5.Расходомеры с напорным усилителем

Напорные усилители – это напорные устройства чувствительные к малым скоростям. Обычно напорные усилители являются комбинацией сужающих устройств и напорных трубок.

Основным элементом напорных усилителей является маленькая трубка Вентури, занимающая только незначительную часть сечения трубопровода. В горле трубки Вентури статическое давление существенно падает. Это давление в качестве минусового давления подводится к дифманометру; полюсовое же давление либо берется на входе в трубку Вентури, либо же для этой цели рядом с ней устанавливается трубка Пито, и тогда преобразователь расхода называется трубкой Пито-Вентури.

На рис. 58 показано распределение давления по длине трубки Вентури, установленной в свободном потоке. Так как трубка оказывает сопротивление р проходу потока, то при входе в нее образуется повышение давления. Поэтому начальное давление в трубке р₁ = р₀ + р, где р₀ – давление окружающего потока. Поэтому скорость входа v₁ в трубку будет меньше скорости v₀ окружающего потока в соответствии с уравнением:

,

где ξ_т – коэффициент потери давления, отнесенный к перепаду давления Δр = р₁ – р₂ в трубке Вентури.

Решая это уравнение совместно с уравнением

v₁= am ,

справедливым для любого сужающего устройства, найдем в зависимости от m и ξ отношение скоростей v₁/v₀ и коэффициент усиления k, являющийся отношением ∆р к ,

; k=.

С уменьшением m коэффициент усиления k возрастает, достигая значений 6-7, а иногда и более при m, лежащем около 0,1. При дальнейшем уменьшении m коэффициент k падает, потому что скорость v₁ стремится к нулю и коэффициент потери давления _Т возрастает.

Чтобы получить еще более значительный коэффициент усиления, порядка 15-20, применяют двухступенчатую трубку Вентури или двухступенчатую трубку Пито-Вентури (рис.60). здесь внутри небольшой трубки Вентури устанавливается вторая еще более малая трубка Вентури, входное или выходное отверстие которой совпадает с горлом первой трубки. Минусовое давление отбирается из самой узкой части второй трубки и плюсовое – из особого отверстия, направленного навстречу потоку, как в трубке Пито. Добавление трубки Пито к одно- или двухступенчатой трубке Вентури увеличивает коэффициент усиления только на единицу. Кольцо, расположенное снаружи трубки у выходного ее конца, можно перемещать и при этом несколько изменять коэффициент усиления трубки.

Коэффициент усиления k зависит не только от m и _Т, но и от , а значит , и от числа Re. При малых Re коэффициент k падает, причем особенно сильно в двухступенчатых трубках Вентури. Если вместо внутренней трубки Вентури применить диафрагму с двойным скосом и дополнительным диффузором, как показано на рис.61, то зона постоянства k увеличивается в область малых чисел Re, но максимальное значение k уменьшается. Если убрать диффузор у диафрагмы, то зона постоянства k станет еще больше, но само значение уменьшится более чем в два раза и станет того же порядка, что и у одноступенчатых трубок.

Для облегчения ввода в трубопровод напорного усилителя разработана зондовая конструкция последнего. В трубопроводе перпендикулярно его оси устанавливается цилиндрический зонд повышенного диаметра, имеющий открытый конец, срезанный под углом 45 в сторону, противоположную направлению потока. В зонде перед его открытым концом помещается маленькая трубка Вентури, из суженной части которой с помощью тонкой импульсной трубки, находящейся внутри зонда, отбирается давления р₂.

В зонде перед трубкой Вентури находится отверстие, направленное навстречу потоку, через которое небольшая часть измеряемой среды поступает в зонд, проходит через трубку Вентури и выходит через открытый конец зонда. Давление р₁ отбирается из полости зонда, находящейся перед расходомерной трубкой.