Теплотехнические измерения и инновационные измерительные технологии, страница 31

В соответствии с ГОСТ-15528 измерительный прибор, предназначенный для измерения расхода вещества, называется расходомером, а прибор для измерения количества вещества – счетчиком количества (счетчиком). В конкретном случае к этим терминам добавляется наименование контролируемой среды.

Наибольшее распространение получили следующие разновидности расходомеров: переменного перепада давления с сужающим устройством (относятся к общей группе расходомеров переменного перепада); постоянного перепада давления (относятся к общей группе расходомеров обтекания); тахометрические; электромагнитные; ультразвуковые.

5.4.2.  Основные теоретические сведения измерения расхода по перепаду давления в сужающем устройстве

Метод измерения расхода по перепаду давления в сужающем устройстве основан на зависимости перепада давления в неподвижном сужающем устройстве, устанавливаемом в трубопроводе, от расхода измеряемой среды.

Принцип измерения состоит в том, что при протекании потока через отверстие сужающего устройства повышается скорость потока по сравнению со скоростью, которую он имел до сужения. Увеличение скорости, а следовательно, и кинетической энергии по закону сохранения энергии вызывает уменьшение потенциальной энергии и соответствующего снижения статического давления. По перепаду давления и градуировочной характеристике  можно определить расход. Реализация метода сопряжена с выполнением определенных условий: характер движения потока до и после сужающего устройства должен быть турбулентным и стационарным; поток должен заполнять все сечение трубопровода; фазовое состояние потока при течении через сужающее устройство не должно изменяться; в области сужающего устройства не должно образовываться осадков и каких-либо загрязнений, что могло бы изменить геометрию измерительного участка и сужающего устройства; водяной пар должен быть перегретым.

Сужающие устройства могут быть стандартными и нестандартными. Стандартные сужающие устройства соответствуют требованиям нормативных документов по условиям изготовления и монтажа: РД-50-213-80, ГОСТ. Градуировочная характеристика стандартных сужающих устройств  определяется расчетным путем без индивидуальной градуировки. Для нестандартных сужающих устройств индивидуальная градуировка обязательна.

Для измерения расхода жидкостей, газов и паров используются стандартные сужающие устройства: диафрагма, сопло, сопло Вентури (рис. 5.52).

Рис. 5.52. Стандартные сужающие устройства

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

Стандартная диафрагма представляет собой тонкий диск с центральным отверстием диаметром d. Ось диафрагмы совпадает с осью трубопровода. Установка диафрагмы должна выполняться строго перпендикулярно оси трубопровода. Передняя кромка отверстия должна быть без закруглений и заусенец. Цилиндрическая часть отверстия на выходе переходит в конус. Стандартные диафрагмы применимы для трубопроводов диаметром не менее 50 мм.

Сопло во входной части имеет специальный профиль, переходящий в цилиндр диаметром d. На выходе цилиндрическая кромка имеет проточку для защиты от повреждений. При измерении газа сопла устанавливаются на трубопроводах диаметром не менее 50 мм, а при измерении жидкостей – на трубопроводах диаметром не менее 30 мм.

Сопло Вентури на входе имеет профиль сопла, а на выходе – конусную часть (конус может быть длинным и укороченным). Диаметр цилиндрической части d определяется расчетом. Стандартные сопла Вентури применяются на трубопроводах диаметром не менее 65 мм.

Рис. 5.53. Характер потока и распределение статического давления при установке в трубопроводе диафрагмы

На рис. 5.53 показан профиль потока и распределение статического давления при течении через диафрагму. Рассматриваются три сечения в трубопроводе: A, B, C. В сечении A поток не возмущен, его давление p_a. При приближении к диафрагме средняя скорость потока возрастает, а давление снижается. Снижение давления до минимального p_b в сечении B продолжается за диафрагмой вследствие инерции потока. Далее скорость начинает понижаться из-за расширения потока, а давление растет до давления p_c в сечении C. Давление p_c меньше давления p_a на величину p_п, вызванной потерей энергии потока в мертвых зонах за диафрагмой вследствие сильного вихреобразования.