6.3. Измерение расхода по перепаду давления в дроссельных устройствах

Одним из широко распространенных способов измерения расхода жидкостей, газов и пара является метод измерения расхода по перепаду давления в дроссельных устройствах [7].

При протекании вещества через дроссельное устройство создается перепад давления Δp, зависящий от скорости потока и, следовательно, расхода жидкости. Перепад давления в дроссельном устройстве измеряется с помощью дифференциального манометра. Численная величина расхода может быть определена по перепаду давления расчетным путем. В качестве дроссельных устройств обычно применяют диафрагмы, сопла и трубы Вентури.

Дроссельные устройства устанавливаются в трубопроводах круглого сечения d ≥ 50 мм (тогда не требуется тарировка), но d ≤ 700 мм (чтобы не учитывать силу тяжести). Измеряемое вещество должно заполнять все сечение трубопровода, поток в трубопроводе должен быть установившимся.

Диафрагма (мерная шайба) (рис. 30) представляет собой тонкий диск с отверстием круглого сечения, центр которого лежит на оси трубы.

Рис. 30. Установка диафрагмы в трубопровод: 1 – трубопровод, 2 – диафрагма, 3 – отверстия для подключения дифманометра

Сопло (рис. 31) состоит из входной, профилированной и цилиндрической частей.

Рис. 31. Установка сопла в трубопроводе: 1 – трубопровод, 2 – сопло

Труба Вентури (рис. 32) состоит из сужающейся части, аналогичной соплу, переходящей в короткий цилиндрический участок, и из расширяющейся части – диффузора.

Рис. 32. Труба Вентури: 1 – трубопровод, 2 – сопло, 3 – диффузор

Уравнения расхода для жидкости имеют следующий вид:

, кг/с,

, м³/c,

где G – весовой расход жидкости, кг/с;  – коэффициент расхода, который определяется экспериментально; g – ускорение свободного падения; F₀ – площадь сечения отверстия дроссельного устройства при температуре измерения t, м²;  - плотность, кг/м³; P₁, P₂ – давления до и после дроссельного устройства, Па; G₀ = G_м/.

Значения коэффициента расхода  зависят от плотности вещества, вязкости, скорости потока, площади сечения отверстия дроссельного устройства, площади сечения трубопровода, шероховатости стенок трубы.

При увеличении площади сечения отверстия дроссельного прибора коэффициент расхода возрастает. Он же обычно возрастает и при увеличении относительной шероховатости, т.е. отношения средней высоты выступов внутренней стенки трубы  к ее диаметру d.

Уравнения расхода для газа и пара отличаются от уравнений для жидкости только поправочным множителем на расширение измеряемой среды , обусловленным тем, что плотность газа или пара изменяется при прохождении через дроссельное устройство:

, кг/с,

, м³/c.

Для сопел и труб Вентури он может быть рассчитан, а для диафрагм – определяется экспериментально. Величина  зависит от типа дроссельного прибора и от отношения F₀/F (F₀ – площадь сечения отверстия дроссельного устройства к площади сечения трубопровода).

6.4. Скоростные и объемные расходомеры

Расходомеры этого типа часто называют счетчиками. Применяются для измерения расхода воды, нефти, бензина и других жидкостей.

Для воды – используют, главным образом, скоростные расходомеры (простота конструкции, надежность, невысокая стоимость). Принцип работы – жидкость протекает через прибор с некоторой скоростью, приводит во вращение вертушку, число оборотов которой пропорционально скорости потока, а следовательно, к количеству протекающей жидкости.

Объемные расходомеры бывают поршневые или дисковые.

Принцип действия: жидкость заполняет некоторый объем, приводит в движение поршень или диск, соединенные со счетным механизмом. Счетчик учитывает число заполнений за данный промежуток времени, а следовательно, и количество протекающей жидкости через прибор.