Задание 3.

Обработка результатов измерений.

Выполнение опыта.

Определите метрологические характеристики элек-тронного дифференциального уровнемера.

4.12. Расходомер переменного перепада давления

Расход вещества qесть количество вещества, проходящее через поперечное сечение данного канала в единицу времени, т.е.

q_M=, (4.12.1)

если расход массовый, и

q_V=, (4.12.2)

если расход – объёмный.

В формулах (4.12.1 – 4.12.2) m – масса вещества;V– объём вещества; t- время.

Массовый расход измеряется в килограммах в секунду, а объёмный – в кубометрах в секунду.

Килограмм – килои …грамм, фр.gramme, от греч.– мелкая мера веса, скрупул. Лат.scrupulum– старинная единица аптекарского веса, равная 20 гранам, или 1,44 г, лат.granum- зерно.

Количество жидкости с равной степенью точности можно измерять массовым и объёмным методами, а количество газа – только объёмным. Слово «газ» (фр. gaz) было введено в ХVIIвеке голландским естество-испытателем Я.Б. ван Гельмонтом (Helmont), предполо-жительно от греческого слова– хаос.

Для получения сравнимых результатов измерений необходимо объём газа привести к нормальным услови-ям: температура 20 ^оС (273,16 К), давление 101325 Па (760 мм рт. ст.), относительная влажностьj = 0.

Средства измерения, измеряющие расход вещества, называют расходомерами, а его количество - счётчиками.

Счётчики для измерения количества жидкости по принципу действия делят на объёмные, весовые и скоростные. Для измерения количества газа используют объёмный метод.

В зависимости от принятого метода измерения наиболее распространены следующие расходомеры:

- переменного перепада давления, основанные на зависимости от расхода перепада давления в сужающем устройстве вследствие частичного перехода потен-циальной (от лат. potentia- сила) энергии (лат.energeia– действие, деятельность) потока в кинетическую (от греч.– приводящий в движение);

- скоростного напора для измерения расхода по динамическому напору потока с помощью пневмати-ческих трубок – трубок Пито (A.Pitot– французский математик, физик и гидротехник ХVIIIвека);

- переменного уровня, основанные на зависимости от расхода высоты уровня жидкости в сосуде при свободном истечении её через отверстие в дне или боковой стенке сосуда;

- постоянного перепада давления, основанные на зависимости от расхода вещества вертикального перемещения поплавка, изменяющего при этом площадь сечения проходного отверстия прибора таким образом, что перепад давления по обе стороны поплавка остаётся постоянным;

- бесконтактные: ультразвуковые, метод измерения расхода которых основан на явлении смещения звукового колебания движущейся жидкой средой; электро-магнитные, в которых измеряют ЭДС, индуктируемую в потоке электропроводящей жидкости под действием внешней магнитной среды;

- калориметрические (от лат. calor- тепло и …метрия), принцип действия которых основан на нагреве потока жидкости или газа посторонним источником энергии, создающим в потоке разность температур, зависящую от скорости потока и расхода теплоты в нагревателе;

- корреляционные (от ср. лат. correlatio), принцип действия которых основан на определении абсциссы (от лат.abscissus– оторванный, отделённый) максимальной ординаты (от лат.ordinates- упорядоченный) взаимной корреляционной функции двух случайных изменяющихся одинаковых параметров потока в двух отстоящих друг от друга сечениях, и которые применяют для измерения расхода двухфазных сред.

Наиболее распространённым методом измерения расхода жидкости, пара и газа является метод переменного перепада давления. Это вызвано тем, что расходомеры, реализующие этот метод, не требуют индивидуальной градуировки и поверки на эталонных расходомерных установках. Измерение расхода по этому методу основано на изменении потенциальной энергии (статического давления) вещества, протекающего через местное сужение в трубопроводе.

В измерительной технике в качестве сужающих устройств (первичных измерительных преобразователей) используют диафрагмы, сопла ИСА 1932, сопла и трубы Вентури (по имени итальянского учёного XVIIIJ.Ven-turi), специальные сужающие устройства.

Формула для расчёта количества вещества методом переменного перепада имеет следующий вид:

q_M = 0,25pd²ae(2Dpr)^0,5, (4.12.3)

где d- диаметр отверстия сужающего устройства;a- коэффициент расхода;e- коэффициент расширения газа (для жидкостиe= 1);Dр- перепад давления на сужающем устройстве;r- плотность вещества.

После ряда уточнений формула для определения расхода q_М(4.12.3) приобрела по ГОСТ 8.563.1-97 следующий вид:

q_М = 0,25pСЕK_шК_п e(К₀d₂₀)²(2Dpr)^0,5,(4.12.4)

где С – коэффициент истечения;Е– коэффициент скорости входа;К_ш– поправочный коэффициент на шероховатость внутренней поверхности трубопровода;К_п – поправочный коэффициент на притупление входной кромки отверстия диафрагмы;d₂₀ - диаметр отверстия диафрагмы при 20^оС, м;- перепад давления на сужающем устройстве, Па;r– плотность среды в стандартных условиях, кг/м³.

В формуле (4.12.4) поправочный коэффициент К₀на изменение диаметра отверстия сужающего устройства, вызванное отклонением температуры от 20^оС,

К₀ = 1 + g_d(t - 20), (4.12.5)

где g_d– коэффициент температурного расширения материала сужающего устройства;t– температура среды в трубопроводе.

Уравнение (4.12.4) можно переписать в следующем виде:

q_М=К(Dp)^0,5, (4.12.6)

где К– коэффициент пропорциональности, который ра-вен

К = 0,25pСЕK_шК_п e(К₀d₂₀)²(2r)^0,5.(4.12.7)

Коэффициент пропорциональности Ксодержит три группы показателей: геометрические (Е, К₀, d₂₀), волюметрические (r)(от греч.– объём и …метр) и гидродинамические (остальные). Эти показатели вычисляют или измеряют по рекомендациям, которые экспериментально обоснованы на международном и межгосударственном уровне.

Относительная погрешность измерения расхода dqпо ГОСТ 8.563.2-97

dq = (d_к² + 0,25(d_Dр² + d_r²))^0,5, (4.12.8)

где d_к– погрешность всех показателей, входящих вК, кроме погрешности плотностиr;d_Dр– погрешность изме-рения расхода;d_r- погрешность определения плотности вещества.

Схема измерения расхода методом переменного перепада давления представлена на рис. 4.12.1.

Множители коэффициента пропорциональности К, а также параметры сужающего устройства, трубопровода и другие показатели были рассчитаны с помощью программного комплекса ФЛОУМЕТРИКА.

125