Измерение количества и расхода
Основные понятия, единицы измерения
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. Для получения сравнимых результатов измерений необходимо объем газа привести к следующим нормальным условиям: температура 20°С (293,15 К), давление 101325 Па (760 мм рт. ст.), относительная влажность φ =0.
Приборы, измеряющие количество вещества, называются счетчика-
ми. 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 оп-
ределяется как произведение скорости потока v на площадь отверстия ис-
течения S , т.е. Q=vS.
Объёмный расход в системе СИ измеряется в м /с (в произвольных условиях чаще используется единица м /ч).
Массовый расход Qм получают умножением объёмного расхода Q на плотность ρ жидкости, газа или пара, т.е. Qм=Qρ.
За единицу измерения массового расхода принят кг/с (на практике чаще используется т/ч).
Приборы, измеряющие расход, называются расходомерами. Эти приборы могут быть снабжены счетчиками (интеграторами), тогда они называются расходомерами со счетчиком. Такие расходомеры позволяют измерять расход и количество вещества.
В зависимости от принятого метода измерения приборы для измерения расхода и количества подразделяются на:
• расходомеры переменного перепада давления;
• расходомеры постоянного перепада давления;
• бесконтактные расходомеры: электромагнитные, ультразвуковые;
• вихревые расходомеры;
• калориметрические расходомеры и др.
8.2. Измерение количества жидкости и газа
Количество жидкости или газа можно измерить счетчиками. По
принципу действия счетчики подразделяются на объемные, массовые и скоростные. Для измерения количества жидкости применяют преимущественно объемные и скоростные счетчики, для измерения объема газа - объемные счетчики. Для каждого счетчика существует определенный минимальный расход, ниже которого резко возрастает основная погрешность.
Номинальным называется наибольший длительный расход, при ко-
тором погрешность измерения не выходит за пределы установленных
норм, а потеря напора не создает в счетчике усилий, приводящих к быст-
рому износу его деталей. Характерным расходом называется количество
вещества, которое проходит через счетчик за 1 ч при установившемся по-
токе и потере напора 0,1 МПа. Характерный расход является условной ве-
личиной и служит мерой оценки счетчиков различных конструкций.
Потери напора представляют собой разность давлений на входе в
счетчик и выходе из него.
Калибром счетчика называется диаметр условного прохода входно-
го патрубка, выраженный в миллиметрах.
8.2.1. Скоростные счетчики для жидкостей
Эти счетчики служат для измерения количества жидкостей. Они ос-
нованы на принципе измерения средней скорости движущегося потока. Количество жидкости Q связано со средней скоростью движущегося потока соотношением: Q = νcp S, где νcp - средняя скорость движения вещества, м/с; S - поперечное сечение потока, м2.
О количестве жидкости, прошедшей через прибор, судят по числу
оборотов лопастной вертушки, расположенной на пути потока. Считается,
что скорость вращения вертушки пропорциональна средней скорости потока n = с vср , с учетом предыдущего уравнения n = c (Q /S), где n - число оборотов вертушки; с - коэффициент пропорциональности, характеризующий механические и гидравлические свойства прибора.
По форме вертушки скоростные счетчики разделяются на две группы:
с винтовой вертушкой и крыльчатые. Винтовые вертушки размещают па-
раллельно измеряемому потоку, крыльчатые - перпендикулярно ему.
На рис.48. показан скоростной счетчик с винтовой вертушкой, за-
креплённой на горизонтальной оси. В корпусе 1, снабженном фланцами для присоединения к трубопроводу, установлена вертушка 2 с лопастями, изогнутыми по винтовой линии. Вертушку изготовляют из пластмассы при рабочей температуре до 30°С и из латуни при более высоких температурах.
 Рис. 48. Скоростной счётчик с винтовой вертушкой |
На ось вертушки перед задним закрытым подшипником 3, закрепленным в крестовине 4, насажан червяк 5, сцепляющийся с червячной шестерней, передающей вращение передаточному механизму 6. От механизма движение передается оси, проходящей через сальник 7, и счетному механизму 8.
Перед вертушкой со стороны входа жидкости установлен струевыпрямитель 9, состоящий из нескольких радиально закрепленных прямых пластин. Конец одной из пластин струевыпрямителя поворачивается вокруг вертикальной оси, образуя лопасть 11, служащую для регулирования счетчика через рычажный привод 12. В струевыпрямителе закреплен передний подшипник 10 оси вертушки. Механическое сопротивление (трение в подшипниках, сальнике и т.п.) влияет на скорость вращения вертушки, а при некоторой минимальной скорости потока вертушка будет неподвижна.
В зависимости от способа подвода жидкости счетчики с крыльчатой вертушкой подразделяются на одноструйные и многоструйные.
Как в одноструйных, так и в многоструйных счетчиках жидкость подводится тангенциально к лопастям вертушки. Счетчики с крыльчатой вертушкой устанавливают на горизонтальных участках трубопроводов. Счетчики с винтовой вертушкой применяют при давлении жидкости до 1,0 МПа и при длительной нагрузке до 600 м3/ч. Погрешность счетчиков составляет 2 - 3% действительного значения.