3.6.3. Источники возможных погрешностей комплекта – расходомера при измерении расхода методом переменного перепада давлений

Источники возможных погрешностей:

 погрешности установки и конструкции сужающих устройств:

- неправильный монтаж сужающих устройств (на непрямолинейных участках);

- сужающее устройство располагается не концентрично относительно оси трубопровода круглого сечения, т.е. его ось смешена от оси трубопровода на какое-то расстояние;

- безвозвратные потери давления на диафрагме (в случае, когда потери должны быть ограничены, применяют сопла или трубки Вентури);

- потеря давления в трубке Вентури возрастает с увеличением угла φ.

 погрешности дифманометров:

- основная погрешность дифманометра ДМПК-100 составляет ±1%;

- основная погрешность дифманометра ДП-50 составляет ±267Н/м² (2 мм рт. ст.);

 погрешность вторичного самопишущего прибора ПВ4.2Э равна 1%

3.7. Расходомеры обтекания. Ротаметры.

Расходомеры обтекания – это приборы, основанные на зависимости расхода вещества от перемещения тела, воспринимающего динамическое давление обтекающего его потока.

Расходомеры обтекания подразделяются:

1. расходомеры с постоянным перепадом давления – ротаметры, поплавковые, поршневые;

2. расходомеры с изменяющимся перепадом давления – поплавково – пружинные, с поворотной лопастью.

В расходомерах постоянного перепада давления расход вещества зависит от перемещения тела, изменяющего при этом площадь проходного отверстия таким образом, что перепад давления по обе стороны поплавка остаётся постоянным [1].

Ротаметры имеют (рис.10) большой диапазон измерения . Проходящий через ротаметр снизу поток жидкости или газа поднимает поплавок вверх до тех пор, пока расширяющаяся кольцевая щель между телом поплавка и стенками конусной трубки не достигнет такой величины, при которой действующие на поплавок силы уравновешиваются. При равновесии сил поплавок устанавливается на той или иной высоте в зависимости от величины расхода.

На поплавок ротаметра сверху вниз действуют две силы: сила тяжести и сила от давления потока на верхнюю плоскость поплавка.

Сила тяжести:

где V-объем поплавка; _п – плотность материала поплавка; g – ускорение силы тяжести.

Сила от давления потока на верхнюю плоскость поплавка: p'₂s, где p'₂ – среднее давление потока на единицу верхней плоскости поплавка; s – площадь наибольшего поперечного сечения поплавка.

Снизу вверх на поплавок действуют также две силы: сила от давления потока на нижнюю плоскость поплавка p'₁s и сила трения потока о поплавок , где  - коэффициент сопротивления, зависящий от числа Рейнольдса и степени шероховатости поверхности; _k - средняя скорость потока в кольцевом канале, охватывающем боковую поверхность поплавка; s_б – площадь боковой поверхности поплавка; n – показатель, зависящий от величины скорости.

Поплавок уравновешен в том случае, когда

V_пg+ p'₂s= p'₁s+

или

p'₁ - p'₂ = (1)

Если допустить, что _k при всех расходах остается постоянной (с увеличением расхода увеличивается площадь кольцевого канала), то вся правая часть уравнения (1) будет постоянной, так как остальные величины для данного прибора тоже постоянны. Следовательно, разность давлений на поплавок p'₁ - p'₂=const, т.е. ротаметр является прибором постоянного перепада давления.

Из совместного решения уравнений Бернулли и неразрывности получим уравнения расхода:

(2)

где - коэффициент расхода; p₁ – p₂ - разность статических давлений, действующих на поплавок.

Здесь l L₁ – L₂,, где L₁ и L₂ высота сечений I – I, и II – II над некоторым начальным уровнем.

После ряда преобразований получим:

Q =₁s_k k , (3)

где ₁ = f(); s_k – площадь кольцевого отверстия, образованного конусной трубкой и верхней частью поплавка; k – константа. Эта зависимость линейна, и поэтому шкала ротаметра будет равномерной.

3.7.1. Устройство и принцип действия промышленного поплавкового расходомера типа РЭ

На (рис. 11) приведена принципиальная схема ротаметра с электрической дифференциально-трансформаторной передачей показаний на расстояние [1].Измерительная часть ротаметра выполнена из цилиндрического металлического корпуса 1 (сталь Х18Н9Т) с диафрагмой 2. Внутри диафрагмы перемещается конусный поплавок 3, жестко насаженный на шток 4. На верхнем конце штока укреплен сердечник 5 дифференциально-трансформаторного преобразователя. Сердечник перемещается внутри разделительной трубки 6, снаружи которой находится катушка преобразователя.

В другой модели ротаметра поплавок перемещается внутри конической трубки. Бесшкальные ротаметры работают в комплекте с показывающим или регистрирующим вторичным дифференциально-трансформаторным прибором.

Ротаметры рассчитаны на рабочее давление до 6,27 МН/м² (62 кгс/см²). Пределы измерения (в расчете на воду) от 0,7*10^-5 до 0,44*10^-2 м³/с. Минимальные расходы, измеряемые ротаметром, составляют (15-20)% верхнего предела измерения. Основная погрешность комплекта (преобразователя и вторичного прибора) (2,5-3)% верхнего предела измерения.

Для измерения расхода во взрывоопасных и пожароопасных условиях применяются ротаметры с пневматической дистанционной передачей.

Рис. 11. Схема ротаметра с дифференциально-трансформаторным преобразователем:

1-корпус; 2-диафрагма; 3-поплавок; 4-шток; 5-сердечник; 6-разделительная трубка