Расходомер переменного перепада давления

Расходомеры переменного перепада давления – это наиболее широко распространённый тип расходомеров, используемых для измерения расхода жидкости, газа или пара. Они измеряют расход косвенно при помощи создания и измерения перепада давления посредством препятствия, установленного в потоке [3].

Этот метод измерения расхода отличается простотой, надёжностью и предлагает большую гибкость по сравнения другими методами. Такие расходомеры почти всегда состоят из двух элементов: первичного устройства и вторичного преобразователя. Первичное устройство располагается в трубопроводе для того, чтобы перекрыть часть проходного сечения потоку и создать перепад давления. Вторичный преобразователь измеряет этот перепад давления и обеспечивает возможность отображения или формирование сигнала измерительной информации о расходе [3]. Используя хорошо известные коэффициенты пересчёта, зависящие от типа сужающего устройства и диаметра трубы, измерение перепада давления может быть переведено в измерение объёмного расхода.

Из уравнения неразрывности, подразумевая плотность постоянной (несжимаемая жидкость), получаем:

где F– поперечное сечение трубы;

V– скорость потока.

Это уравнение одно из наиболее важных в механике жидкости. Оно демонстрирует, что для стабильного однородного потока результатом уменьшения диаметра трубы является увеличение скорости жидкости [3].

Сущность измерения расхода по методу переменного перепада давлений

Измерение расхода по этому методу основано на измерении потенциальной энергии (статического давления) веще­ства, протекающего через местное сужение в трубопроводе. В измерительной технике сужающими устройствами (первич­ными преобразователями) служат диафрагмы, сопла и сопла Вентури. Из этих трех типов сужающих устройств чаще применяется диафрагма [4], так как является наиболее простой.

Диафрагма (рис.1) представляет собой тонкий диск, установленный в трубопроводе так, чтобы его отверстие было концентрично внутреннему контуру сечения трубопровода. Сужение потока начинается до диафрагмы и продолжается на некотором расстоянии за ней, благодаря действию сил инерции. При этом поток сужается до минимального сечения, а далее постепенно расширяется до полного сечения трубопровода. Перед диафрагмой и за ней образуются зоны с вихревым движением, причем зона вихрей за диафрагмой больше, чем перед ней.

Рис .1. Характер потока и график распределения стати­ческого давления при установке сужающего устройства в трубопроводе

Давление струи около стенки трубопровода несколько воз­растает из-за подпора перед диафрагмой и понижается до мини­мума за диафрагмой в наиболее узком сечении струи. Далее по мере расширения струи давление потока около стенки снова повышается, но не достигает прежнего значения.

Потери части давления Р_п объясняются главным образом потерей энергии на трение и завихрения.

Разность давлений (P'₁— P'₂) является перепадом, зависящим от расхода среды, протекающей через трубопровод. В самом узком сечении потока величина статического давления составляет значение Р₂^'. Однако, вследствие того, что заранее не известны координаты за сужающим устройством, где наблюдается минимальное давление P'₂, на практике перепад измеряется между давлениями P₁ и P₂, сразу до и после сужающего устройства. Для установления зависимости расхода вещества от перепада давлений, возникающего на сужающем устройстве, используют практические зависимости:

объёмный расход ,

массовый расход ,

где Q –объемный расход вещества; Q_м –массовый расход вещества;

 – коэффициент расхода вещества; F₀ – площадь отверстия диафрагмы;  – плотность измеряемого вещества; Р₁ – давление вещества непосредственно у стенки трубопровода до сужающего устройства; Р₂ – давление вещества непосредственно у стенки трубопровода после сужающего устройства.

При измерении расхода по методу переменного перепада давлений протекающее вещество должно целиком заполнять все сечение трубопровода и сужающего устройства; поток в трубопро­воде должен быть практически установившимся; фазовое состоя­ние веществ не должно изменяться при прохождении через су­жающее устройство (жидкость не должна испаряться, пар должен оставаться перегретым и т. п.) [4].