8.10 Выбор прибора для поверки дифманометра

Согласно п.2.2. и приложению 1. ГОСТ 8.146 - 75 манометры дифференциальные показывающие и самопишущие с интегратарами ГСП (методы и средства поверки), и п.48(е). Инструкции 7- 63 по поверке тягомеров, микроманометров и дифференциальных манометров, для поверки выбранного нами дифференциального манометра ДСС подходит переносный прибор для поверки дифманометров-расходомеров системы А.И.Петрова – ППР.

Прибор ППР-2М является универсальным жидкостным мановакуумметром – может измерять или давление или разрежение (вакуум) и предназначен для проверки дифманометров – расходомеров переменного перепада, вакуумметров, тягомеров, тягонапоромеров и других приборов, работающих на принципе измерения перепада давления или разрежения.

Давление и разрежение измеряется прибором в мм водяного ст. или в мм рт. ст. Для этого, во время использования прибора в соответствующем варианте, он, соответственно, заполняется или водой или ртутью. Одновремен­но прибор может работать в одном варианте, т. е. или «на воде» или «на ртути».

Измерение (поверка) производится статическим методом, путем измерения перепада давления (или разрежения – ваку­ума), создаваемого посторонним источником давления, напри­мер, воздушным прессом.

Таблица 8.2

Измеряемый параметр		Пределы измерений столба жидкости, мм	Относительная погрешность: от измеряемой величины, %	Абсолютная погрешность, мм столба жидкости.
Давление	Ртутного столба	75-1000	±0,3	–
	Водяного столба	150-1000
Разрежение	Ртутного столба	75-760
	Водяного столба	150-760
Давление или разрежение	Ртутного столба	менее 75	–	0,25
	Водяного столба	менее 150	–	0,5

П р и м е ч а н и е - Точность показаний гарантируются при вертикальном рабочем положении прибора, установленного, но отвесу и при температуре окружающей среды (20 ± 5) °С. Однако, при работе с прибором, заполненным ртутью, температура в помещении должна поддерживаться в пределах, соответствующих санитарных правил.

8.10.1 Устройство и работа прибора

Рисунок 8.9 - Общий вид прибора ППР-2М

Прибор (рисунок 8.9) состоит из следующих узлов и деталей: основными узлами являются две пары сооб­щающихся сосудов. Сосуды 1 и 2, соединенные гибким шлангом 3, залиты водой, а сосуды 4 к 5 с гибким шлангом 6 – ртутью. Сосуды 1 и 4 представляют собой метал­лические бачки, которые имеют сверху и снизу вентили и штуцера для присоединения гибких шлангов, а сосуды 2 и 5 – прозрачные стаканы, сообщающиеся с атмосферой. Оба бачка и расположенная между ними миллиметровая шкала 7 закреплены на плите 8, имеющей откидную опору 9. Для обеспечения вертикальной установки прибор снабжен винтовыми ножками 10 и 11 и отвесом 12.

Каждый стакан имеет съемную крышку, несущую ми­крометрический винт 13 с иглой 14 на конце, выходящей внутрь стакана. Стакан используемого для поверки мано­метра (водяного или ртутного) закрепляется на подвижной каретке 15, сидящей на шкале 7, а другого – временно устанавливается на запасной опоре 16.

В нерабочем положении при измерении давления каждый бачок устанавливается в вертикальном положении на стойке, укрепленной на плите.

Бачки можно в нужный момент, легко снимать со стоек.

Каждый бачок с помощью кронштейна может устанавливаться на линейке 7, что необходимо при измерении прибором вакуума. Под стойкой левого бачка укреплен кронштейн, служащий для укрепления в нем одного из прозрачных стаканов.

Каждый прозрачный стакан имеет в своем дне штуцер для соединения посредством гибкого шланга с бачком. В одной из крышек стаканов имеется микрометрический винт с иглой служащий для отсчета абсолютной погрешности поверяемых приборов.

Линейка 7 имеет цилиндрическое трубчатое сечение, внутри ее расположен отвес, видимый через отверстие внизу линейки.

На линейке нанесена шкала с миллиметровыми делениями и оцифровкой.

Отвес, подвешенный внутри линейки, служит для установки прибора «по отвесу» во время работы.

Каретка (с нониусом) имеет кронштейн, в котором закрепляется один из прозрачных стаканов.

Каретка служит для перемещения вместе с ней укрепленного на ней прозрачного стакана, вдоль, шкалы линейки на нужную высоту и отсчетов величины перемещения во время работы. Фиксируется каретка на нужной высоте зажимным винтом.

На плите прибора имеется откидная опора для придания большей устойчивости прибору во время работы.

Плита и откидная опора, снабжены регулировочными винта­ми для установки прибора по отвесу, подвешенному в линейке. В качестве рабочей жидкости применяется ртуть или вода, зали­ваемые в соответствующие бачки.

Принцип действия. По принципу работы, прибор представляет собой жидкостный мановакуумметр. Он отличается от обычных жидкостных лабо­раторных стационарных манометров или вакуумметров тем, что вместо стеклянной и - образной трубки имеет сообщенные между собой гибким шлангом, сосуды. Один из сосудов в каждой сообщенной паре – прозрачный.

Одновременно может быть включена в работу одна из двух пар сообщенных сосудов. При этом один из сосудов (бачок) во время работы прибора неподвижен.

Второй сосуд (прозрачный стакан), укрепленный на каретке, перемещается вместе с ней по линейке, вдоль ее шкалы на высоту, соответствующую уровню жидкости в стакане, в зависимости от давления над зеркалом жидкости в бачке.

Величина измеряемого перепада давления (разрежения) определяется по шкале линейки, а погрешность поверяемого прибора определяется по величине перемещения иглы, отмечаемой по шкале микрометрического винта.

Эксплуатация. Использование прибора ППР – 2М для поверки приборов, измеряющих перепад давления

Бачки укреплены в вертикальном положении. Один из прозрачных стаканов (включаемый в данное время в работу) зак­репляется в кронштейне каретки. На этот стакан устанавли­вается крышка с микровинтом. Второй стакан (не используемый в данное время в работе) закрепляется в кронштейне, располо­женном у стойки левого бачка. Этот стакан закрывается глухой крышкой.

Каретка, с закрепленным на ней стаканом, устанавливается по шкале линейки в нулевое положение.

Прибор заполняется рабочей жидкостью (вода или ртуть) в таком количестве, чтобы при открытых вентилях бачка и нуле­вом положении каретки и микрометрического винта конец иглы касался зеркала жидкости в стакане.

Заполнение прибора рабочей жидкостью производится сле­дующим образом. Определяется (на глаз) предполагаемый уро­вень жидкости в стакане до соприкосновения с концом иглы.

Отворачивается верхняя крышка стакана и в стакан заливается жидкость до предполагаемого уровня.

Для заливки рекомендуется пользоваться небольшой стеклянной воронкой.

При заливке прибора ртутью, а также при работе с прибором, залитым ртутью, необходимо соблюдать осторожность, что­бы ртуть не разливалась. Заполнение прибора ртутью следует производить вне рабочего помещения.

После заливки жидкости навернуть на стакан крышку с ми­кровинтом-

Удерживая барабан микровинта в нулевом положении его шкалы, отвернуть верхнюю контргайку микровинта и вращени­ем головки микровинта установить иглу в соприкосновение с жидкостью. Удерживая барабан и головку микровинта в нулевом положении, зажать верхнюю контргайку.

На верхний штуцер соответствующего бачка, включаемого в работу, надевается шланг, который соединяется через тройник с плюсовым штуцером поверяемого прибора и с источником давления (например, с воздушным прессом).

Каретка прибора устанавливается по шкале линейки на высоту, соответствующую расчетной величине перепада, согласно поверяемой точки шкалы контролируемого прибора.

Источником создается такое давление, при котором стрелка контролируемого прибора устанавливается в поверяемую точку шкалы.

Если показания контролируемого прибора в поверяемой точке шкалы имеют

погрешность, то уровень рабочей жидкости в стакане не совпадает с концом иглы.

П р и м е ч а н и е – При создании давления в приборе, заполненном ртутью, необходимо соблюдать осторожность, не допуская резкого повышения давления, т. к. при резком возрастании давления и, следовательно, при быстром перетекании ртути из бачка в стакан, может происходить выброс ртути из прибора в рабочее помещение (через дренажные отверстия крышки стакана).

Величина погрешности контролируемого прибора в поверяемых точках его шкалы определяется следующим способом:

не изменяя положения каретки, путем вращения микрометрического винта подводят конец иглы до соприкосновения с зеркалом жидкости в стакане.

При этом необходимо следить за тем, чтобы верхняя контргайка микровинта была застопорена, т. е. чтобы вместе с иглой вращался и перемещался вверх или вниз барабан микровинта.

Абсолютная погрешность контролируемого прибора в поверяемых точках его шкалы определяется по шкале микрометрического винта.

Если для приведения иглы в соприкосновение с зеркалом жидкости потребовалось иглу переместить от нулевого положе­ния вниз, величина погрешности имеет отрицательное значе­ние (минус). В противном случае – положительное (плюс).

Шкала микрометрического винта оцифрована таким обра­зом, что ее показания соответствуют абсолютной погрешности контролируемого прибора.

Величина давления, измеряемого прибором, определяется по формуле:

Р = НY, (8.59)

где Р – давление, уравновешиваемое столбом жидкости;

Н – высота столба жидкости, определяемая по шкале линейки;

Y – удельный вес жидкости.

Использование прибора ППР-2М для проверки приборов, измеряющих разрежение (вакуум).

Один из бачков (для воды или для ртути), снимается со стойки и посредством кронштейна, расположенного сзади на бачке, закрепляется на линейке. Для этой цели вверху на ли­нейке имеются специальные отверстия.

Прозрачный стакан, сообщенный шлангом, с бачком, установ­ленным на линейке, закрепляется в кронштейне каретки.

Каретка устанавливается на нулевое положение. Нулевое положение для измерения вакуума находится на высоте 760 мм шкалы линейки, а 760 мм для вакуума находится в крайнем нижнем, т. е. в нулевом положении шкалы линейки. Значения величины вакуума определяются с помощью этой шкалы и пе­реводной таблицы , помещенной здесь в инструкции.

Все остальные операций производятся аналогично изложенным в описании использования прибора для измерения давления.

При этом необходимо иметь в виду, что при перемещении иглы для соприкосновения с зеркалом жидкости от нулевого по­ложения вниз, величина погрешности имеет положительное значение (плюс) В противном случае – отрицательное (минус).

Испытание на герметичность. Для поверки герметичности прибор устанавливается в рабочее положение (как для измерения давления), заполняется рабочей жидкостью и к верхнему штуцеру бачка присоединяется источник давления»

Каретка с укрепленным на ней соответствующим прозрачным стаканом устанавливается в наивысшее положение по шкале линейки. Открываются вентили. Источником создается давление, при котором уровень жидкости в прозрачном стакане придет в соприкосновение с иглой микрометрического винта.

Перекрытием верхнего вентиля бачка отключается источник давления (для предотвращения утечки воздуха) и в течение двух минут выдерживается прибор под действием созданного давле­ния.

Если за это время не будет замечено опускание жидкости в прозрачном стакане, а в вентиле и в местах соединений не обнаружится вытекание жидкости, прибор признается герметичным. Такая операция производится с каждой парой сооб­щенных сосудов, причем в каждом случае система заполняется соответствующей жидкостью (вода или ртуть).

Указания мер безопасности. При работе с прибором заполненным ртутью, необходимо соблюдать соответствующие правила безопасности и производственной санитарии, предусмотренные специальными санитарными правилами Министерства здравоохранения и ведомственными инструкциями.

2. Установка дифманометров

Механические и электрические дифманометры и работающие с ними в комплекте вторичные приборы устанавливаются по ГОСТ 18140 -77. «Манометры дифференциальные ГСП» в местах, не подверженных вибрации и тряске, также действию высокой или низкой температуры и влажности окружающего воздуха. Влияние температуры не должно вызывать у электрических дифманометров чрезмерный нагрев обмоток. Во избежание запаздывания показаний длина соединительных линий обычно не превышает 50 м, а внутренний диаметр их составляет не менее 10 мм. Для свободного удаления из соединительных трубок воды (газовые линии) или воздуха (водяные линии) они прокладываются вертикально или с уклоном не менее 0,1 в сторону продувочных вентилей, газосборников или отстойных сосудов. Образование в соединительных линиях воздушных пробок при измерении расхода жидкости или пара и водяных – при измерении расхода газа (воздуха) ведет к искажению результатов измерений. Рекомендуется периодически продувать соединительные линии.

Дифманометр может быть установлен выше или ниже сужающего устройства. При измерении расхода жидкости желательна установка его ниже сужающего устройства (рисунок 8.9) с тем, чтобы затруднить попадание из трубопровода воздуха в соединительные линии. Если же дифманометр располагается выше сужающего устройства, то в верхних точках линий устанавливаются газосборники с продувочными вентилями. При измерении расхода газа (воздуха) дифманометр целесообразно устанавливать выше сужающего устройства (рисунок 8.10).

1 – сужающее устройство; 2 – дифманометр; 3 – запорный вентиль; 4 – продувочный вентиль; 5 – газосборник. Рисунок 8.10 – Схема установки дифманометра при измерении расхода жидкости: а – ниже сужающего устройства; б – выше сужающего устройства;

1 – сужающее устройство; 2 – дифманометр; 3 – запорный вентиль; 4 – продувочный вентиль 5 – отстойный сосуд. Рисунок 8.11 – Схема установки дифманометра при измерении расхода газа (воздуха): а – выше сужающего устройства; б – ниже сужающего устройства;

В случае обратного расположения в нижних точках соединительных линий помещаются отстойные сосуды для воды, образующейся при конденсации содержащегося в газе пара. В обоих случаях необходимо обеспечить постоянство и одинаковость уровней конденсата в соединительных трубках с тем, чтобы давления столбов воды на дифманометр взаимно уравновешивались и не отражались на его показаниях.

При измерении расхода пара более желательной яв­ляется установка дифманометра ниже сужающего устройства и в верхних точках линий обязательно присоединение газосборников.

8.10.3 Расчет сужающих устройств

Расчет нормализованного сужающего устройства сводится к определению диаметра отверстия d₂₀ (мм) по заданным максимальному и среднему измеряемому объемному или массовому расходу среды Q_об.маx и Q_об.ср (м³/ч) или Q_м.маx и Q_м.ср (кг/ч); внутреннему диа­метру трубопровода D₂₀ (мм); параметрам измеряемой среды перед сужающим устройством – абсолютному давлению P₁ (МПа) и тем­пературе t (°С). Кроме того, должен быть указан материал трубопровода.

Можно принять следующий порядок расчета.

Выбираются тип сужающего устройства и его материал, а также тип дифманометра. Для дифманометра - расходомера устанавливаются в соответствии со стандартом конечный расход Q_об.к (м³/ч) или Q_м.к (кг/ч), выбираемый в зависимости от заданного макси­мального расхода среды, и предельный номинальный перепад давления ΔP_н (Па), принимаемый исходя из допускаемой потери давления Р_н в сужающем устройстве. Для жидкостного дифманометра конечный расход принимается равным заданному максимальному, а наибольшая высота столба h_маx (мм) уравновешивающей жидко­сти в дифманометре при температуре прибора – конечному значе­нию шкалы последнего.

Определяются в зависимости от давления P₁ и температуры t₁ по табличным данным плотность ρ₁(кг/м³), кинематическая ν₁ (м²/с) или динамическая μ₁(Па·с) вязкость измеряемой среды, а также, в случае применения жидкостного дифманометра – плотности ρ' и ρ" (кг/м³) уравновешивающей жидкости в дифманометре и находящейся над ней среды при давлении P₁ и температуре прибора.

Находятся в зависимости от температуры t₁ по таблицам поправочные множители на тепловое расширение сужающего устройства k^/ и трубопровода k^// и определяются по формуле:

D = D₂₀k^//_t, (8.60)

диаметр трубопровода D (мм) в рабочих условиях.

Подсчитывается для сильфонного или мембранного дифманометра - расходомера в зависимости от предельного номинального перепада давления Δ_Pн (Па) по формуле ΔР_max = ΔР_н, а для жидкостного дифманометра – по формуле ΔР = 0,001 hg (р'-р"), максимальный перепад давления ΔР_max (Па) в сужающем устройстве.

Находится вспомогательная величина по формуле:

или , (8.61)

Определяется в зависимости от величин mα и D по таблице, значение m.

Определяется для среднего расхода среды Q_0б.ср или Q_м.ср по формуле число Rе_ср, которое сопоставляется с наименьшим допускаемым числом Rе_min и граничным Rе_гр. Если Rе_ср больше Rе_min и Rе_гр, то расчет может быть продолжен. Следует стремиться, чтобы и при минимальном расходе измеряемой среды, составляющем обычно не менее 30 % конечного значения шкалы дифманометра, обеспечивалось условие Re > Rе_гр.

Далее, при расчете сужающего устройства для измерения расхода жидкости определяется в зависимости от величин m, D и искомый его диаметр d₂₀ (мм) по формуле:

, (8.62)

Для измерения расхода газа (воздуха) или пара дополнительно находится отношение среднего перепада давления ΔP_Ср в сужающем устройстве к давлению среды Р₁, согласно выражению:

или , (8.63)

Определяется в зависимости от величин ΔР_ср/Р₁ и m по графикам или таблицам средний поправочный множитель на расширение измеряемой среды (ε_ср)₁.

Подсчитывается вспомогательная величина (mα.)₁ по формуле:

, (8.64)

Находится по таблицам в зависимости от (mα.)₁ и D значение m₁, а по нему и отношению ΔP_ср/Р₁ определяется по графикам или таблицам значение (ε_ср)₂.

Подсчитывается вспомогательная величина (mα)₂ по формуле:

, (8.65)

В зависимости от (mα)₂ и D находят окончательное значение m₂, по которому определяется диаметр сужающего устройства d₂₀ по формуле:

, (8.66)

Для измерения расхода жидкости, газа или пара после определения d₂₀ проверяется правильность выполненного расчета. Для этого зависимости от m (m₂) и D находится коэффициент расхода α. Затем подсчитывается значение d при температуре t₁, и по формуле опреде­ляется расход среды Q_0б или Q_м, соответствующий перепаду давле­ния ΔP_max и поправочному множителю ε = 1 или (ε_ср)2. Полученное значение расхода среды не должно отличаться от Q_об.к или Q_м.к более чем на ±0,25 %.;

Если в результате расчета получается слишком большая потеря давления Р_п в сужающем устройстве, величина которой определятся по графику в зависимости от m (m₂) и ΔP_max, тo должен быть выбран дифманометр расходомер с более низким значением предельного номинального перепада давления ΔP_н или жидкостный дифманометр с меньшим значением h_max и расчет произведен заново.

Далее в зависимости от m (m₂) вновь определяется число Rе_гр и подставляется в формулу, откуда находится минимально допускаемый расход среды Q_об.мин или Q_м.мит при котором вязкость последней не влияет на величину α.

В конце расчета находятся необходимые наименьшие длины прямых участков трубопровода l₁ – перед, и l₂ – за сужающим устройством в зависимости от величины m (m₂) и харак­тера местных сопротивлений трубопровода.

Вывод по проведенной лабораторной работе

Измерение расходов с помощью нормализованных сужающих устройств в области малых чисел Рейнольдса (при малых диаметрах трубопроводов, вязких жидкостях, значительно нагретых газах и других) практически невозможно из-за непостоянства коэффициентов расхода а следовательно, и из-за невозможности нормирования и оценки реальной точности этих измерений.

Таким образом, область нормального (с определенными и нормированными погрешностями измерений) применения расходомеров пере­менного перепада давления ограничена измерением стационарных расходов однофазных жидкостей, сухого перегретого пара и сухих газов на; трубопроводах диаметром более 50 мм с определенной длиной прямого участка.

Несмотря на эти ограничения и относительно малую точность, расходомеры переменного перепада получили преимущественное распространение в отечественной расходоизмерительной практике. Они являются, по существу, единственным типом стандартизованных расходоизмерительных устройств.

Для организации учета расхода (жидкости, газа или пара) методом переменного перепада давления необходимо и достаточно: выбрать достаточный прямой участок трубопровода, выбрать дифманометр, рассчитать, изготовить и установить сужающее устройство, подключить дифманометр.

Для поверки данного узла учета нужен поверочный прибор (например ППР – 2М) для поверки дифманометра и штангельциркуль и микрометрический нутромер для поверки сужающего устройства.

Расходоизмерительные устройства не требуют индивидуальной градуировки и аттестации, облада­ют унифицированными и взаимозаменяемыми элементами, применимы при значительных давлениях и температуре измеряемых сред. В случае необходимости изменения предела измерения в расходомере достаточно сменить сужающее устройство, наиболее же сложная и дорогостоящая часть прибора - дифманометр – остается неизменной. Для этого следует лишь изменить предел измере­ния дифманометра или сменить его шкалу.

Заключение

Измерение расходов с помощью нормализованных сужающих уст­ройств в области малых чисел Рейнольдса (при малых диаметрах трубо­проводов, вязких жидкостях, значительно нагретых газах и других) практически невозможно из-за непостоянства коэффициентов расхода а следовательно, и из-за невозможности нормирования и оценки реальной точности этих измерений.

Таким образом, область нормального (с определенными и нормиро­ванными погрешностями измерений) применения расходомеров пере­менного перепада давления ограничена измерением стационарных расходов однофазных жидкостей, сухого перегретого пара и сухих газов на; трубопроводах диаметром более 50 мм с определенной длиной прямого участка.

Несмотря на эти ограничения и относительно малую точность, расхо­домеры переменного перепада получили преимущественное распростра­нение в отечественной расходоизмерительной практике. По-существу, они являются единственным типом стандартизованных расходоизмерительных устройств.

Для организации учета расхода (жидкости, газа или пара) методом переменного перепада давления необходимо и достаточно: выбрать достаточный прямой участок трубопровода, выбрать дифманометр, рассчитать, изготовить и установить сужающее устройство, подключить дифманометр.

Для поверки данного узла учета нужен поверочный прибор (например ППР – 2М) для поверки дифманометра и штангельциркуль и микрометрический нутромер для поверки сужающего устройства.

Расходоизмерительные устройства не требуют индивидуальной градуировки и аттестации, облада­ют унифицированными и взаимозаменяемыми элементами, применимы при значительных давлениях и температуре измеряемых сред. В случае необходимости изменения предела измерения в расходомере достаточно сменить сужающее устройство, наиболее же сложная и дорогостоящая часть прибора - дифманометр – остается неизменной. Для этого следует лишь изменить предел измере­ния днфмаметра или сменить его шкалу.

Простота и надежность сужающих устройств, определяемая при пра­вильной эксплуатации достаточно медленными процессами износа, кор­розии и «зарастания» их входного профиля, также способствовали ши­рокому распространению расходомеров переменного перепада.