Відмінності між версіями «Витратомір змінного перепаду тиску»
CaypoH (обговорення • внесок) |
CaypoH (обговорення • внесок) |
||
| Рядок 4: | Рядок 4: | ||
Метод змінного перепаду тисків використовується для вимірювання витрат газових середовищ. Він застосовується за наявності відомих значеннь абсолютного тиску і температури. За цими вимірюваннями розраховується густина газового середовища в робочих умовах. Проста реалізація первинного перетворювача, швидке вимірювання абсолютного тиску і його перепадів - основна перевага данного методу. Завдяки високим метрологічним характеристикам стало доступним вимірювання, проте, у вузьких діапазонах. | Метод змінного перепаду тисків використовується для вимірювання витрат газових середовищ. Він застосовується за наявності відомих значеннь абсолютного тиску і температури. За цими вимірюваннями розраховується густина газового середовища в робочих умовах. Проста реалізація первинного перетворювача, швидке вимірювання абсолютного тиску і його перепадів - основна перевага данного методу. Завдяки високим метрологічним характеристикам стало доступним вимірювання, проте, у вузьких діапазонах. | ||
== Принцип роботи == | == Принцип роботи == | ||
| − | + | ||
Принцип дії витратомірів заснований на тому, що якщо в трубопроводі, по якому протікає речовина, встановлюють пристрій, що створює місцеве звуження потоку, то внаслідок переходу частини потенційної енергії тиск у кінетичну середню швидкість потоку у звуженому перетині підвищується, в результаті чого статичний тиск в цьому перерізі стає менше статичного тиску перед звуження потоку. | Принцип дії витратомірів заснований на тому, що якщо в трубопроводі, по якому протікає речовина, встановлюють пристрій, що створює місцеве звуження потоку, то внаслідок переходу частини потенційної енергії тиск у кінетичну середню швидкість потоку у звуженому перетині підвищується, в результаті чого статичний тиск в цьому перерізі стає менше статичного тиску перед звуження потоку. | ||
Різниця тисків (перепад тиску) тим більше чим більше витрата речовини. Отже, перепад тиску може служити мірою витрати речовини. | Різниця тисків (перепад тиску) тим більше чим більше витрата речовини. Отже, перепад тиску може служити мірою витрати речовини. | ||
| − | |||
| − | При протіканні рідини по трубопроводу звуження потоку починається з діафрагмі, а на деякій відстані після неї дією сил інерції перетин потоку стає мінімальним. Далі потік поступово розширюється до повного перерізу трубопроводу. Перед діафрагмою і після неї утворюються зони завихрення, на які витрачається частина енергії, внаслідок чого спостерігається втрата тиску. | + | ==Службові пристрої== |
| + | [[Файл:Діафрагма.png|thumb|Діафрагма]] | ||
| + | В даний час найбільш поширені стандартні звужуючі пристрої трьох типів: діафрагма, сопло і труба (сопло) Вентурі. Найбільш широке застосування знайшла стандартна діафрагма, що представляє собою тонкий диск з отвором круглого перерізу. При протіканні рідини по трубопроводу звуження потоку починається з діафрагмі, а на деякій відстані після неї дією сил інерції перетин потоку стає мінімальним. Далі потік поступово розширюється до повного перерізу трубопроводу. Перед діафрагмою і після неї утворюються зони завихрення, на які витрачається частина енергії, внаслідок чого спостерігається втрата тиску. | ||
Розглянемо потік рідини, що проходить через діафрагму. | Розглянемо потік рідини, що проходить через діафрагму. | ||
| Рядок 15: | Рядок 16: | ||
Перетин I-I, в якому відсутній вплив звужуючого пристрою на характер потоку і перетин II-II, в якому спостерігається стиснення струменя. | Перетин I-I, в якому відсутній вплив звужуючого пристрою на характер потоку і перетин II-II, в якому спостерігається стиснення струменя. | ||
Залежність між витратою рідини і перепадом тиску можна встановити, користуючись рівнянням Бернуллі і рівнянням нерозривності струменя. Для двох перерізів потоку I і II горизонтального трубопроводу за умови, що тертя відсутнє, рівняння має наступний вигляд: | Залежність між витратою рідини і перепадом тиску можна встановити, користуючись рівнянням Бернуллі і рівнянням нерозривності струменя. Для двох перерізів потоку I і II горизонтального трубопроводу за умови, що тертя відсутнє, рівняння має наступний вигляд: | ||
| − | <math> P_1*V_1*S_1=P_2*V_2*S_2</math> | + | <math>P_1*V_1*S_1=P_2*V_2*S_2</math> |
Щільність рідини, що проходить через пристрій звуження потоку, практично можна вважати незмінним <math>(Р_1=Р_2=Р)</math>, отже, | Щільність рідини, що проходить через пристрій звуження потоку, практично можна вважати незмінним <math>(Р_1=Р_2=Р)</math>, отже, | ||
<math>V_1*S_1=V_2*S_2</math> | <math>V_1*S_1=V_2*S_2</math> | ||
| Рядок 22: | Рядок 23: | ||
Стандартна діафрагма може застосовується для вимірювання витрати в трубопроводах діаметром понад 50 мм за умови, що відносна площа звужуючого пристрою лежить в інтервалі 0,05 <= m <= 0,7. | Стандартна діафрагма може застосовується для вимірювання витрати в трубопроводах діаметром понад 50 мм за умови, що відносна площа звужуючого пристрою лежить в інтервалі 0,05 <= m <= 0,7. | ||
Звужуючі пристрої застосовують у комплекті з диференціальними манометрами. Їх з'єднують за допомогою двох трубок, внутрішні діаметри яких становить не менше 8мм. Внутрішній діаметр трубок, що з'єднують кільцеві камери або окремі отвори звужуючого пристрою з зрівняльними або розділовими судинами; повинна бути не менше 12 мм. | Звужуючі пристрої застосовують у комплекті з диференціальними манометрами. Їх з'єднують за допомогою двох трубок, внутрішні діаметри яких становить не менше 8мм. Внутрішній діаметр трубок, що з'єднують кільцеві камери або окремі отвори звужуючого пристрою з зрівняльними або розділовими судинами; повинна бути не менше 12 мм. | ||
| + | [[Файл:камери і кільцеві щілини.jpg|120px|right]] | ||
| + | Стандартне сопло виконують у вигляді насадки, що має вхідну звужуючу частину, утворену дугами кіл з радіусами <math>r</math> і <math>r_2</math>, які дрівнюють <math>0.2d</math> і <math>d/2</math> і циліндричну частину діаметром d. Вихідна кромка сопла, як і у діафрагми, повинна бути гострою, без заокруглень і задирок. Вона захищена на виході нішею. Тиск також можна відбирати або за допомогою камер і кільцевих щілин або через окремі отвори. | ||
| + | |||
| + | |||
== Види витратомірів змінного перепаду тиску == | == Види витратомірів змінного перепаду тиску == | ||
Версія за 23:19, 4 січня 2012
Витратоміри змінного перепаду тиску (поплавцево-пружинні, з поворотною лопаттю) - об'ємні витратоміри рідини або газу, в якому витрата визначається за перепадом тиску, що утворюється нерухомим пристроєм, який встановлюється у трубопроводі, або є елементом трубопроводу. Їх робота базується на вимірюванні змін статичного перепаду тиску контрольованого середовища, що проходить крізь штучно звужений сегмент требопроводу. Витратомір змінного перепаду тиску складається із звужувального пристрою (найчастіше діафрагма), який створює у струмені рідини або газу перепад тиску, величина якого залежить від величини витрати, і диференційного манометра, який вимірює цей перепад і відградуйований в одиницях витрати. Витратоміри змінного перепаду тиску залишаються найбільш розповсюдженим типом витратомірів до сьогоднішнього часу.
Зміст
Метод змінного перепаду тиску
Метод змінного перепаду тисків використовується для вимірювання витрат газових середовищ. Він застосовується за наявності відомих значеннь абсолютного тиску і температури. За цими вимірюваннями розраховується густина газового середовища в робочих умовах. Проста реалізація первинного перетворювача, швидке вимірювання абсолютного тиску і його перепадів - основна перевага данного методу. Завдяки високим метрологічним характеристикам стало доступним вимірювання, проте, у вузьких діапазонах.
Принцип роботи
Принцип дії витратомірів заснований на тому, що якщо в трубопроводі, по якому протікає речовина, встановлюють пристрій, що створює місцеве звуження потоку, то внаслідок переходу частини потенційної енергії тиск у кінетичну середню швидкість потоку у звуженому перетині підвищується, в результаті чого статичний тиск в цьому перерізі стає менше статичного тиску перед звуження потоку. Різниця тисків (перепад тиску) тим більше чим більше витрата речовини. Отже, перепад тиску може служити мірою витрати речовини.
Службові пристрої
В даний час найбільш поширені стандартні звужуючі пристрої трьох типів: діафрагма, сопло і труба (сопло) Вентурі. Найбільш широке застосування знайшла стандартна діафрагма, що представляє собою тонкий диск з отвором круглого перерізу. При протіканні рідини по трубопроводу звуження потоку починається з діафрагмі, а на деякій відстані після неї дією сил інерції перетин потоку стає мінімальним. Далі потік поступово розширюється до повного перерізу трубопроводу. Перед діафрагмою і після неї утворюються зони завихрення, на які витрачається частина енергії, внаслідок чого спостерігається втрата тиску. Розглянемо потік рідини, що проходить через діафрагму.
Виділимо два перетина.
Перетин I-I, в якому відсутній вплив звужуючого пристрою на характер потоку і перетин II-II, в якому спостерігається стиснення струменя. Залежність між витратою рідини і перепадом тиску можна встановити, користуючись рівнянням Бернуллі і рівнянням нерозривності струменя. Для двох перерізів потоку I і II горизонтального трубопроводу за умови, що тертя відсутнє, рівняння має наступний вигляд: [math]P_1*V_1*S_1=P_2*V_2*S_2[/math] Щільність рідини, що проходить через пристрій звуження потоку, практично можна вважати незмінним [math](Р_1=Р_2=Р)[/math], отже, [math]V_1*S_1=V_2*S_2[/math]
Найбільшого поширення в галузі отримала стандартна діафрагма. Стандартна діафрагма може застосовується для вимірювання витрати в трубопроводах діаметром понад 50 мм за умови, що відносна площа звужуючого пристрою лежить в інтервалі 0,05 <= m <= 0,7. Звужуючі пристрої застосовують у комплекті з диференціальними манометрами. Їх з'єднують за допомогою двох трубок, внутрішні діаметри яких становить не менше 8мм. Внутрішній діаметр трубок, що з'єднують кільцеві камери або окремі отвори звужуючого пристрою з зрівняльними або розділовими судинами; повинна бути не менше 12 мм.
Стандартне сопло виконують у вигляді насадки, що має вхідну звужуючу частину, утворену дугами кіл з радіусами [math]r[/math] і [math]r_2[/math], які дрівнюють [math]0.2d[/math] і [math]d/2[/math] і циліндричну частину діаметром d. Вихідна кромка сопла, як і у діафрагми, повинна бути гострою, без заокруглень і задирок. Вона захищена на виході нішею. Тиск також можна відбирати або за допомогою камер і кільцевих щілин або через окремі отвори.
Види витратомірів змінного перепаду тиску
Поплавково-пружинні витратоміри
Якщо поплавець чи поршень у витратомірах описаних вище конструкцій сполучити з пружиною, то отримається поплавково-пружиннний витратомір, у якому динамічний тиск потоку долає не тільки вагу рухомого елемента, але і пружні сили пружини.
Переваги поплавково-пружинних витратомірів:
- можливість суттєвого підняття максимальної границі виміру;
- зручність переходу на інший діапазон виміру, шляхом заміни пружини.
Реалізовані конструкції поплавково-пружинних витратомірів досить різноманітні.
Витратоміри з поворотною лопаттю
Така конструкція реалізується шляхом підвішування у трубопроводі лопаті, що сприймає гідродинамічний тиск рідини чи газу. Витрата визначається за кутом повороту лопаті або за величиною сили протидії, що зрівноважує тиск потоку.
За видом сили протидії дані витратоміри поділяються на витратоміри з вантажним і з пружинним зрівноваженням, а також на компенсаційні: з пневматичним чи електромагнітним зрівноваженням.
Переваги:
- великий діапазон виміру (1:20);
- можливість використання при обох напрямах потоку;
- можливість використання для виміру великих витрат в умовах високих температур та в агресивних середовищах;
- мають хороші динамічні характеристики.
Недоліки:
- можливість появи вібрацій внаслідок утворення вихорів, боротьба з якими ускладнює конструкцію.
Джерела
- Метрологія та технологічні вимірювання в хімічній промисловості / Й. І. Стенцель, В. В. Тіщук. - Луганськ : Східноукраїнський держ. ун-т, Сєвєродонецький технологічний ін-т, 2000. Ч.1. - 263 с. ISBN 966-590-229-6
- Дж. Фрайден Современные датчики. Справочник Москва: Техносфера, 2005. - 592 с. ISBN 5-94836-050-4
- С. Яцишин, Г. Польова Витратоміри. Методологічні засади роботи.
