Глава 1. Приборы для измерения количества и расхода жидкостей и газов

Количество вещества выражают в единицах объема или массы. В системе СИ за единицу объема принят кубический метр (м³), а за единицу массы - килограмм (кг). Количество газа измеряют объемным методом. Количество жидкости с равной степенью точности может быть измерено и объемным, и массовым методами, количество газа - только объемным. Для твердых и сыпучих материалов используется понятие насыпной или объемной массы, которая зависит от гранулометрического состава сыпучего материала.

Приборы, измеряющие количество вещества, называются счетчиками. Счетчики измеряют протекающий через них объем вещества за любой промежуток времени: сутки, месяц и т. д. Количество вещества при этом определяется как разность показаний счетчика.

Расходом вещества называется количество вещества, проходящее через данное сечение канала в единицу времени. Объёмный расход Q определяется как произведение скорости потока на площадь отверстия истечения S, т.е.

(1)

Объёмный расход в системе СИ измеряется в м³/с (в произвольных условиях чаще используется единица м³/ч).

Массовый расход Q_M получают умножением объёмного расхода Q на плотность ρ жидкости, газа или пара. т.е.

(2)

За единицу измерения массового расхода принят кг/с (на практике чаще используется т/ч).

Приборы, измеряющие расход (т.е. количество вещества за единицу времени), называются расходомерами. Расходомеры позволяют измерять расход и количество вещества.

В зависимости от принятого метода измерения (т.е. принципа действия) все расходомеры подразделяются на:

• тахометрические;

• переменного перепада давления;

• постоянного перепада давления (расходомеры обтекания);

• электромагнитные (индукционные);

• ультразвуковые;

• инерциальные;

• вихревые и вихреакустические;

• оптические (лазерные);

• тепловые;

• меточные;

• ядерно-магнитные;

• центробежные и др.

Тахометрические расходомеры, т.е. скоростные счетчики, служат для измерения количества жидкостей. Тахометрические расходомеры преобразуют скорость потока в угловую скорость вращения обтекаемого элемента. О количестве жидкости, прошедшей через прибор, судят по числу оборотов обтекаемого элемента (лопастной вертушки, турбины, шарика, барабана и др.), расположенного на пути потока.

Скорость вращения обтекаемого элемента пропорциональна средней скорости потока жидкости. По форме вертушки скоростные счетчики разделяются на две группы: с винтовой вертушкой (аксиальные) и крыльчатые (тангенциальные).

Расходомеры переменного перепада давления преобразуют скоростной напор в перепад давления. Измерение расхода по этому методу основано на изменении потенциальной энергии (статического давления) вещества, протекающего через сужающее устройство в трубопроводе. Сужающим устройством называется техническое устройство, устанавливаемое в измерительном трубопроводе, со сквозным отверстием для создания перепада давления среды путем уменьшения площади сечения трубопровода (сужения потока). В измерительной технике в качестве сужающих устройств (первичных преобразователей) используют диафрагмы, сопла и трубы Вентури.

Р

Рисунок 1.1. Расходомер переменного перепада давления

асходомер переменного перепада давления (рисунке 1.1.) состоит из следующих основных частей: измерительных участков трубопровода 1 до и после сужающего устройства, сужающего устройства 2, импульсных линий 3, служащих для соединения с диффереинциальным манометром измерительных участков трубопровода, дифференциального манометра 4.

К

Рисунок 1.2. Центробежный расходомер

расходомерам переменного перепада давления относят центробежный расходомер (рисунок 1.2), который представляет собой 360-градусное колено (т.е. полную окружность) трубопровода, в верхней части которого на внешней и внутренней (по радиусу кривизны) стенках снимают показания давления р₁ и р₂ соответственно. Принцип действия центробежных расходомеров основан на том, что при движении среды по криволинейному участку трубопровода появляются центробежные силы, создающие перепад давлений между точками с разными радиусами кривизны (где кривизна больше, там центробежная сила и давление жидкости на стенку больше).