2. Расходомерные устройства дросселирующего типа. Расходомерная диафрагма, расходомерное сопло. Получение метрологической характеристики.

Наиболее распространенным методом измерения расхода в трубах является метод его измерения по переменному перепаду давления на сужающем устройстве. В качестве сужающих устройств наиболее распространены расходомерные диаграммы и расходомерные сопла. Достоинства расходомеров с сужающими устройствами заключаются в их универсальности. Этими расходомерами можно измерять расход любых однофазных, а в ряде случаев двухфазных сред. Они пригодны для измерения расхода в трубах практически любого диаметра и при любом давлении.

Рисунок 115 – Расходомерная диафрагма	Рисунок 116 – Расходомерное сопло

Расходомерное сопло имеет преимущество перед диафрагмой, заключающееся в том, что обладает меньшим гидравлическим сопротивлением (меньшей величиной необратимых потерь давления). Однако, диафрагма существенно проще в изготовлении, что определяет ее преимущественное использование.

На рисунке 117 показано расходомерное устройство с расходомерной диафрагмой: – диаметр трубопровода до диафрагмы, – диаметр отверстия трубопровода, – минимальный диаметр струи (он всегда меньше, чем диаметр отверстия).

Рисунок 117 – Расходомер с расходомерной диафрагмой

Патрубки P₁₁,P₂₂ связаны с дифференциальным манометром.

В нижней части рисунка 50 показано изменение статического давления жидкости от сечения 1 к сечению 3. – потери на трение (необратимые потери). В случае, идеальной жидкости конец кривой, показанной на рисунке, совпадает с пунктирной линией.

Уравнение Бернули для двух сечений: сечения 1 (поток не возмущен) и сечения 2 (минимальное сечение струи):

, (218)

где – коэффициент сопротивления диафрагмы.

Вводится понятие модуля диафрагмы:

(219)

Далее введем понятие коэффициента сжатия струи:

(220)

Расход ,

, (221)

где – коэффициент скорости диафрагмы.

Расход определяется как произведение величины скорости на сечение:

(222)

Произведение обозначим через - коэффициент расхода, тогда

, (223)

где .

Если обозначить как , то в этом случае будем иметь

(224)

Полученное выражение являет собой метрологическую характеристику диафрагмы . Таким образом, замерив перепад давление, можно определить расход.

На рисунке 118 представлены схемы установки расходомерных диафрагм и устройств отбора давлений.

Рисунок 118 – Схемы установки расходомерных диафрагм и устройств отбора давлений

3. Классификация видов и методов измерений

Количественной характеристикой физической величины является ее размер. Размер физической величины указывает на количественное содержание в данном объекте свойства, соответствующего понятию физическая величина. Его численное выражение характеризует значение физической величины. Значение физической величины находят путем осуществления процесса измерения.

Измерение есть экспериментальное определение размера (значения) физической величины с помощью специальных технических средств, при этом под экспериментом понимают количественное сравнение двух однородных физических величин, одна из которых принята за единицу. Характер сравнения определяется видом используемой шкалы величин. В общем случае под шкалой понимают совокупность определенных элементов, используемых для упорядочения исследуемых объектов. Наиболее простой является шкала порядка, такого рода шкала образуется путем расположения в порядке возрастания или убывания размеров измеряемых величин.

Сама процедура именуется ранжированием, при этом величинам не приписывают численные значения.

Использование шкалы порядка позволяет судить о том, какая величина больше или меньше, но не позволяет определить, на сколько или во сколько раз.

Разновидностью шкалы порядка является реперная шкала, ее получают путем фиксации на шкале порядка нескольких точек в качестве реперных (опорных). К недостаткам следует отнести неопределенность интервала между реперными точками.

Если точки реперной шкалы поставить в соответствии с цифрами, то получим балльную шкалу. С помощью такого рода шкал оценивают значение силы ветра, землетрясения, твердых минералов.

Неопределенность интервала не позволяет применять арифметические действия с использованием цифровых реперных шкал.

Более совершенной по сравнению со шкалой порядка является шкала интервалов, которая построена на базе численных значений величины. Сравнение величин по шкале интервалов осуществляется разностным методом. С помощью данной шкалы можно определить на сколько одна величина больше другой, но нельзя определить во сколько раз первая величина больше второй.

Наиболее совершенной является шкала отношений (шкала интервалов дополненная нулевой отметкой). Она позволяет производить над значениями размера величин такие математические операции как сложение, вычитание, умножение, деление. Сравнение возможно путем вычитания (на сколько), деления (во сколько).

Измерения физических величин с использованием международной системы единиц (СИ) производят с применением шкалы отношений.

Измерения классифицируются:

1. По наличию размерности – абсолютные, относительные.

2. По наличию предварительного преобразования – непосредственные и с предварительным преобразованием.

3. По мерности величин – одномерные, многомерные.

4. По характеру уравнения измерений - прямые, косвенные, совместные и совокупные.

5. По соотношению между числом измеряемых величин и числом уравнений измерений – безизбыточные и избыточные (множественные).

6. По способу реализации избыточности – многократные, многоканальные.

7. По характеру изменения сигнала во времени – измерения параметров квазидетерминированных и параметров случайных сигналов

8. По временному характеру – статические и динамические.

Косвенные, совокупные, совместные измерения осуществляются на базе прямых измерений путем различных способов обработки.

Прямые измерения – измерения, результаты которых получают непосредственно из опытов.

Значения измеряемой величины определяют по формуле

, (1)

где – размер измеряемой величины, – числовое значение измеряемой величины, – некоторый размер принимаемый за единицу измерения.

Формула (1) – основная формула измерений.

Косвенные – измерения, при которых искомое значение находят на основании известной зависимости между неизвестной величиной и величинами, значения которых получены на основании прямых измерений. Например, определение плотности вещества через массу и объем изделия.

Совокупные – измерения, результаты которых определяются решением системы уравнений, составленных по результатам прямых измерений различных сочетаний однородных физических величин.

Совместные – измерения при которых по результатам одновременных прямых или косвенных измерений независимых физических величин определяется зависимость между ними.

Прямые измерения, которые составляют основу других более сложных видов измерений, могут осуществляться методами нижеследующего ряда, отличающимися способом сравнения измеряемых величин с единицами измерения.

Метод непосредственной оценки. Характеризуется непосредственным отсчетом измеряемой величины по отчетному устройству измерительного прибора прямого действия или по делениям многозначной меры.

Достоинства: быстрое получение результатов; возможность наблюдения за изменением измеряемой величины; не требует высокой квалификации оператора.

Недостатки: точность метода ограничена погрешностью градуировки, внешними факторами.

Метод сравнения с мерой. Имеет несколько разновидностей, отличающихся приемами и способами сравнения:

• Нулевой метод – это метод сравнения, в котором эффект воздействия на прибор сравнения измеряемой величины полностью компенсируется действием величины воспроизводимой мерой (пример: рычажные весы, не имеющие шкалы).

• Дифференциальный (или разностный) характеризуется измерением разности между значениями измеряемой величины и воспроизводимой мерой. Этот метод позволяет получать особо точные результаты, если величина воспроизводимой меры достаточно близка к значению измеряемой величины, но более сложен в реализации.

• Метод совпадения - метод сравнения с мерой, при котором разность между измеряемой величиной и величиной воспроизводимой мерой измеряются по совпадению отметок шкал или периодических сигналов. Точность метода ограничена погрешностью фиксации момента или факта совпадения сигнала.

Экзаменационный билет № 3