Измерение расхода жидкости и газа

(задача 2 для вариантов 15-30)

Расход вещества – это масса или объем вещества проходящего через известное сечение в единицу времени (м³/с, кг/с).

 

1. Измерение расхода методом переменного перепада давления.

Расходоизмерительная система состоит из сужающего устройства (диафрагма, сопло), устанавливаемого в трубопроводе, импульсных трубок и дифманометров.

Действие расходомеров этого типа основано на измерении перепада давления потока на сужающем устройстве. Объемный расход газов и жидкостей Q_V через сужающее устройство определяется по формуле:

 

Q_V = α_Q*e_C*m_Q² (1.16)

 

где α_Q - коэффициент расхода (в справочнике);

e_C - коэффициент сжимаемости (для жидкости e_C = 1);

r_V - плотность жидкости или газа, кг/м³;

Р - перепад давления, Па;

m_Q - d/D – характеристический коэффициент (0,05 m_Q 0,6);

d - диаметр сужающего устройства;

D - диаметр трубопровода.

При измерении расхода с помощью сужающих устройств требуются нормированные условия среды (температура и атмосферное давление).

 

Турбинные расходомеры

В турбинных расходомерах основным элементом служит турбинка (крыльчатка), вращающаяся в потоке жидкости. Вращение передается через специальный механизм к счетному устройству. Частота вращения турбинки n пропорциональна средней скорости потока V_ср и расходу Q

 

K V_ср K Q_V

n = -------- = ---------, (1.17)

l S * l

 

где К – постоянный коэффициент для данного типа счетчика;

l- шаг лопастей турбинки, м;

S - площадь поперечного сечения, м².

 

Объемные расходомеры

В объемных расходомерах вращаются два подвижных элемента (шестерни, восьмеричные роторы), отмеривающие при своем движении определенные объемы жидкости (измерительный объем). Объемный расход определяется по формуле:

q n

Q_V = ---------, (1.18)

t₁ – t₂

 

где q - измерительный объем, м³

n – количество;

t₁ – t₂ – промежуток времени, с.

Контроль и учет расхода жидкости проводится по результатам подсчета числа оборотов шестерен.

 

4. Индукционные (электромагнитные) расходомеры

Индукционные расходомеры служат для непосредственного преобразования расхода в электрический сигнал. Они предназначены для измерения расхода проводящих жидкостей. Действие индукционных расходомеров основано на возникновении ЭДС в трубопроводе между полюсами электромагнита, которая снимается с помощью электродов.

 

B*D*Q

E = B* D* V_ср = (1.19)

S

где В - магнитная индукция между полюсами электромагнита, Тл;

D - внешний диаметр трубы, равный расстоянию между электродами, м;

S - площадь поперечного сечения трубы, м².

Для тонкостенных трубопроводов ЭДС определяется по формуле:

4 В Q

Е = ---------, (1.20)

D

Измерение уровня

(Задача 3 для вариантов 1-16)

 

1. Поплавковые уровнемеры действуют по принципу перемещения поплавка на поверхности жидкости. Это перемещение затем с помощью механической или электрической передачи поступает на прибор. Уравнение равновесия систем имеет вид:

 

r_V V + m_пр = m_п m_тр, (1.21)

 

где V - объем вытесняемой поплавком жидкости, м³;

r_V - плотность жидкости, кг/м³;

m_пр, m_п, m_тр, - соответственно масса противовеса, поплавка, неуравновешенной части троса.

 

2. Пьезометрические (гидростатические) уровнемеры основаны на принципе продувания воздуха через пневматическую трубку, опущенную в резервуар и измерения гидростатического давления.

 

Р =rqh, (1.22)

где r - плотность жидкости, кг/м³;

q - ускорение силы тяжести, м/с²;

h - высота столба жидкости.

Принцип работы уровнемеров–дифманометров основан на измерении разности давлений жидкости в резервуаре и уравнительном сосуде. Используются дифманометры-уровнемеры, но их следует градуировать при определенной плотности жидкости.

Р =rqh (1.23)

4. Электрические преобразователи уровня (емкостные) основаны на использовании емкостного метода, т.е. зависимости конденсаторного устройства от уровня заполняющей его жидкости. Устройство емкостного уровнемера представляет собой параллельно соединенные цилиндрические конденсаторы С₁ (образован частью электродов и жидкостью, уровень которой изменяется) и С₀ (образован частью электродов и воздухом). Емкость уровнемера определяется по формуле:

2

С = С₁ + С₀ = [le_а (l₀ – l) e₀] (1.24)

ln (D₁/D₂)

где l₀ и l- полная длина цилиндра (резервуара) и длина его, заполненная жидкостью, м;

e₀ и e_а - абсолютные диэлектрические проницаемость воздуха и жидкости, Ф/м;

D₁ и D₂ - диаметры внешнего цилиндра (резервуара) и внутреннего цилиндра (электрода), м.

Со     С1

С_х

 

 

Рисунок 4 – Емкостной уровнемер

 

5. Волновые уровнемеры действуют по принципу отражения звуковых или электромагнитных волн от поверхности измеряемой жидкости. Обычно в волновых уровнемерах измеряется время запаздывания отраженного сигнала относительно излучаемого

2h

t = (1.25)

V

где h – расстояние от излучателя до поверхности, м;

V – скорость распространения волны в среде над измеряемой

поверхностью, м/с;

Скорость распространения электромагнитной волны зависит от свойств среды.

V = (1.26)

где e_am_a - абсолютная диэлектрическая (Ф/м) и магнитная (Гн/м) проницаемость среды.

Например, скорость распространения электромагнитных волн в воздухе составляет 299 10⁶ м/с.

Скорость звуковой волны (V, м/с) в воздухе определяется по формуле

V = = e_c K_RT, (1.27)

где e_c - коэффициент сжимаемости газов, м²/Н;

K_R - универсальная газовая постоянная, равная 8134 Дж(кг К);

Р, Т - Давление и температура среды