Измерение расходов жидкостей и газов

Для измерения расходов газа применяются главным образом косвенные методы, базирующиеся на закономерностях газовой динамики. В тех случаях, когда воздух поступает из окружающего пространства (например, при испытаниях двигателей или компрессоров), его расход определяется, как правило, с помощью мерных насадков, устанавливаемых на входе в экспериментальный объект. Входная часть насадка профилируется по лемнискате Бернулли, что обеспечивает равномерное поле скоростей в рабочей части (мерном сечении) насадка. Измеряются значения полного давления р* и температуры Т* воздуха в окружающей среде и статического давления в мерном сечений р_м. Расход воздуха рассчитывается по формуле

.

Здесь m_кр - константа; m_вх - коэффициент расхода; F_вх - площадь мерного сечения насадка; приведенная плотность тока q(l_вх) определяется по значениям р_м и р*. При неравномерном распределении параметров потока в поперечном сечении канала расход газа может быть рассчитан по осредненным по площади. значениям полного р*_ср и статического р_ср давлений и температуры Т*_ср , которые определяются по измеренным с помощью гребенок термопар и давлений полям этих параметров – р*_i, р_i, Т*_i (например, , где F - площадь поперечного сечения канала; DF_i - элементарная площадка). При измерениях в трубопроводах распространены расходомеры переменного перепада давлений, в основе которых лежит измерение перепада давлений Dр на местном сужении канала. Стандартизованы размеры, конструкция и способы установки таких сужающих устройств, как нормальные диафрагмы, сопла и трубы Вентури (рис. 3.14).

Рис. 3.14. Схемы расходомеров переменного перепада давлений:

а - диафрагма; б – сопло; в - труба Вентури

Наиболее простыми по конструкции являются диафрагмы, однако они уступают соплам и трубам Вентури по точности и характеризуются повышенными потерями полного давления. Получили также распространение так называемые сопловые решетки, представляющие собой набор параллельно работающих сопл, устанавливаемых в перегородке канала (рис. 3.15). Сопла профилируются по специальному закону и в основном работают при сверхкритических перепадах давлений, благодаря чему обеспечивается весьма высокая точность, измерений (± 0,5...0,7 %). Сопловые решетки применяются в широком диапазоне расходов' (при малых расходах часть сопл заглушается), мало чувствительны к неравномерности поля скоростей в потоке, не требуют большого места для размещения. Для измерения расходов жидкостей (в особенности для целей градуировки) применяются объемные и массовые расходомеры, действие которых основано на измерении времени протекания через систему определенного объема или массы жидкости.

Широко распространены турбинные расходомеры. Например, расходомер типа ТДР-Ю (рис. 3.16) представляет собой участок трубопровода с чувствительным элементом - винтовой гидрометрической турбинкой 2, которая приводится во вращение

Рис. 3.15. Схема сопловой решетки:

1 - заглушки; 2 - мерные- сопла; 3 - выравнивающая решетка

Рис. 3.16. Схема турбинного расходомера:

1 – магнитоиндукционный генератор; 2 - гидрометрическая турбинка; 3 – корпус

протекающей жидкостью. Частота вращения турбинки посредством магнитоиндукционного генератора 1 преобразуется в электрический сигнал переменного тока, частота которого пропорциональна измеряемому расходу.

В связи с наличием сил сопротивления надежные измерения возможны, начиная с некоторой величины объемного расхода жидкости.

Расходомеры выпускаются нескольких типов для различных расходов и условий применения. Так, расходомер ТДР-10 имеет диапазон измерений 0,12...0,6 л/с, частота выходного сигнала на верхнем пределе измерения 500±50 Гц. Турбинные расходомеры обеспечивают высокую точность измерения (приведенная погрешность ±0,5 %) и малоинерционны.