − распределение давлений по оси трубы. Так как на вихреобразование затрачивается значительная часть энергии, то имеет место значительная потеря давления. Поэтому давление за диафрагмой полностью не восстанавливается.

Сопло (рис. 3.2, б) выполнено в виде насадка с круглым кон­центрическим отверстием, имеющим плавно сужающуюся часть на входе и цилиндрическую часть на выходе. Профиль сопла обеспечивает достаточно полное сжатие потока, и площадь отверстия цилиндрической части сопла может быть принята равной минимальному сечению потока. Образования вихрей за соплом вызывают меньшую потерю энергий, чем у диафрагмы. Кривые изменения давления вдоль стенки и по оси трубопровода имеют тот же характер, что и для диафрагмы.

Сопло Вентури (рис. 3.2, в) состоит из цилиндрического вход­ного участка, плавно сужающейся части, переходящей в цилиндрический участок, и из расширяющейся конической части − диффузора. Такая форма сужающего устройства обеспечивает потери давления значительно меньшие, чем у диафрагмы и сопла.

Отбор давлений Р₁ и Р₂ у диафрагмы, сопла и сопла Веитури осуществляется отборниками давлений 1 (рис. 3.2, а, б, в).

Массовый расход воздуха через сужающее устройство можно рассчитать по зависимости

, (3.9)

где  − коэффициент расхода;  − поправочный множитель на расширение среды (для несжимаемой жидкости  = 1), F₀ − площадь сечения сужающего устройства; ρ − плотность вещества перед сужающим устройством; ΔP − перепад давления в сужающем устройстве.

В формуле (3.9) коэффициент расхода  является экспериментально определяемой величиной. Поэтому для практического исполь­зования сужающих устройств их следует градуировать для получения градуировочной характеристики М = f(ΔP). Градуировочные характеристики стандартной диафрагмы, стандартного сопла и сопла Вентури могут быть рассчитаны по зависимости (3.9), так как коэффициенты расхода для них определены экспериментальным путем. Стандартным называется сужающее устройство, которое удовлетворяет требованиям «Правил 28-64 измерения расхода жидкостей, газов и паров стандартными диафрагмами и соплами».

Стандартные сужающие устройства могут применяться на трубо­проводах диаметром d ≥ 50 мм. Для трубопроводов меньшего диаметра расчет градуировочной характеристики не представляется возможным, так как существенно возрастают погрешность коэффициента расхода и поправочный множитель на шероховатость.