4.2. Расходомеры скоростного напора
Основаны на зависимости динамического напора от скорости потока среды. В соответствии с уравнением Бернулли динамическое давление:
Рис.
4.2.1
,
где
– полный напор;
– статический
напор;
– плотность среды.
Откуда:
С помощью двух трубок измеряют: правой – полное давление и левой – статическое.
Динамическое давление:
,
где – разность уровней жидкости в дифманометре;
– плотность
жидкости в дифманометре.
Тогда:
.
Этот способ контроля был впервые применен Пито. В настоящее время используются (как в лабораторной, так и в производственной практике) двойные трубки (на рис. 4.2.1– нормальная двойная скоростная трубка с полусферическим наконечником).
Для
учета конструктивных особенностей
трубок в формулу для
вводится поправочный коэффициент
,
определяющийся экспериментально.
Для
измерения расхода необходимо знать
,
поэтому предварительно определяют
,
устанавливая трубку в центре трубопровода;
затем определяют
(отнесенное к
),
после этого по графику отношение
,
а отсюда
.
Относительная сложность определения среднего скоростного напора, возможность засорения каналов трубки и незначительная величина перепада существенно сужают область изменения рассмотренного метода.
4.3. Расходомеры постоянного перепада давления
Самыми распространенными приборами этого типа являются ротаметры. Они обладает линейной шкалой измерений и охватывают большой диапазон измерений.
Подаваемый снизу поток жидкости или газа поднимает поплавок, располагаемый внутри конусной трубки. При его подъеме увеличивается расстояние между ним и внутренней поверхностью трубки, что приводит к уменьшению скорости потока в кольцевом сечении, а следовательно, к изменению перепада давлений. Перемещение поплавка происходит до тех пор, пока перепад давлений не станет равным весу поплавка, отнесенному к его поперечному сечению.
Рис.
4.3.1
В состоянии равновесия:
,
где
m
– масса поплавка,
(
– его объем;
– плотность материала;
– плотность среды).
Тогда:
(4.3.1)
Скорость истечения измеряемой среды в кольцевом зазоре:
(4.3.2)
или с учетом (4.3.1):
(4.3.3)
Объемный расход измеряемой среды:
,
где – коэффициент расхода, величина которого зависит от трения среды о стенки трубки и поплавка, а также от завихрений потока.
Так как величины под корнем практически постоянны, то можно записать:
,
т.е. зависимость линейна, поэтому шкала прибора равномерна.
Градуировка ротаметров осуществляется, как правило, экспериментально.
Конструктивно ротаметр выполняется в виде стеклянной трубки, зажатой между двумя фланцами, с помощью которых ротаметр устанавливается в трубопроводе. Ротаметры со стеклянной трубкой изготовляются на давление до 0,6 МПа, свыше – с металлической трубкой. Последние снабжены электрической или пневматической системой передачи показаний на расстояние. Измерительная часть ротаметра с дифференциально-трансформаторной передачей выполнена из металлического корпуса (Х18Н9Т) с диафрагмой, внутри которой перемещается поплавок. В верхней части штока размещается сердечник внутри разделительной трубки, снаружи которой находится катушка преобразователя.
В приборе с пневматической системой дистанционной передачи показаний на штоке поплавка закреплены два цилиндрических постоянных магнита, соединенные одноименными полюсами.
Снаружи трубку, выполненную из немагнитного материала охватывает вилка с двумя плоским магнитами. Перемещение поплавка через магнитную муфту передается рычагу, с которым связана заслонка пневмосистемы. Уравновешивание системы осуществляется с помощью сильфона обратной связи. Измерение давления в пневмосистеме является мерой измерения расхода. Допустимое давление в системе до 6,3 МПа. Погрешность 2,5–3 %. Дистанционность передачи показаний до 250 м.