Измерение расхода жидкости и газа

(задача 2 для вариантов 15-30)

Расход вещества – это масса или объем вещества проходящего через известное сечение в единицу времени (м3/с, кг/с).

1.Измерение расхода методом переменного перепада давления.

Расходоизмерительная система состоит из сужающего устройства (диафрагма, сопло), устанавливаемого в трубопроводе, импульсных трубок и дифманометров.

Действие расходомеров этого типа основано на измерении перепада давления потока на сужающем устройстве. Объемный расход газов и жидкостей QV через сужающее устройство определяется по формуле:

QV = αQ*eC*mQ2 Измерение расхода жидкости и газа - student2.ru Измерение расхода жидкости и газа - student2.ru (1.16)

где αQ - коэффициент расхода (в справочнике);

eC - коэффициент сжимаемости (для жидкости eC = 1);

rV - плотность жидкости или газа, кг/м3;

Измерение расхода жидкости и газа - student2.ru Р - перепад давления, Па;

mQ - d/D – характеристический коэффициент (0,05 Измерение расхода жидкости и газа - student2.ru mQ Измерение расхода жидкости и газа - student2.ru 0,6);

d - диаметр сужающего устройства;

D - диаметр трубопровода.

При измерении расхода с помощью сужающих устройств требуются нормированные условия среды (температура и атмосферное давление).

Турбинные расходомеры

В турбинных расходомерах основным элементом служит турбинка (крыльчатка), вращающаяся в потоке жидкости. Вращение передается через специальный механизм к счетному устройству. Частота вращения турбинки n пропорциональна средней скорости потока Vср и расходу Q

K Vср K QV

n = -------- = ---------, (1.17)

l S * l

где К – постоянный коэффициент для данного типа счетчика;

l- шаг лопастей турбинки, м;

S - площадь поперечного сечения, м2.

Объемные расходомеры

В объемных расходомерах вращаются два подвижных элемента (шестерни, восьмеричные роторы), отмеривающие при своем движении определенные объемы жидкости (измерительный объем). Объемный расход определяется по формуле:

q n

QV = ---------, (1.18)

t1 – t2

где q - измерительный объем, м3

n – количество;

t1 – t2 – промежуток времени, с.

Контроль и учет расхода жидкости проводится по результатам подсчета числа оборотов шестерен.

4. Индукционные (электромагнитные) расходомеры

Индукционные расходомеры служат для непосредственного преобразования расхода в электрический сигнал. Они предназначены для измерения расхода проводящих жидкостей. Действие индукционных расходомеров основано на возникновении ЭДС в трубопроводе между полюсами электромагнита, которая снимается с помощью электродов.

B*D*Q

E = B* D* Vср = (1.19)

S

где В - магнитная индукция между полюсами электромагнита, Тл;

D - внешний диаметр трубы, равный расстоянию между электродами, м;

S - площадь поперечного сечения трубы, м2.

Для тонкостенных трубопроводов ЭДС определяется по формуле:

4 В Q

Е = ---------, (1.20)

Измерение расхода жидкости и газа - student2.ru D

Измерение уровня

(Задача 3 для вариантов 1-16)

1. Поплавковые уровнемеры действуют по принципу перемещения поплавка на поверхности жидкости. Это перемещение затем с помощью механической или электрической передачи поступает на прибор. Уравнение равновесия систем имеет вид:

rV V + mпр = mп Измерение расхода жидкости и газа - student2.ru mтр, (1.21)

где V - объем вытесняемой поплавком жидкости, м3;

rV - плотность жидкости, кг/м3;

mпр, mп, mтр, - соответственно масса противовеса, поплавка, неуравновешенной части троса.

2. Пьезометрические (гидростатические) уровнемеры основаны на принципе продувания воздуха через пневматическую трубку, опущенную в резервуар и измерения гидростатического давления.

Р =rqh, (1.22)

где r - плотность жидкости, кг/м3;

q - ускорение силы тяжести, м/с2;

h - высота столба жидкости.

Принцип работы уровнемеров–дифманометров основан на измерении разности давлений жидкости в резервуаре и уравнительном сосуде. Используются дифманометры-уровнемеры, но их следует градуировать при определенной плотности жидкости.

Измерение расхода жидкости и газа - student2.ru Р =rqh (1.23)

4. Электрические преобразователи уровня (емкостные) основаны на использовании емкостного метода, т.е. зависимости конденсаторного устройства от уровня заполняющей его жидкости. Устройство емкостного уровнемера представляет собой параллельно соединенные цилиндрические конденсаторы С1 (образован частью электродов и жидкостью, уровень которой изменяется) и С0 (образован частью электродов и воздухом). Емкость уровнемера определяется по формуле:

2 Измерение расхода жидкости и газа - student2.ru

С = С1 + С0 = [leа (l0 – l) e0] (1.24)

ln (D1/D2)

где l0 и l- полная длина цилиндра (резервуара) и длина его, заполненная жидкостью, м;

e0 и eа - абсолютные диэлектрические проницаемость воздуха и жидкости, Ф/м;

D1 и D2 - диаметры внешнего цилиндра (резервуара) и внутреннего цилиндра (электрода), м.

Со     С1
Измерение расхода жидкости и газа - student2.ru Измерение расхода жидкости и газа - student2.ru Сх

Рисунок 4 – Емкостной уровнемер

5. Волновые уровнемеры действуют по принципу отражения звуковых или электромагнитных волн от поверхности измеряемой жидкости. Обычно в волновых уровнемерах измеряется время запаздывания отраженного сигнала относительно излучаемого

2h

t = (1.25)

V

где h – расстояние от излучателя до поверхности, м;

V – скорость распространения волны в среде над измеряемой

поверхностью, м/с;

Скорость распространения электромагнитной волны зависит от свойств среды.

V = Измерение расхода жидкости и газа - student2.ru (1.26)

где eama - абсолютная диэлектрическая (Ф/м) и магнитная (Гн/м) проницаемость среды.

Например, скорость распространения электромагнитных волн в воздухе составляет 299 106 м/с.

Скорость звуковой волны (V, м/с) в воздухе определяется по формуле

V = Измерение расхода жидкости и газа - student2.ru = ec KRT, (1.27)

где ec - коэффициент сжимаемости газов, м2/Н;

KR - универсальная газовая постоянная, равная 8134 Дж(кг К);

Р, Т - Давление и температура среды

Наши рекомендации