Цель работы: Изучение измерительной диафрагмы как прибора для измерения расхода газа, тарировка измерительной диафрагмы.
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.
Наиболее распространенным методом измерения расхода в трубах является метод его измерения по переменному перепаду давления на сужающем устройстве. Схема расходомера показана на рисунке 13.1. В трубу вставляется устройство, сужающее поток, например диафрагма - диск с отверстием. В месте сужения скорость потока возрастает, и его кинетическая энергия увеличивается. Это вызывает уменьшение потенциальной энергии, которая определяется статическим давлением. Давление в суженном потоке меньше, чем давление в потоке до сужения. Разность давлений возрастает с увеличением скорости среды и служит мерой расхода. Сужающее устройство является преобразователем потока (или его расхода) в разность давлений. Разность давлений измеряется дифференциальным манометром, градуированным в единицах расхода.
В качестве сужающего устройства обычно используют так называемые нормальные сужающие устройства: нормальные диафрагмы (рисунок13.1, а), нормальные сопла (рисунок 13.1,6), трубы Вентури (рисунок13.1, в).
Рисунок 13.1. Сужающие устройства
Достоинства расходомеров с сужающими устройствами заключаются в их универсальности. Этими расходомерами можно измерять расход любых однофазных, а в ряде случаев и двухфазных сред. Они пригодны для измерения расхода в трубах практически любого диаметра и при любом давлении. Расходомер состоит из сужающего устройства, соединительных трубок и серийно выпускаемого дифференциального манометра, конструкция которого не зависит от измеряемой среды и расхода. Сужающее устройство рассчитывается по стандартной методике. Исходными данными являются условия измерения и входные данные дифференциального
манометра. Сужающие устройства изготавливаются потребителем.
Основными недостатками расходомеров с сужающими устройствами являются нелинейная функция преобразования, малое отношение Qmax/Qmin обычно не превышающее 3, и затруднения при измерении пульсирующих и переменных расходов. Основная приведенная погрешность расходомеров этого типа не превышает 1-3%.
Для адиабатического течения газа с постоянной начальной температурой расход через диафрагму связан с давлениями перед диафрагмой Р1 и за ней Р2 следующим соотношением:
где у=1,4 показатель адиабаты.
Коэффициент К определяется на основе экспериментальной тарировки диафрагмы.
Экспериментальная часть
Для тарировки измерительной диафрагмы предназначена пневматическая система стенда и компьютерная система сбора информации.
Лабораторная работа по тарировке диафрагмы также может выполняться в ручном режиме измерений, однако это требует значительных затрат времени, методика такой тарировки ничем не отличается от описанной ниже, кроме ручного сбора и обработки информации.
Последовательность выполнения лабораторной работы:
1. Подключить ноутбук к плате АЦП, запустить программу, выбрать пункт меню «Расход воздуха».
2. Полностью открыть редукционный клапан КР2.
3. Включить компрессор подачи воздуха в ресивер. Дождаться пока давление в ресивере поднимется до 5 бар по ДДЗ, после этого произойдет автоматическое отключение компрессора.
4. Открыть шаровые краны в линии одной из диафрагм: ВН12, ВН14 или ВНП, ВН15 краны другой линии должны быть закрыты. Для определенности дальнейшая последовательность написана для открытой линии ВН12, ВН14.
5. Закрыть дроссель ДР5.
6. Редукционным клапаном КР2 поднять давление до 30 кПа по ДД4.
7. Частично открыть дроссель до появления расхода воздуха по ротаметру.
8. Подкорректировать редукционным клапаном КР2 давление для установки 30 кПа по ДД4.
9. Дождаться стабильных показаний ДД4 и ДД5.
10. Нажать кнопку «Начать измерение».
11. Подождать пока давление в ресивере упадет не менее чем на 0,5 бар, но не менее 20 с.
12. Нажать кнопку «Закончить измерение».
13. Закрыть кран ВН14.
14. На экране компьютера появятся средние значения расходов и давлений за время эксперимента и их среднеквадратические отклонения (CKO). В случае, если СКО не превышает 5% от среднего значения, нажать кнопку «Добавить точку».
15. Открыть кран ВН15.
16. Увеличить открытие дросселя для увеличения расхода.
17. Повторить пункты 8-16 два-три раза.
18. Нажать кнопку «Подобрать коэффициент», на экране отобразится значение коэффициента К для данной диафрагмы, на графике отобразится кривая, построенная по тарировочным точкам.
19. Сохранить данные и график в файлы.
20. Записать значение давления перед диафрагмой и коэффициента К.
21. Нажать кнопку «Очистить данные».
22. Повторить пункты 4-21, увеличивая давление до 60 кПа и 90 кПа.
23. Закрыть краны, дроссель, полностью открыть КР2.
24. Выключить компрессор подачи воздуха в ресивер.
25. Проанализировать отклонение экспериментально полученных точек от тарировочной кривой, а также влияние давления перед диафрагмой на коэффициент К. Сделать выводы.
26. Повторить исследование для второй диафрагмы, сравнить коэффициенты К.
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. На время запуска компрессора следует останавливать измерения программой. 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.
Лабораторная работа №14.
