Цель работы: Изучение способа измерения расхода газа по методу замера падения давления в отсеченном объеме, определение погрешностей измерения.
Теоретические основы.
Расход - это физическая величина, определяемая количеством жидкости или газа, проходящих через трубу или русло в единицу времени. Различают объемный расход Q, когда количество вещества измеряется в объемных единицах, и массовый М, когда оно измеряется в единицах массы.
Метод измерения расхода по падению давления в емкости основан на газовых законах, а именно на уравнении Менделеева - Клайперона:
,
где Р - давление газа, V - объем занимаемый газом, М - масса газа, R - газовая постоянная, Т- температура газа.
Схема измерения приведена на рисунке 11.1. При постоянном объеме сосуда изменение массы газа приводит к изменению его давления и температуры. Таким образом, измеряя давление и температуру для двух состояний газа в емкости через время t можно определить средний объемный расход газа из емкости, приведенный к нормальным условиям:
где 
- плотность газа при нормальных условиях (давлении 101325 Па и температуре 293К).
Рисунок 11.1 Схема измерения расхода газа по емкости.
С учетом, что,
получаем
Однако, при применении датчиков температуры с большой инерционностью и больших расходах, т.е. быстром падении давления в ресивере, достоверно измерить можно только конечное давление. В таком случае принимают какой-либо из законов расширения газа - адиабатический или изотермический.
Для адиабатического истечения из емкости
где γ = 1,4 – показатель адиабаты.
Для изотермического истечения из емкости
Экспериментальная часть
Для изучения способов измерения расхода предназначена пневматическая система стенда, а также электронный секундомер. Последовательность выполнения лабораторной работы:
1. Полностью открыть редукционный клапан КР2 (вращая ручку в сторону стрелки со знаком "-").
2. Включить компрессор подачи воздуха в ресивер. Дождаться пока давление в ресивере поднимется до 5 бар по ДДЗ, после этого произойдет автоматическое отключение компрессора.
3. Открыть шаровые краны в линии одной из диафрагм: ВН12, ВН14 или ВН13, ВН15 краны другой линии должны быть закрыты. Для определенности дальнейшая последовательность написана для открытой линии ВН12, ВН14.
4. Закрыть дроссель ДР5.
5. Редукционным клапаном КР2 поднять давление до 30 кПа по ДД4.
6. Частично открыть дроссель до появления расхода воздуха по ротаметру. Скорректировать клапаном КР2 давление до 30 кПа по ДД4.
7. Закрыть кран ВН14.
8. Переключить секундомер в режим ручного управления.
9. Сбросить показания секундомера.
10. Записать в таблицу 11.1 давление в ресивере РРД и температуру ТР.
11. Открыть кран ВН14, одновременно запустив секундомер.
12. Подождать пока давление в ресивере упадет не менее чем на 0,3 бар. Закрыть кран ВН14, одновременно остановив секундомер.
13. Записать в таблицу 11.1 давление в ресивере РРП, время по секундомеру. Сбросить показания секундомера.
14. Записать в таблицу 11.1 давление в ресивере РРД и температуру ТР.
15. Открыть кран ВЫ14, одновременно запустив секундомер.
16. По дождать пока давление в ресивере упадет не менее чем на 0,6 бар. Закрыть кран ВН14, одновременно остановив секундомер.
17. Записать в таблицу 11.1 давление в ресивере РРП, время по секундомеру. Сбросить показания секундомера.
18. Записать в таблицу 11.1 давление в ресивере РРД и температуру ТР.
19. Открыть кран ВН14, одновременно запустив секундомер.
20. Подождать пока давление в ресивере упадет не менее чем на 1,0 бар. Закрыть кран ВН 14, одновременно остановив секундомер.
21. Записать в таблицу 11.1 давление в ресивере РРП, время по секундомеру. Сбросить показания секундомера.
22. Открыть кран ВН14.
23. Открыть дроссель для увеличения расхода. Скорректировать клапаном КР2 давление до 30 кПа по ДД4. Закрыть кран ВН14.
24. Повторить пункты 9-23 два-три раза.
25. Закрыть кран ВН14.
26. Закрыть краны, дроссель, полностью открыть КР2.
27. Выключить компрессор подачи воздуха в ресивер.
28. Вычислить расход по ресиверу для адиабатического QA и изотермического QM истечения. Вычислить погрешности измерений. Сделать выводы.
ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ: при включении компрессора в ходе эксперимента следует закрыть кран на выходе из диафрагмы, дождаться накачки ресивера до давления 5 бар и отключения компрессора. После этого можно продолжать эксперименты. Компрессор автоматически включается при падении давления в ресивере до 2 бар при включенном тумблере «Подача воздуха в ресивер».
Примечание: при длительном перерыве между лабораторными работами с использованием воздуха рекомендуется сбросить давление воздуха в ресивере, для этого нужно частично открыть кран ВН11 (примерно на треть), после окончания истечения воздуха из ресивера закрыть кран ВН11.
Таблица 11.1. Результаты измерений расхода газа
| № | РРД, бар | TРД, К | РРП, бар | t, с | QA, л/мин | QИ, л/мин | δQA, л/мин | δQИ, л/мин |
| Qcp, л/мин | ||||||||
| Qcp, л/мин | ||||||||
| Qcp, л/мин | ||||||||
| Qcp, л/мин |
Лабораторная работа №12.
