Расходомеры переменного перепада давления

Принцип действия расходомеров этой группы основан на зависимости перепада давления, создаваемого неподвижным устройством, устанавливаемым в трубопроводе, от расхода вещества.

При измерении расхода методом переменного перепада давления в трубопроводе, по которому протекает среда, устанавливают сужающее устройство (СУ), создающее местное сужение потока. Из-за перехода части потенциальной энергии потока в кинетическую средняя скорость потока в суженном сечении повышается. В результате статическое давление в этом сечении становится меньше статического давления перед СУ. Разность этих давлений тем больше, чем больше расход протекающей среды, и, следовательно, она может служить мерой расхода. Измерение расхода вещества методом переменного перепада давления возможно при соблюдении условий:

1) поток вещества заполняет все поперечное сечение трубопровода;

2) поток вещества в трубопроводе является практически установившимся;

3) фазовое состояние вещества, протекающего через СУ, не изменяется (жидкость не испаряется; газы, растворенные в жидкости, не десорбируются; пар не конденсируется).

Рисунок 5.1. Расходомеры переменного перепада давления:

а — структура потока проходящего через диафрагму; б— распределение статического давления р вблизи диафрагмы по длине трубопровода ; / — сужающее устройство (диафрагма); 2 — импульсные трубки; 3 —  -образный дифманометр; — сечение потока вещества, в котором не сказывается возмущающее воздействие диафрагмы; — сечение потока вещества в месте его наибольшего сжатия; в — сопло; г — сопло Вентури.

В качестве сужающих устройств для измерения расхода жидкостей, газов, пара широко применяются стандартные сужающие устройства. К ним относят стандартную диафрагму, сопло ИСА 1932, трубу Вентури и сопло Вентури.

Стандартная диафрагма(далее — диафрагма) — диск с круглым отверстием, имеющий острую прямоугольную входную кромку.

Сопло ИСА 1932 (далее — сопло) — СУ с круглым отверстием, имеющее на входе плавно сужающийся участок с профилем, образованным двумя сопрягающимися дугами, переходящий в цилиндрический участок на выходе, называемый горловиной (рис. 5.1., в).

Расходомерная труба Вентури(далее — труба Вентури) — СУ с круглым отверстием, имеющее на входе конический сужающийся участок, переходящий в цилиндрический участок, соединенный на выходе с расширяющейся конической частью, называемой диффузором.

Сопло Вентури— труба Вентури с сужающимся входным участком в виде сопла ИСА 1932 (рис. 5.1., г).

Эти наиболее изученные средства измерения расхода и количества жидкостей, газа и пара могут применяться при любых давлениях и температурах измеряемой среды. Отбор статических давлений и возможен с помощью соединительных импульсных трубок 2, вставленных в отверстия, расположенные до и после диафрагмы / (рис. 5.1, а), а измерение перепада давления возможно с помощью какого-нибудь измерителя перепада давления (в данном случае -образного дифманометра 3).

Уравнение объемного расхода для несжимаемой жидкости имеет вид:

С учетом введения поправочного коэффициента, учитывающего расширение измеряемой среды, окончательно перепишем уравнение:

Для несжимаемой жидкости поправочный коэффициент ԑ равен единице, при измерении расхода сжимаемых сред (газа, пара) поправочный коэффициент . Полученные уравнения применяются при значении скорости потока в СУ меньше критического, т. е. скорость потока должна быть меньше скорости звука в измеряемой среде.

Достоинства измерения расхода по методу переменного перепада давления: простота, надежность, большая база экспериментальных данных.

Недостатки измерения расхода по рассмотренному методу: значительные потери давления; износ входной кромки диафрагмы; большие длины прямых участков трубопроводов перед СУ, а также узкий диапазон измеряемых расходов (1:8). Основные погрешности, %: 1...3.