11.1.2. Измерение расхода с помощью осредняющих напорных трубок-зондов.
Прогрессивным и современным способом измерения расхода потока в
трубопроводах является применение осредняющих напорных трубок-зондов.
Схема установки зонда в трубопроводе показана на рис. 11.2.
Для установки зонда в трубопроводе 1сверлится отверстие и приваривается фланец2с помощью, которого в трубопровод вводится осредняющая напорная трубка-зонд. Внутренняя часть зонда разделена продольной перегородкой, см. сечение А-А, рис.11.3, таким образом, что образуются две продольные полостиА иБ, к которым подключены вентили3плюсового отбора давления (В+) и минусового отбора давления (В -), рис 9.2.
Поток натекая на лобовую часть зонда в зоне S2 сенсорных отверстий, затормаживается до нуля, в результате чего скоростной напор переходит в пьезометрический и поэтому в полостиАсоздается полный напор равный сумме скоростного и пьезометрического напора потока. Со стороны тыльных
отверстий в зоне S3в полостиБзонда действует только пьезометрический напор (избыточное давление в трубопроводе). За счет разности напоров между полостямиАиБсоздается перепад давления ΔΡ, который регистрируется дифманометром4, рис.9.2.Таким образом, принцип действия зонда аналогичен принципу действия трубки Пито-Прандтля.
Так как распределение скорости по сечению трубы не равномерное (у турбулентного потока, см. рис.11.2,V1< V2≈ V3 >V4), то на лобовой и тыльной частях зонда сверлится несколько отверстий друг против друга. Для турбулентного потока приRe > 10000 достаточно 4 пары сенсорных отверстий. Их место расположения определяется специальными расчетами таким образом, чтобы между полостямиА иБ(рис.9.3.) создавался средний перепад давления ΔΡср, соответствующий средней скоростиVср потока в трубопроводе.
Перепад давления создаваемый осредняющей напорной трубкой-зондом можно записать в следующем виде:
,
(9.10)
тогда используя формулу (9.2) средняя скорость в трубопроводе равна
.
(9.11)
Для зонда с 4-мя сенсорными отверстиями, очевидно, что усреднение осуществляется для четырех характерных скоростей эпюры распределения скорости по сечению трубопровода:
.
(9.12)
Величина расхода потока в трубопроводе определится как
,
(9.13)
где S– площадь проходного сечения трубопровода;
k– К-фактор зонда (коэффициент расхода), определяемый экспериментально. У всех зондовk< 1, что свидетельствует о том, что в полостиБпьезометрический напор (избыточное давление) несколько меньше, чем в трубопроводе за счет того, что в зонеS3создается небольшое разрежение турбулентными завихрениями потока обтекающего зонд. С токи зрения метрологии это является благоприятным фактором, поскольку увеличивает∆Ри снижает погрешности измерения расхода при малых скоростях потоков.
Основные преимущества осредняющих напорных трубок-зондов.
1. Зонды создают мизерно-малое сопротивление движущемуся потоку, что даёт значительный экономический эффект с точки зрения транспортирования энергоносителей по трубопроводам (потери давления на зонде более чем в 100 раз ниже по сравнению с измерительной диафрагмой).
2. Зонды просты в монтаже. Для их установки нет необходимости в нарушении целостности всего периметра трубопровода, а достаточно проделать отверстие в трубопроводе, приварить монтажный фланец и закрепить сам зонд.
3. Зонды малочувствительны к загрязняющим веществам, которые часто транспортируются вместе с потоками энергоносителей. Это объясняется тем, что при движении потока перед лобовой зоной S2зонда (рис. 9.3) создаётся область повышенного давления (обозначена знаком +), а так как поток движется по пути наименьшего сопротивления, то загрязняющие частицыS1вытесняются из этой области, огибают зонд и не попадают в его внутреннюю полость.