Расходомеры переменного перепада давления

Получили широкое распространение из-за простоты и надежности конструкции при достаточной точности. Измерение расхода методом переменного давления основано на изменении потенциальной энергии (статического давления) вещества, которое протекает через сужение в трубопроводе. В качестве сужающих устройств, применяются нормальные диафрагмы и сопла, которые врезаются непосредственно в трубопровод (рис. 2.1).

Сужение течения имеет место до сужающего устройства, и на некотором расстоянии за ним. Благодаря действию сил инерции, поток постепенно расширяется до полного сечения трубопровода (рис. 2.2). Перед диафрагмой и за ней образуются зоны с вихревым движением. Давление потока около стенки трубопровода несколько возрастает из-за подпора перед диафрагмой и снижается до минимума непосредственно за диафрагмой в наиболее узком сечении потока II-II. Далее по мере расширения потока давление течения около стенки опять

повышается, но не достигает прежнего значения. Остаточная потеря давления Δ P объясняется потерями энергии на трение и завихрения.

Таким образом, перепад давления Δ P на сужающем устройстве зависит от расхода вещества и может служить мерой этого расхода. Уравнение для объемного расхода вещества в нормальных условиях имеет вид

Q = 0,0125· a·e·d 2·D P / r,

где a – коэффициент расхода; e – поправочный множитель на расширение измеряемой среды (для жидкостей e = 1); d – диаметр отверстия диафрагмы; Δ Р –перепад давления на сужающем устройстве; r – плотность сужаемого вещества.

Для измерения перепада давления используют дифференциальные манометры.

Расходомеры постоянного перепада давления

Наиболее распростр. приборами являются ротаметры. Шкала ротаметров практически равномерная, ими можно измерять небольшие расходы, потери давления у них небольшие и не зависят от расхода.

Проходя через ротаметр с низа в верх, жидкость или газ подымает поплавок пока, кольцевая щель между поплавком и стенками конусной трубки не достигнет значения, при котором силы, которые действуют на поплавок, уравновесятся и он остановится на том значении какой расход.

На поплавок ротаметра действует осевая сила, которая направлена в противоположную сторону.

Сверху вниз действуют:

1. сила тяжести , где - объем поплавка; – плотность материала поплавка; – ускорение силы тяжести.

2. сила от давления жид.(газа) на верхнюю плоскость поплавка , где – среднее давление жид. на единицу верхней плоскости поплавка; S – площадь наибольшего поперечного сечения поплавка.

Снизу вверх на поверхность поплавка действуют тоже силы:

1. сила от давления жид.(газа) на нижнюю поверхность поплавка ;

2. сила трения жид.(газа) о поплавок , где - коэф. сопротивления, который зависит от критерия Рейнольдса и степени шероховатости поверхности поплавка; - средняя скорость жид.(газа) в кольцевом канале; - боковая поверхность поплавка; n –показатель степени, который зависит от скорости жид.(газа).

Поплавок уравновешен когда:

или

Когда допустить, что при всех расходах остается постоянной, то правая часть уравнения будет постоянной т.к. остальные величины являются для данного прибора постоянными. Т.о. разность давлений на поплавок . Это значит, что ротаметр является прибором постоянного перепада давления.

Если сложить уравнение Бернули для сечений I-I и II-II и уравнение неразрывности потока, то получим уравнение расхода:

, м³/с

где - площадь кольцевого отверстия.

Т.к. значение под корнем можно считать постоянным, то:

Эта зависимость линейная, следовательно шкала ротаметра будет равномерной.

Ротаметры делают со стеклянной трубки при этом он работает до давления 0,58 Па, для большего давления их делают с металла. Эти ротаметры делают с электрической и пневматической дистанцией управления.

Расходомеры индукционные

Принцип действия Р основан на измерении электро движущей силы, которая индукцирована в потоке электропроводной жидкости под воздействием внешнего магнитного поля.

Трубопровод 1 с жидкостью расположен между полюсами 2 и 3 магнита перпендикулярно направлению силовых линий магнитного поля. Трубопровод делают с немагнитного материала (фторопласт). Возле стенки диаметрально противоположно устанавливают измерительные электроды.

Под воздействием магнитного поля ионы, которые находятся в жидкости, перемещаются и отдают свои заряды измерительным электродам, образуя э.д.с. E, пропорционально скорости движения жидкости. К электроду подключается измерительный прибор 4.

Величина э.д.с. в случае постоянного магнитного поля находится из уравнения магнитной индукции:

 

 

где B – магнитная индукция в отверстии между полюсами магнита; d – внутренний диаметр трубопровода; x – средняя скорость движения жидкости.

Через объемный расод:

 

При однородном магнитном поле величина э.д.с. пропорциональна объемному расходу.

Недостатки связаны с возникновением на электродах э.д.с. поляризации, гальванической э.д.с. постоянного потока. Эти недостатки делают тяжелым правильное измерение э.д.с.

Чаще всего используют расходомеры переменного магнитного поля. Когда магнитное поле изменяется во времени, то величина э.д.с.:

При переменном магнитном поле электромагнитные процессы делают меньшее влияние на показание прибора, чем при постоянном.

Электромагнитные расходомеры имеют много достоинств. Они практически безинерционные, что очень важно при измерении быстроизменяющихся расходов и при использовании их в системах автоматического регулирования. На результат измерения не воздействует наличие в жидкости частиц и пузырьков газа. Показания расходомеров не зависят от свойств жидкостей (плотности) и от характера потока (ламинарный, турбулентный).

Можно использовать при измерение расхода агрессивных сред, если выполнить расходомер с специально материала. Погрешность измерения 0,5-1%.