Тверской государственный технический университет

Кафедра АТП

Лабораторная работа Изучение и поверка скоростного счетчика жидких сред

Тверь 2009

Цель работы: изучение принципа действия, схемы и конструкции скоростного счетчика жидких сред, а также изучение методики его поверки.

Задание на работу:

1. изучить принципа действия, схем и конструкций скоростных счетчиков жидких сред;

2. изучить методику поверки скоростного счетчика жидких сред;

3. выполнить поверку скоростного счетчика жидких сред;

4. составить отчет по лабораторной работе.

Назначение и принцип действия скоростных счетчиков жидких сред

Счетчиком жидких или газообразных сред называют средство измерений, предназначенное для получения измерительной информации о количестве (массе или объеме) этих сред за некоторый промежуток времени.

Скоростные счетчике являются в настоящее время широко распространенными средствами измерений объемов, особенно жидких сред.

Принцип действия скоростных счетчиков основан на зависимости числа оборотов в единицу времени специальной турбинки, размещенной в потоке вещества, протекающем через трубопровод, от скорости этого потока:

n=kW ,(1)

где n – число оборотов турбин в единицу времени;

k - коэффициент пропорциональности;

W - средняя скорость потока в сечении, в котором размещена турбинка.

Объемный расход Q вещества через счетчик описывается выражением:

Q=WF ,(2)

где F – площадь поперечного сечения счетчика.

Из выражений (1) и (2) находим:

.(3)

Объемный расход определяется как объем вещества, протекающего через данное сечение какого либо канала в единицу времени t. Он может быть описан выражением:

.(4)

С учетом (4) выражение (3) можно записать в виде:

.(5)

Интегрируя выражение (5) в интервале времени t₁-t₂, получим:

, ,(6)

где - разность показаний счетчика в интервале времени или число оборотов турбинки в этом интервале;

- постоянная счетчика, определяющая объем вещества, приходящийся на единицу показаний счетчика.

Наиболее распространенными являются скоростные счетчики с тангенциальной и аксиальной турбинками.

Схема скоростного счетчика с тангенциальной турбинкой показана на рис. 1а. Здесь поток вещества поступает тангенциально в корпус 1 счетчика, во внутренней полости которого размещена турбинка 2. Ось этой турбинки соединена с осью 3 механического счетного устройства 4. Последний содержит механический десятичный счетчик 5 и циферблат 6. По механическому десятичному счетчику 6 отсчитывается число оборотов аксиальной турбинки, а по циферблату – доли одного оборота.

Счетчики с тангенциальной турбинкой выпускаются с диаметром условного прохода 15-40 мм, верхним пределом измерений по расходу 3-20 м³/ч и классами точности 1-3.

Схема скоростного счетчика с аксиальной турбинкой показана на рис. 1б. Здесь внутри корпуса 1 размещена турбинка 2 горизонтально на оси 10 в подшипниках 9, установленных на опорах 8. Турбинка выполнена в виде многозаходного винта, а ось 10 через механическую передачу 7 соединена с осью 3 счетного механического устройства 4. Под действием потока вещества аксиальная турбинка приобретает вращательное движения, которое передается механическому счетному устройству. Выпускаются счетчики с аксиальной турбинкой, скорость вращения которой, с помощью различных электрических тахометров преобразуется в электрический сигнал. Такие счетчики позволяют измерять как объем, так и объемный расход вещества. Они называются турбинными расходомерами.

Счетчики с аксиальной турбинкой выпускаются с диаметром условного прохода 50-300 мм для измерения количества вещества при расходах 3-1300 м³/ч и классами точности 1; 1,5; 2.

Описание лабораторного стенда

Экспериментальная часть данной лабораторной работы состоит в поверке скоростного счетчика с тангенциальной турбинкой, который является одним из основных средств коммерческого учета воды. Схемы стенда для поверки такого счетчика показана на рисунке 2, а общий вид стенда – на рис. 3.

Установка содержит скоростной счетчик1, снабженный устройством для удаленного считывания сигнала 2, ротаметр 3 для измерения расхода жидкости, образцовый мерник 4 второго разряда вместимостью 50 дм³, с горловиной 5, снабженной уровнемерной трубкой 6 со шкалой 7. Последняя укреплена на горловине так, что средняя ее отметка 8 соответствует номинальной вместимости мерника (50 дм³).

Перечисленные средства измерений соединены между собой соответствующими трубопроводами. В качестве поверочной жидкости в установке используется вода. Устройство для удаленного считывания сигнала представляет собой счетчик импульсов, которые формируются счетчиком жидкости при протекании через него 10 литров жидкости.

Работа поверочной установки осуществляется следующим образом. Вода через открытый кран Кр1 поступает в фильтр Ф, где очищается от механической примеси, а затем через вентиль Вн поступает в поверяемый счетчик. Значение расхода воды через счетчик устанавливается с помощью вентиля Вн и определяется по показаниям ротаметра 3. Из ротаметра вода поступает в образцовый мерник 4. При закрытом кране Кр2 вода постепенно накапливается в мернике. Опыт при принятом расходе воды проводится до тех пор, пока уровень воды в горловине 5 мерника 4 не достигнет средней отметки 8, что фиксируется с помощью уровнемерного стекла 6. Трубопровод 9 служит для отвода воды в канализацию при случайном переполнении мерника. Для слива воды из мерника после завершения очередного опыта (пропуска воды через счетчика) служит кран Кр2, через который вода стекает в канализацию.

Порядок выполнения работы

Поверка скоростного счетчика с тангенциальной турбинкой осуществляется в соответствии ГОСТ 8.156-83 «Счетчики холодной воды. Методы и средства поверки». В соответствии с этим стандартом данный счетчик с диаметром условного прохода равным 15 мм, должен поверятся при трех значениях расхода воды: минимальном равным 0,06 м³/ч; переходном равном 0,15 м³/ч и номинальном - 1,5 м³/ч. Такие значения поверочных расходов устанавливаются стандартом с учетом того, что максимальный расход воды через данный счетчик может составлять 3 м³/ч.

Так как минимальный расход через счетчик очень мал, то ее пропускание для заполнения мерника вместимостью 50 литров составляет около часа, что затрудняет выполнение лабораторной работы за 2 академических часа. Поэтому в данной лабораторной работе поверка счетчика ограничена трехкратным пропусканием воды с номинальным расходом Q_Н и однократным – при переходном значении расхода .

Каждое пропускание воды через счетчик осуществляется в следующем порядке.

1. С помощью вилки 10 подключить стенд к сети электропитания, а с помощью тумблера 11 подать напряжение питания к стенду (рис. 3)

2. Открыть кран Кр2 и слить воду из мерника, если она там осталась после предшествующего выполнения лабораторной рабты.

3. Открыть кран Кр1, а затем с помощью вентиля Вн установить номинальное значение объемного расхода Q_Н воды через счетчик, наблюдая за показаниями ротаметра 3. Результаты измерений занести в графу 2 таблицы.

4. Закрыть кран Кр1 и считать показания счетчика (рис. 1) по индикаторному устройству механического десятичного счетчика 5 и стрелочному указателю циферблату 6. Результат считывания занести в графу 4 таблицы.

5. Закрыть кран Кр2 и открыть кран Кр1. При этом вода начинает протекать через счетчик.

6. В процессе пропускания воды через счетчик наблюдать за положением уровня воды в уровнемерном стекле, а когда этот уровень достигнет средней отметки 8 (рис. 3) закрыть кран Кр1 и определить по шкале 7 действительное значение объема воды, прошедшей через счетчик при i-том испытании. Результаты измерений занести в графу 3 таблицы.

7. Считать новые показания счетчика по индикаторному устройству и стрелочному указателю и результаты занести в графу 5 таблицы.

8. Операцию по пункт 2-6 повторить 3 раза, а результаты этих измерений занести в таблицу.

9. Операции по пункт 2-6 выполнить, установив с помощью вентиля Вн переходное значение расхода воды через счетчик, а результаты этого испытания занести в таблицу.

10. По показаниям счетчикам и для каждого из приведенных испытаний вычислить объем воды по формуле

,(7)

где c – постоянная счетчика, равная 1

Значения занести в графу 6 таблицы.

11. Вычислить относительную погрешность измерений по формуле

.(8)

Результаты вычислений занести в графу 7 таблицы.