6.4 Измерение расхода жидкости и газа

6.4.1 Основные понятия и единицы расхода и количества вещества

Количество вещества, прошедшее через данное сечение трубопровода в единицу времени или за какой-то промежуток времени называется расход. Прибор - расходомер, или счетчик количества. Разность двух последовательных показаний счетчика в начале и конце промежутка времени - это и есть количество вещества. Показания счетчика выражаются в единицах объема, иногда в единицах массы. Прибор, снабженный интегрирующим устройством со счетчиком для одновременного измерения расхода и количества вещества называется расходомером со счетчиком. Различают объемный Q₀ (м³/c, м³/ч) и массовый расход Q_м или М (л/c, кг/ч). Допускаются единицы, отнесенные к минуте. Для сравнения результаты измерения расхода газа относят к нормальным условиям. Для промышленности это t_н = 20⁰С,

р = 1.0332 кгс/см₂ (101325 Па), относительная влажность  = 0 (ГОСТ 2939-63). В этом случае объемный расход газа Q_н, выражают в м³/ч.

Расход связан со средней по сечению потока скоростью v и площадью сечения S:

Q = vS ; M = vS, где  - плотность среды.

6.4.2. Измерение по переменному перепаду давления на сужающем устройстве является наиболее распространенным методом. Рис. Вместе сужения скорость потока возрастает, и его кинетическая энергия увеличивается это вызывает уменьшение потенциальной энергии, которая определяется статическим давлением. Давление в суженном потоке меньше, чем в потоке до сужения. Разность давлений возрастает с увеличением скорости среды, служит мерой расхода и измеряется дифференциальным манометром, градуированным в единицах расхода.

Исходя из уравнения Бернулли в силу неразрывности потока расход в сечениях const = Q = v S₁ = v S₂ , где S₁,S₁ - площади сечений струи и принятия ряда допущений: среда несжимаемая жидкость или газ (грубо), труба расположена горизонтально, потери энергии пренебрежимо малы можно написать:

(v)² - (v)² = (p- p). Вынеся за скобку в предыдущем (v)² и подставив в уравнение Бернулли, получим Q = v S₂ = В реальных условиях вместо давления невозмущенного потока измеряется давление непосредственно перед сужающим устройством, также и р₂ . Расчет удобно производить исходя из конструктивного размера S₀, площади отверстия сужающего устройства. Для корректировки формулы в нее вводится поправочный коэффициент а - коэффициент расхода. Он зависит от отношения диаметров трубы и сужающего устройства, параметров среды, режима течения (числа Рейнольдса) и характеристик сужающего устройства. Q = aS₀, S₀ - площадь сужающего устройства. Рисунки.

Достоинства расходомеров с сужающими устройствами - в их универсальности. Этими приборами можно измерять расход любых однофазных, а в ряде случаев и двухфазных сред. Они пригодны для измерения расхода в трубах практически любого диаметра и при любых давлениях. Расходомер состоит из сужающего устройства, соединительных трубок и серийно выпускаемого дифференциального манометра, конструкция которого не зависит от измеряемой среды и расхода. Сужающее устройство рассчитывается и изготавливается потребителем ( исходя из дифманометра и условий измерения).

Основными недостатками являются: нелинейная функция преобразования, малое отношение Q_max/Q_min , обычно не превышающее 3, трудности при измерении пульсирующих и переменных расходов. Основная приведенная погрешность 1-3%.