1.2.4 Датчики расхода жидкостей и газов. А)расходомеры переменного перепада давления

Расход – отношение кол-ва вещества, протекающего ч/з поперечное сечение трубопровода за определённый интервал времени к данному интервалу времени.

_{Различают расход: V-ый - Q[м3/с]; m-ый - Qм[кг/с]}

, где .

Данные измерения Q осуществляют расходомерами.

По принципу действия они подразделяются:

1 - Расходомеры переменного перепада давлений, основаны на дросселировании потока вещества через сужающие устройства создающие перепад давлений.

2 - Расходомеры постоянного перепада давлений (ротаметр), основаны на дросселировании потока через сужающие устройства создающие перепад давлений.

3 - Электромагнитные расходомеры (индукционные) – основаны на измерении ЭДС наводимой в потоке электропроводной ж-ти под воздействием магнитного поля.

4 – Вихревые, вихреокустические – основанные на измерении Р вихрей, создаваемых различными видами тел, кот. помещаются в контролируемую среду.

В качестве сужающего устройства в них исп-ся диафрагма (тонкостенная пластинка с малым отверстием в центре, кот. встривается в трубопровод соосно с осью трубопровода). Данная диафрагма создает перепад Р, и данная разность (перепад) – мера расхода контролируемой среды.

-характер поток и график распределения статического Р по длине трубопровода l при установке диафрагмы в трубопроводе.

Сужение течения имеет место до сужающего устройства, и на некотором расстоянии за ним. Благодаря действию сил инерции, поток постепенно расширяется до полного сечения трубопровода. Перед диафрагмой и за ней образуются зоны с вихревым движением. Давление потока около стенки трубопровода несколько возрастает из-за подпора перед диафрагмой и снижается до минимума непосредственно за диафрагмой в наиболее узком сечении потока II-II. Далее по мере расширения потока давление течения около стенки снова повышается, но не достигает прежнего значения. Остаточная потеря давления ΔP объясняется потерями энергии на трение изавихрения.

Таким образом, перепад давления ΔP на сужающем устройстве зависит от расхода вещества и может служить мерой этого расхода. Уравнение для объемного расхода вещества в нормальных условиях имеет вид:

Q = 0,0125*а*ε*d²*(∆P/ρ)^1/2 ,

где а – коэффициент расхода; ε – поправочный множитель на расширение измеряемой среды (для жидкостей ε =1); d – диаметр отверстия диафрагмы; ΔР – перепад давления на сужающем устройстве; ρ – плотность сужаемого вещества

1.2.4 Датчики расхода жидкостей и газов. Б) Расходомеры постоянного перепада давления

Расход – отношение кол-ва вещества, протекающего ч/з поперечное сечение трубопровода за определённый интервал времени к данному интервалу времени.

_{Различают расход: V-ый - Q[м3/с]; m-ый - Qм[кг/с]}

, где .

Данные измерения Q осуществляют расходомерами.

По принципу действия они подразделяются:

1 - Расходомеры переменного перепада давлений, основаны на дросселировании потока вещества через сужающие устройства создающие перепад давлений.

2 - Расходомеры постоянного перепада давлений (ротаметр), основаны на дросселировании потока через сужающие устройства создающие перепад давлений.

3 - Электромагнитные расходомеры (индукционные) – основаны на измерении ЭДС наводимой в потоке электропроводной ж-ти под воздействием магнитного поля.

4 – Вихревые, вихреокустические – основанные на измерении Р вихрей, создаваемых различными видами тел, кот. помещаются в контролируемую среду.

Расходомеры постоянного перепада давления

Наиболее распространенными приборами являются ротаметры. Шкала ротаметров практически равномерная, ими можно измерять небольшие расходы, потери давления у них небольшие и не зависят от расхода.

Проходя через ротаметр с низа вверх, жидкость или газ подымает поплавок пока, кольцевая щель между поплавком и стенками конусной трубки не достигнет значения, при котором силы, которые действуют на поплавок, уравновесятся и он остановится на том значении какой расход.

На поплавок ротаметра действует осевая сила, которая направлена в противоположную сторону.

Сверху вниз действуют:

1 - сила тяжести , где - объем поплавка; – плотность материала поплавка; – ускорение силы тяжести.

2 - сила от давления жидкости (газа) на верхнюю плоскость поплавка , где – среднее давление жид. на единицу верхней плоскости поплавка; S – площадь наибольшего поперечного сечения поплавка.

Снизу вверх на поверхность поплавка действуют тоже силы:

1 - сила от давления жидкости (газа) на нижнюю поверхность поплавка ;

2 - сила трения жидкости (газа) о поплавок , где - коэффициент сопротивления, который зависит от критерия Рейнольдса и степени шероховатости поверхности поплавка; - средняя скорость жид.(газа) в кольцевом канале; - боковая поверхность поплавка; n –показатель степени, который зависит от скорости жидкости (газа).

Поплавок уравновешен когда F1+F2=F3+F4:

или

_{-скорость в кольцевом сечении}

_{Уравнение неразрывности:}

Когда допустить, что при всех расходах остается постоянной, то правая часть уравнения будет постоянной т.к. остальные величины являются для данного прибора постоянными. Т.о. разность давлений на поплавок . Это значит, что ротаметр является прибором постоянного перепада давления.

Если сложить уравнение Бернули для сечений I-I и II-II и уравнение неразрывности потока, то получим уравнение расхода:

, м³/с

где - площадь кольцевого отверстия.

Т.к. значение под корнем можно считать постоянным, то:

Эта зависимость линейная, следовательно шкала ротаметра будет равномерной.

Ротаметры делают со стеклянной трубки при этом он работает до давления 0,58 Па, для большего давления их делают с металла. Эти ротаметры делают с электрической и пневматической дистанцией управления.