страница - 33
кую. По возникающему перепаду давления на сужающем устройстве может быть определен расход. В качестве сужающих устройств используют дифрагмы, сопла, трубки Вентури.
Подобно методам измерения расхода при помощи устанавливаемых в контролируемом потоке сужающих устройств, метод динамического напора относится к группе методов определения расхода по переменному перепаду давления.
Рис. 1.11.6. Метод определения расхода путем измерения динамического напора:
1 - напорное устройство; р$ - статическое давление; pG - суммарное давление
Для измерения в контролируемый поток помещают небольшое напорное устройство (рис. 1.11.6) и определяют распределение скоростей потока по сечению трубопровода. Расход определяют путем интегрирования полученного распределения скоростей по площади сечения.
По сравнению с другими устройствами, предназначенными для измерения скоростей потоков, напорные трубки обладают универсальностью и простотой конструкции. Существенным их недостатком является малая величина характеризующего расход динамического давления, измерение которого с достаточной степенью точности лишь, в редких случаях может производиться обычными дифма-нометрами.
Стоимость расходомеров с большим диаметром условного прохода и затраты на их установку в трубопроводы большого диаметра увеличиваются непропорционально увеличению размеров трубопровода. Это обусловило необходимость разработки ряда методов измерения расходов, основанных на измерении местных скоростей потока в одной или нескольких точках поперечного сечения трубопровода и последующем определении средней скорости потока в данном сечении, по которой определяется расход. К числу подобных расходомеров относятся погружные турбинные счетчики, напорные трубки и тепловые зонды. В расходомере Аннубсера напорными трубками измеряются динамические напоры в четырех
точках поперечного сечения трубопровода, лежащих на одном диаметре, а путем усреднения результатов этих замеров определяется суммарный динамический напор, являющийся мерой расхода; необходимый поправочный коэффициент, зависящий от диаметра трубопровода и числа Рейнольдса, находится эмпирически.
Разновидностью напорного расходомера является устройство с напорной шайбой. В трубопровод помещают цилиндрическое тело (шайбу). Возникающее на шайбе под действием динамического напора контролируемого потока динамическое усилие преобразуется методом силовой компенсации в пневматический выходной сигнал.
Метод измерения расхода по потере давления на прямом участке трубопровода основан на использовании сопротивления* трения для получения измерительной информации о расходе. Изменения скорости потока и его кинетической энергии на измерительном участке являются помехам и должны быть исключены или скорректированы.
Реализацией метода определения расхода путем измерения усилия, развиваемого потоком, набегающим на помещенное в него тело, является поплавковый расходомер (ротаметр). Принцип его работы основан на измерении усилия, развиваемого контролируемым потоком, обтекающим помещенный в него поплавок. Ротаметры могут быть изготовлены из коррозионно-стойких материалов для измерения расходов практически любых сред. Установка ротаметра в трубопровод не требует наличия перед ним прямого участка. Это позволяет устанавливать приборы такого типа непосредственно до и после изгибов трубопроводов и вентилей. Потеря давления на ротаметрах мала и при выборе прибора соответствующего размера может быть доведена до минимума. Приборы просты по конструкции и состоят из малого числа деталей. Погрешность измерения не превышает 2 %, а при особо точной калибровке может быть уменьшена до 1 %.
Принцип действия пружинно-дискового расходомера аналогичен принципу действия ротаметра. В ротаметрах вес поплавка уравновешивается суммой усилий потока и подъемной силой, в пружинно-дисковом расходомере уравновешивающее усилие развивается измерительной пружиной. Возможности установки пружинно-дискового расходомера аналогичны таковым для ротаметров. В приборе легко заменять Измерительную пружину и шкалы при изменении диапазона измерения. Существенным преимуществом по сравнению с ротаметрами является независимость показаний прибора от влияния силы тяжести, что позволяет устанавливать его в любом положении и измерять, например, расходы в потоках, направленных сверху вниз.
В расходомерах с поворотной лопастью непосредственно измеряется усилие, развиваемое контролируемым потоком на поворотной лопасти, уравновешенной ее собственным весом, реже - усилием пружины. Проходное сечение расходомера при нулевом расходе полностью перекрывается лопастью. При увеличении расхода под действием развиваемого усилия лопасть поворачивается и угол поворота служит мерой расхода. Приборы этого типа предназначены прежде всего для измерений больших расходов и расходов сильно загрязненных сред.
Методы определения расхода по разности уровней основаны на преобразовании потенциальной энергии положения уровня контролируемой среды в кинетическую энергию потока при постоянстве потенциальных энергий давления, обеспечиваемых наличием свободной, открытой в атмосферу поверхности. Метод применим для измерения расходов жидкостей, протекающих по открытым лоткам и каналам.
Существует несколько разновидностей подобных устройств. В расходомерах Вентури боковые сужения канала или соответствующая профилировка дна приводят к увеличению скорости потока и соответственно к понижению уровня. В водосливных каналах подпор создается перегородкой с острой кромкой. Расход определяется по высоте уровня жидкости относительно высоты перегородки.
Измерение расхода меточными методами предусматривает введение в контролируемый поток небольшого количества легко выявляемого вещества и определение времени прохождения им определенного участка пути или измерение изменений его концентрации в потоке.
Так, метод солевых растворов по Аллену предусматривает импульсивное введение в контролируемый поток порции солевого раствора. С помощью установленной в непосредственной близости от места ввода меточного раствора первой пары электродов и находящейся на некотором расстоянии от нее второй пары электродов фиксируют изменения электрической проводимости, обусловленные перемещением метки по контролируемому участку. Расход определяют по времени перемещения метки между парами электродов.
Дифференциальный метод солевых растворов предусматривает определение расхода по изменению известной концентрации раствора натрийбихромата, вводимого дозирующим насосом в течение определенного интервала времени с постоянным расходом в контролируемый поток. Мерой концентрации является оптическая плотность, определяемая с помощью высокочувствительного колориметра.
Для создания меток используют радиоактивные материалы. Расход определяют также по времени перемещения метки между двумя приемниками-счетчиками.
Корреляционные методы измерения расхода основаны на использовании вызываемых турбулентностью потока или особыми течениями многофазных смесей случайных возмущений, например местных и нерегулярных колебаний давления, температуры, электропроводности, перемещений электрических зарядов, скорости, оптической проницаемости потока. Метод предусматривает регистрацию изменяющихся сигналов двух последовательно установленных в потоке датчиков; вычисление коррелятором по этим сигналам времени пробега потоком измерительного участка известной длины (расстояние между датчиками) и определение по найденному времени пробега и геометрии измерительного участка искомого расхода.
Несмотря на то, что корреляционные методы измерения расхода давно известны, они применялись ранее только для решения узкоспециальных задач, так как были связаны со значительными затратами. Стремительное развитие производства быстродействующих и недорогих элементов микроэлементной техники обеспечивает возможность выпуска корреляционных расходомеров, конкурентоспособных по своей стоимости.
Тепловыми называются методы, основание на измерении зависящего от расхода теплового параметра (температуры, разности температур или производных от этих величин параметров) контролируемого потока или контактирующего с ним тела.
Так, термоанемометрический метод предусматривает определение расхода по изменению температуры нагреваемой электрическим током проволоки, помещенной в контролируемый поток газа. Известны два варианта этого метода - метод постоянного тока и метод постоянной температуры. В первом случае ток, протекающий по проволоке, поддерживается постоянным и контролируется сопротивление проволоки, во втором - сопротивление проволоки поддерживается постоянным путем регулирования приложенного к ней напряжения. Методы обладают рядом преимуществ - высокая чувствительность, что обеспечивает возможность измерения малых и средних скоростей потоков; малая инерционность; простота средств обработки информации. К числу недостатков методов относятся уменьшение чувствительности с возрастанием скорости потока; обусловленная неоднородностью материала проволоки необходимость индивидуальной калибровки первичных преобразователей. Благодаря малой инерционности проволочные термоанемометры применимы при исследованиях турбулентных потоков.
Применяемые для измерения скорости потока термозонды состоят из обладающих высоким температурным коэффициентом полупроводниковых терморезисторов с отрицательным или положительным температурным
коэффициентом. Тепловое равновесие помещенного в контролируемый поток электрически нагреваемого измерительного преобразователя устанавливается в зависимости от условий его охлаждения. Сопротивление преобразователя, зависящее от температуры в состоянии равновесия, измеряется при помощи электрической схемы. Термозонды используют преимущественно для измерения скоростей потоков жидкостей. Вследствие значительной инерционности достаточная точность обеспечивается лишь при измерениях скоростей относительно стационарных потоков.
При охлаждении источника тепла (проволоки) потоком воздуха мерой скорости этого потока может служить температура источника или потребляемая им мощность в зависимости от того, какой из этих параметров стабилизируется в процессе измерения. В режиме стабилизации температуры позистор (терморезистор с положительным температурным коэффициентом) нагревается до температуры, при которой устанавливается баланс между потребляемой электрической мощностью и отдаваемой тепловой мощностью. При охлаждении позистора вследствие увеличения скорости потока, сопротивление его снижается, что увеличивает потребляемую мощность, предотвращая дальнейшее снижение температуры.
Согласно закону электромагнитной индукции, в электрическом проводнике, перемешающемся в магнитном поле, возникает электрический ток. Этот эффект используется в индукционном расходомере. Протекающая жидкость отождествляется с проводником, то есть должна обладать определенной минимальной проводимостью. Контролируемый поток протекает по армированной изолятором трубе, в стенках которой перпендикулярно направлению магнитного поля и потока среды установлены два диаметрально расположенных электрода, с которых снимается напряжение, пропорциональное средней скорости потока.
Магнитно-индукционные расходомеры отличаются видом прикладываемого магнитного поля - переменное синусоидальное, переменное с треугольной формой возбуждающего электрического тока, периодически включающееся, постоянное.
Машитно-индукционный метод обладает следующими достоинствами: по точности превосходит другие методы; отсутствие непосредственного контакта с контролируемым потоком; результаты измерения не зависят от температуры, вязкости, концентрации давления и направления движения контролируемой среды; способ применим для измерения расхода химически агрессивных и коррозионно-активных жидкостей, ламинарных и турбулентных потоков. Метод применяют для контроля агрессивных кислот, пульп (смесей руда - во-
да, уголь - вода, песок - вода), жидких металлов (натрия, ртути, висмута) в системах охлаждения ядерных реакторов.
$1
А.
L 1х-
Рис. 1.11.7. Схема ультразвукового частотно-импульсного расходомера
Принцип действия ультразвуковых расходомеров основан на зависимости скорости распространения ультразвуковых колебаний в движущейся жидкости от скорости перемещения самой жидкости. Так, в частотно-импульсном устройстве (рис. 1.11.7) излучатель S\ непрерывно посылает ультразвуковой сигнал до момента его появления на приемнике Е\у после чего S\ выключается и излучение прерывается на все время поступления сигнала на приемник Е\\ далее цикл периодически повторяется. Аналогично работает система канала S2 - Е2, причем выдаваемые генератором импульсы в обоих каналах совпадают по фазе. Возникающие две последовательности импульсов следует через определенные промежутки времени, которые являются мерой расхода.
Возможно непосредственное измерение разности времен прохождения ультразвуковых колебаний по этим каналам, однако результат измерения при этом зависит от скорости распространения ультразвука в среде, что является существенным недостатком метода.
Дифференциально-фазовый метод предусматривает непрерывную посылку синусоидальных колебаний на два ультразвуковых датчика попеременно или одновременно (при двухканальной схеме). Поступающие ультразвуковые колебания сдвинуты по фазе относительно друг друга, так как волны, перемещающиеся по направлению потока, движутся быстрее. Частоту посылки импульсов подбирают таким образом, чтобы разность фаз при максимальной скорости не превышала длины волны X. Тогда
Аф / 360 = A// T = fAt,
где А/ - разность времени прохождения ультразвуковых колебаний; Т - период колебаний; /- частота колебаний.
При изучении ультразвуковых колебаний постоянной частоты f\ в жидкость часть ультразвуковой энергии рассеивается находящими-
содержание:
[стр.Введение] [стр.1] [стр.2] [стр.3] [стр.4] [стр.5] [стр.6] [стр.7] [стр.8] [стр.9] [стр.10] [стр.11] [стр.12] [стр.13] [стр.14] [стр.15] [стр.16] [стр.17] [стр.18] [стр.19] [стр.20] [стр.21] [стр.22] [стр.23] [стр.24] [стр.25] [стр.26] [стр.27] [стр.28] [стр.29] [стр.30] [стр.31] [стр.32] [стр.33] [стр.34] [стр.35] [стр.36] [стр.37] [стр.38] [стр.39] [стр.40] [стр.41] [стр.42] [стр.43] [стр.44] [стр.45] [стр.46] [стр.47] [стр.48] [стр.49] [стр.50] [стр.51] [стр.52] [стр.53] [стр.54] [стр.55] [стр.56] [стр.57] [стр.58] [стр.59] [стр.60] [стр.61] [стр.62] [стр.63] [стр.64] [стр.65] [стр.66] [стр.67] [стр.68] [стр.69] [стр.70] [стр.71] [стр.72] [стр.73] [стр.74] [стр.75] [стр.76] [стр.77] [стр.78] [стр.79] [стр.80] [стр.81] [стр.82] [стр.83] [стр.84] [стр.85] [стр.86] [стр.87] [стр.88] [стр.89] [стр.90] [стр.91] [стр.92] [стр.93] [стр.94] [стр.95] [стр.96] [стр.97] [стр.98] [стр.99] [стр.100] [стр.101] [стр.102] [стр.103] [стр.104] [стр.105] [стр.106] [стр.107] [стр.108] [стр.109] [стр.110] [стр.111] [стр.112] [стр.113] [стр.114] [стр.115] [стр.116] [стр.117] [стр.118] [стр.119] [стр.120] [стр.121] [стр.122] [стр.123] [стр.124] [стр.125] [стр.126] [стр.127] [стр.128] [стр.129] [стр.130] [стр.131] [стр.132] [стр.133] [стр.134] [стр.135] [стр.136] [стр.137] [стр.138] [стр.139] [стр.140] [стр.141] [стр.142] [стр.143] [стр.144] [стр.145] [стр.146] [стр.147] [стр.148] [стр.149] [стр.150] [стр.151]