6 Прилади для вимірювання швидкості потоку

Для вимірювання гідродинамічних параметрів потоку рідини - місцевої швидкості в трубопроводах використовують гідродинамічні трубки і термоелектричні анемометри (термоанемометри).

6. 1 Гідродинамічні трубки

В основу вимірювання швидкості гідродинамічною трубкою покладено наступний принцип (рис. 6. 1).

Рисунок 6. 1 Труба повного і стиснутого напору

Якщо в потік рідини помістити вигнуту під кутом трубку – б, спрямував один з її кінців назустріч потоку і розташував вхідний отвір у заданій мірній точці А, а інший кінець відкрити до атмосфери, то в такій трубці (трубці повного напору) рідина підніметься на деяку висоту таким чином, що тиск , який утворюється стовпом рідини в трубці, врівноважить повний тиск в точці (місці) гальмування потоку перед трубкою, який визначається за формулою:

, (6. 1)

де - густина рідини, кг / м³;

- швидкість потоку рідині в точці (місці) вимірювання, м / с;

- значення статистичного (надлишкового) тиску рідини в точці (місці) його вимірювання, Па.

Тиск - можливо виміряти за допомогою трубки (а) статичного напору (п’єзометричної трубки)ю Вимірявши різницю рівнів рідини в трубках, можливо виконати розрахунок швидкості потоку в місці встановлення трубки, яка визначається за формулою:

, (6. 2)

звідкіля швидкість визначається за формулою:

. (6. 3)

Г ідродинамічна трубка являє собою комбінацію двох вказаних трубок в одному пристрою і має наступне улаштування (рис. 6. 2).

Рисунок 6. 2 Улаштування, габаритні і з’єднувальні розміри гідродинамічної трубки: 1 – циліндр; 2 – державка; 3 – осьовий канал; 4 – трубка повного напору; 5 – штуцер; 6 – канавка; 7 – кожух; 8 – прорізі; 9 – трубка статистичного напору; 10 штуцер

Головною частиною гідродинамічної трубки є вимірювальний циліндр 1, якій закріплений на державці 2. Носок циліндру має напівсферичну форму . Приймальником повного тиску є осьовий канал 3 циліндру, який спілкується через трубку повного напору 4, розташовану в державці зі штуцером 5

Для приймання статистичного тиску на боковій поверхні циліндру виконано канавки 6, які закриті кожухом 7 з прорізами 8. Через трубку статистичного напору 9, яка розташована в середині державки 2, канавки спілкуються зі штуцером 10.

До штуцерів 5 і 10 підключений диференціальний манометр для вимірювання різниці повного і статистичного видів тиску.

Внаслідок того, що приймальні отвори трубок спів ставити неможливо вимірювання тисків і проводять і різних точках потоку.

Ця обставина є джерелом виникнення систематичних похибок вимірювання гідростатичною трубкою. На точність отриманих результатів вимірювання впливають також розміри, ретельність виконаних приймальних отворів та її встановлення (рис. 6. 3).

Рисунок 6. 3 Схема встановлення гідродинамічної трубки

Для визначення сумарних похибок до розрахункової формули вводять поправочний коефіцієнт , завдяки якому формула, для визначення швидкості руху рідини, набуває вигляду:

. (6. 4)

Величина коефіцієнта визначається експериментальним шляхом (таруванням трубки). При великих значеннях числа Рейнольдса в зоні турбулентної автомодельності , при малих значеннях число Рейнольдса визначається за формулою:

. (6. 5)

Таким чином, поправочний коефіцієнт є функцією від значення числа Рейнольдса:

Випадкові похибки вимірювання обумовлені неточностями при визначені величини коефіцієнту і величини прискорення вільного падіння , а також у разі виконання розрахунків приладу, що вимірює перепад . Оцінювання величини випадкової похибки за допомогою відносної середньої квадратичної похибки проводиться за формулою:

, (6. 6)

де , , - відносні середньо квадратичні похибки відповідно коефіцієнта , різниці напорів і прискорення сили тяжіння.

Гідродинамічні трубки використовують для вимірювання швидкостей більше 1 м / с. При менших швидкостях вимірювання проводити трудно, внаслідок того що приходиться вимірювати і визначати малі перепади тиску.

Для отримання більш достовірних значень швидкості яка вимірюється гідродинамічною трубкою, останню необхідно встановити в потоці таким чином щоб плоскість приймальника повного напору була розташована нормально (перпендикулярно) до напрямку руху швидкості що вимірюється (рис. 6. 3). Таке встановлення відповідає максимальному значенню перепаду тиску . Тому при вимірюванні, правильне розташування підбирають вибором максимального перепаду тиску при обертах трубки відносно осі, розташований нормально (перпендикулярно) до осі потоку. Для зменшення похибок при вимірюванні швидкості внаслідок неточного встановлення трубок в потоці використовують трубки, які є мало чуйними до відхилень (скосів) параметрів потоку.