12.4 Пневмометричний метод вимірювання витрати і вхідні вимірювальні пристрої

Витрата рідини або газу визначається пневмометричним методом шляхом вимірювання динамічного тиску як різниці між повним і статичним тиском, тобто

Pд = Pп –Рс .

(12.28)

Для вимірювання динамічного тиску застосовують, наприклад, комбіновані насадки Піто–Прандтля і мікроманометри або диференціальні манометри. За виміряним динамічним тиском визначається швидкість рідини або газу з рівняння Бернуллі

Pд ,

(12.29)

звідки швидкість незбуреного потоку в точці вимірювання дорівнює

,

(12.30)

де – швидкість рідини або газу, м/с; – густина рідини або газу в робочих умовах, кг/м³.

З метою врахування додаткових похибок, що виникають при вимірюванні динамічного тиску пневмометричними насадками в формулу (5.30) вводять поправочний коефіцієнт (коефіцієнт насадки) k_н.

Швидкість виміряна пневмометричним методом, відповідає місцевій швидкості потоку в точці, де розміщений пневмометричний насадок. Для визначення витрати необхідно знати середню швидкість потоку. Існує декілька методів визначення середньої швидкості потоку, найбільш придатним і точним з яких є такий.

Поперечний переріз трубопроводу розбивають на концентричних рівновеликих площадок, в певній точці яких вимірюється динамічний тиск і визначається місцева швидкість потоку. Ця швидкість приймається за середню швидкість на виділеній площадці. Тоді середня швидкість потоку в перерізі трубопроводу дорівнює

υср ,

(12.31)

де , , …, – швидкості потоку на виділених площадках.

Об’ємна витрата рідини або газу визначається рівнянням

Q = Sυср ,

(12.32)

де – площа поперечного перерізу трубопроводу.

Враховуючи формулу (12.30), об’ємну витрату можна визначити через динамічний тиск

.

(12.33)

Пневмометричний метод вимірювання витрати, маючи ряд пози-тивних якостей, вимагає значних затрат часу і великої лічильної роботи, а також застосування приладів високої точності для вимірювання динамічного тиску. Тому цей метод використовується для вимірювання витрат рідин і газів при дослідженнях робочих процесів і випробуваннях устаткування енергетичних установок.

Вхідні вимірювальні пристрої (колектори) можуть відноситися до витратомірів змінного перепаду тиску. Їх розміщують на трубопроводах, в яких рідина або газ надходять з великого об’єму, де швидкість потоку можна вважати нульовою. Колектори виконують з плавним входом, що забезпечує рівномірний розподіл швидкості і тиску в перерізі (рис. 12.12).

Рівняння Бернуллі для виділених перерізів І – І і ІІ – ІІ без врахування втрати тиску записується так

.

(12.34)

Якщо , то з рівняння Бернуллі виходить

,

(12.35)

а швидкість потоку дорівнює

.

(12.36)

Об’ємна витрата визначається формулою

Q = αкSк .

(12.37)

В формулі (5.37) α_к є коефіцієнтом витрати, який враховує гідравлічний опір колектора. Для колекторів, які виготовляються з твірною по лемніскаті α_к = 0,98…0,99. Іноді колектори виготовляють з твірною по радіусу. Ці колектори для визначення коефіцієнта витрати необхідно градуювати.