Измерение количества и расхода. Основные понятия. Единицы измерения. Температурный коэффициент объемного расширения жидкости

нужны не только при контроле результатов производства, но и для контроля и управления технологическим процессом.

Количество вещества выражают в единицах объема или массы. Основной единицей объема принимается кубический метр (м³). Основной единицей массы принимается килограмм (кг).

Количество жидкости с равной степенью точности может быть измерено и массовым и объемным методом, так как плотность жидкости при определенной температуре является величиной постоянной, характерной для каждой данной жидкости.

Обычно применяется объемный метод измерения количества жидкости; приборы для измерения объема конструктивно проще и дешевле, чем приборы для измерения массы.

При переходе от объемных единиц к массовым необходимо учитывать температуру измеряемой жидкости, так как плотность жидкости зависит от температуры.

Зависимость плотности жидкости от температуры приближенно выражается формулой

где r₂₀ — плотность жидкости при 20° С; b— температурный коэффициент объемного расширения жидкости в 1/град; t— температура жидкости в °С.

Плотность воды и других жидкостей в зависимости от температуры приводится в справочной литературе.

Количество газа измеряют исключительно объемным методом. Для получения сравнимых результатов измерений необходимо объем газа, согласно ГОСТу 2939—63, привести к следующим условиям: температура 20° С (293,15° К), давление 760 мм рт. ст. (101325 н/м²), влажность 0.

Пересчет объема сухого газа к объему V_Hв указанных условиях производится по формуле

где р — абсолютное давление газа в рабочем состоянии;

р_н — давление, соответствующее нормальному состоянию (смотри выше) газа;

Т — абсолютная температура газа в рабочем состоянии в °К;

Т_н— абсолютная температура, соответствующая нормальному состоянию газа, равная 293,15° К;

К—коэффициент, учитывающий отклонения реального газа от идеального газа (коэффициент сжимаемости   газа); при давлении, меньшем 0,49 Мн/м² (5 кГ/см²), и температуре ниже 50° С коэффициент К практически равен единице для всех газов.

При пересчете газа в массовых единицах необходимо привести к нормальным условиям плотность газа. Плотность сухого газа при нормальных условиях определяется по формуле

где r_h— плотность при нормальных условиях;

r_p— плотность сухого газа в рабочем состоянии при р и Т. Плотность газовой смеси при нормальных условиях определяется исходя из его состава по формуле

 r_н = (r_н1v₁+ r_н2v₂ +r_н3v₃+  +r_нnv_n)/100

где  v₁, v₂, .. v_n— объемное содержание компонентов в газовой смеси в %;

r_н1, r_н2v₂, r_нn—плотность отдельных компонентов, входящих в газовую смесь при нормальных условиях.

Коэффициент сжимаемости К равен отношению плотности, подсчитанной по законам идеального газа (исходя из r_нn), к действительной плотности газа в рабочем состоянии при р и Т. Значения коэффициента К для наиболее употребительных газов могут быть определены по графикам экспериментальных данных.

Для газовых смесей коэффициент сжимаемости определяется по экспериментальным данным или расчетным путем.

Для смеси газов

К_см= (К₁ v₁+ К₂ v₂+ К₃ v₃+  + К_n v_n)/100

где  v₁, v₂, .. v_n— объемное содержание компонентов в газовой смеси в %;

K₁, К₂, К_п — коэффициенты сжимаемости отдельных компонентов, входящих в газовую смесь.

При отсутствии экспериментальных данных по сжимаемости какого-либо газа коэффициент К приближенно определяется на основании закона соответственных состояний.

На плотность газа заметно влияет влагосодержание. Плотность влажного газа в рабочем состоянии определяется по формуле

r_вг =  r_сг+ r_вп= r_сг + jr_нп

где

r_вг— плотность влажного газа при давлении р и температуре Т;

r_сг— плотность сухого газа во влажном газе при температуре Т и нормальном давлении сухого газа, равном р-jр_вп.

r_вп— плотность пара в газе при его парциальном давлении, равном jр_вп;

j — относительная влажность, т. е. отношение веса водяного пара, находящегося в 1 м³ влажного газа, к максимально возможному весу его при той же температуре и давлении;

r_нп— плотность насыщенного водяного пара при температуре