2.Расходомеры с гидравлическим сопротивлением

Потеря давления в гидравлическом сопротивлении любого типа зависит от расхода. Поэтому, измеряя перепад давления, существующий с обеих сторон гидравлического сопротивления, можно судить о расходе. Для практических целей нашли применение лишь сопротивления, работающие в условиях ламинарного режима. Их существенным преимуществом является возможность получения линейной зависимости между расходом Q и перепадом Δр, если будут исключены или существенно снижены те части перепада, которые связаны с потерями на входе в сопротивление.

Основным типом сопротивления, обеспечивающим ламинарный режим движения, является одна или несколько капиллярных трубок, включенных параллельно. Преобразователи с капиллярными трубками удобны для измерения весьма малых расходов жидкостей и газов порядка десятков и сотен л/ч и менее. Сравнительно редко при более значительных расходах применяются другие сопротивления, например в виде стеклянных пористых дисков, пористой набивки из тонкой медной стружки, заполняющей небольшой участок трубопровода между двумя металлическими сетками, или же калиброванных металлических или стеклянных шариков, также заполняющих этот участок трубы.

Как известно, ламинарное движение в трубе имеет место при числах Re ≤ 2300. Отсюда получаем зависимость

d_min≥ 0,554∙10^-3Q_maxρ/μ,

из которой можно определить или максимальный объемный расход Q_max для трубки данного диаметра, или же минимально допустимый диаметр d_min трубки для заданного расхода. Зависимость Qот ∆р при длинных капиллярах будет приближаться к линейной, а при коротких – к квадратичной. Чтобы получить шкалу прибора близкой к линейной, нужно иметь длину ℓ в несколько сот раз (200 – 300) больше диаметра капилляра d. Рассчитать потерю давления ∆р теоретическим путем нельзя главным образом из-за невозможности измерить с необходимой точностью диаметр капилляра, поэтому капилляры должны подвергаться индивидуальной градуировке.

Основное применение капиллярные преобразователи имеют для измерения малых расходов. Но путем установки в трубопровод пучка параллельных капилляров осуществляется измерение расходов жидкости вплоть до 1500 – 2000 кг/ч. в виду того, что вязкость жидкостей существенно меняется с температурой, принимают меры для ее компенсации или стабилизации. Чаще всего капиллярный преобразователь расхода помещают в водяной термостат. Применение ряда последовательно установленных пористых шлаковых перегородок позволяет получить очень широкий диапазон измерения, составляющий 0,8 – 100 см³/с при пористых перегородках из стекла и 15 – 450 см³/с – при бронзовых пористых перегородках. Различные материалы дают разные размеры пор в пределах от 10 до 250 мкм. При больших размерах линейная зависимость между расходом и перепадом нарушается.

Рассматриваемые приборы имеют по сравнению с остальными расходомерами переменного перепада давления больший диапазон измерения и, кроме того, лучше подходят для измерения пульсирующих расходов.

3.Центробежные расходомеры

Центробежными преобразователями расхода являются закругленные участки трубопровода, например колена, создающие перепад давления на внешнем и внутреннем радиусах закругления последнего в результате действия центробежной силы в потоке (рис. 54).

Центробежный преобразователь расхода вместе с дифференциальным манометром, измеряющим создаваемый перепад давления, образуют центробежный расходомер. Основное применение центробежные расходомеры получили при измерении расхода воды.

Заманчивость применения центробежного расходомера состоит в том, что не требуется вводить в трубопровод какие-либо дополнительные устройства, например диафрагмы или сопла, а можно воспользоваться уже имеющимся коленом. Но в этом случае, учитывая нестандартность колен, надо либо проводить индивидуальную градуировку, что далеко не всегда возможно, либо мириться со значительной возможной погрешностью измерения, доходящей до ±5% и более.

Для возможности точного измерения расхода с помощью центробежного расходомера без индивидуальной градуировки проводят стандартизацию колен или обеспечивают точное измерение радиуса кривизны колена R₀ и его внутреннего диаметра D. Необходимо измерять R₀ с погрешностью не более ±0,5% и D с погрешностью не более ±0,15%. В этом случае можно рассчитывать на снижение погрешности до ±(1 – 2 )%.

Перепад давления, создаваемый коленом, тем больше, чем меньше R₀/D. При наиболее часто встречающихся R₀/D от 1 до 1,5 перепад в колене значительно меньше, чем в диафрагме, но больше, чем в напорной трубке. Он примерно равен перепаду в сопле или трубе Вентури при d/D = 0,8.

Наряду с коленом в качестве преобразователя расхода применяют кольцевой участок трубы с отбором давлений р₁ и р₂ в сечении, лежащим под углом = 180° к начальному сечению кольцевого участка. При этом средняя погрешность измерения равна 0,6%. Кольцевой преобразователь требует меньших длин прямых участков по сравнению с коленом.