Лекция 6 Измерительные преобразователи расхода и количества вещества.

Расход вещества – это количество вещества, проходящее через технический аппарат за единицу времени. Различают два типа приборов: счетчики количества и расходомеры. Часто расходомеры снабжаются интегрирующими устройствами, т.е. одновременно являются и счетчиками. Счетчики бывают скоростные, объемные и весовые. Бывают счетчики жидкости и газа. Наиболее часто применяются скоростные счетчики. Чувствительным элементом в них является крыльчатка или вертушка, помещенная в поток жидкости или газа. Угловая скорость чувствительного элемента пропорциональна средней скорости потока. Количество прошедшего вещества пропорционально числу оборотов чувствительного элемента. С помощью передаточных механизмов типа редукторов число оборотов преобразуется в изменение положения измерительной стрелки. В объемных счетчиках учитывается количество объемов, прошедших через счетчик. Из расходомеров на практике используются: 1) расходомеры с переменным перепадом давлния;2) расходомеры с постоянным перепадом давления;3) напорные трубки и анемометры; 4) ультразвуковые расходомеры; 5) индукционные расходомеры.

Метод переменного перепада давления.

Этот метод широко применяется для измерения расхода жидкостей и газов. Идея метода состоит в том, что на трубопроводе устанавливают сужающее устройство: диафрагму, сопло или трубу Вентури (рис. 35).

а) б) в)

Рис. 35. Сужающие устройства, применяемые для измерения расхода жидкостей и газов: а –диафрагма, б – сопло, в – труба Вентури.

В результате в месте сужения скорость потока увеличивается, а статическое давление уменьшается. Измерение расхода жидкости (газа) сводится к измерению перепада давления на сужающем устройстве дифференциальным манометром.

Рассмотрим среднюю линию тока жидкости, проходящую по оси симметрии. Запишем для нее уравнение Бернулли и уравнение сохранения вещества:

, (1)

. (2)

Рис. 35. Схема измерения расхода дифманометром.

Учитывая, что , из уравнений (1) и (2) получаем для объемного расхода:

=k , (3)

где k – коэффициент, зависящий от конструктивных особенностей прибора.

Любое сужающее устройство представляет возмущение для набегающего потока. В результате часть механической энергии потока переходит в тепловую (диссипация). В результате безвозвратно теряется часть статического давления. На рис. 35 проиллюстрирован данный метод измерения.

Рис. 36. Схема ротаметра

Метод постоянного перепада давления реализован в приборах – ротаметрах (rotate – вращаться). Это коническая полая трубка, сужающаяся вниз, т.е. усеченный конус. Внутри этой трубки помещен ротор-поплавок. В нижнем положении поплавка он плотно прикрывает входное сечение. Жидкость, расход которой контролируется, подается через ротаметр снизу вверх. Под ее напором ротор-поплавок поднимается вверх. Между ним и стенками конуса образуется кольцевой зазор и жидкость устремляется вверх. Высота подъема поплавка зависит от расхода жидкости (газа). Рассмотрим силы, действующие на поплавок: сила тяжести mg, сила давления со стороны потока снизу, сила давления жидкости сверху. Поплавок установится на такой высоте, на которой алгебраическая сумма этих сил обращается в нуль. На поплавок наносятся винтовые линии (винтовая нарезка). Поэтому он вращается и стремится расположиться вследствие этого в центре потока. Это необходимо для повышения точности измерений. В промышленности выпускают десятки типов ротаметров: визуальные и с дистанционной передачей.

Электромагнитные расходомеры применяются для измерения расхода электропроводных жидкостей. На ион, движущийся со скоростью в магнитном поле с индукцией действует сила Лоренца (рис. ). На практике применяется переменное магнитное поле с частотой Гц.

На практике применяются также ультразвуковые расходомеры.