Звоните: +7 (495) 777-66-75 доб 29797, 810 375 (29) 3-333-813
факс: +7 (495) 777-66-75 доб. 37645

Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Вы здесь: ГлавнаяИнформацияРешенияИзмерение микрорасходовРасходомеры переменного перепада давления

Расходомеры переменного перепада давления

Для измерения микрорасходов применяются миниатюрные сужающие устройства, преобразователи типа различных  гидравлических сопротивлений  (такие как капиллярные,   гидравлические мосты и реометры), а также ударно-струйные преобразователи, которые требуют индивидуальной градуировки.

 

Диафрагма с проточной частью из синтетических рубинов и сапфиров

Рисунок 1. Диафрагма с проточной частью из синтетических рубинов и сапфиров ( а — типы диафрагм; б — устройство и способ монтажа диафрагм:
1 – фланцы, 2 - проточная часть, 3 - латунный диск, 4 – уплотняющие прокладки)

Сужающие устройства. На рисунке 1, а изображены диафрагмы с d = 0,5 мм, проточные части которых изготовляют из синтетических рубинов или сапфиров. Это делается с целью повышения стойкости к истиранию и достижения лучшей взаимозаменяемости. Проточная часть 2 каждой диафрагмы (см. рисунок 1,б) запрессовывается в латунный диск 3, поверхность которого обработана и отполирована алмазной пастой. Диск 3 вместе с уплотняющими прокладками 4 зажимается между фланцами 1, приваренными к трубопроводу, имевшему внутренний диаметр d = 6,4 мм и длину прямого участка до диафрагмы, равной 50D.

Капиллярные преобразователи. Капиллярные преобразователи особенно подходят для измерения небольших расходов жидкости и газа. Но из-за опасности засорения делать диаметр капиллярной трубки менее 0,25 мм не следует. Поэтому для получения достаточного перепада давления при малом значении расхода применяют следующие способы:

  1. длину капиллярной трубки увеличивают и располагают ее в виде спирали для достижения компактности преобразователя. Но спиральные капилляры имеют существенный недостаток — отсутствие линейной зависимости между расходом и перепадом давления вследствие действия центробежной силы, резко увеличивающей перепад давления по сравнению с прямым капилляром;
  2. применении прямого капилляра достаточного диаметра, но со стержнем внутри трубки. В этом случае измеряемое вещество движется по кольцевой щели и можно обеспечить линейную зависимость между расходом и перепадом давления путем расположения отверстий для отбора давлений в пределах прямолинейного участка трубки. Преобразователи данного типа нашли распространение в химической промышленности. Они обеспечивают измерение расходов жидкости от 1 до 100 л/ч. В некоторых случаях преобразователи с внутренним стержнем применяют для предотвращения конденсации газа в трубках малого диаметра.
  3. применение капиллярных преобразователей винтового типа. Их основа —  прецизионная винтовая пара с неполной ленточной, трапецеидальной или конусной резьбой. Основное достоинство — возможность легкого перехода на разные пределы измерения путем регулирования длины винтовой части, находящейся в зацеплении.

При точных измерениях необходимо стабилизировать температуру капиллярного преобразователя (так как вязкость жидкости сильно зависит от температуры), например с помощью нагревающей или охлаждающей рубашки. Это наиболее просто осуществить в преобразователе винтового типа. Для стабилизации температуры в преобразователе данного типа капилляр помещают в водяную ванну с регулируемой температурой либо в термостат с тающим льдом.

Если же вязкость жидкости меняется не только с температурой, но и с изменением ее состава или концентрации, то в данном случае применяют компенсационный метод измерения. Суть данного метода состоит в том, что через одну трубку протекает жидкость, расход Q которой надо измерить, а через другую насос объемного типа подает аналогичную жидкость при постоянном расходе Q0. Измеряют перепады давления в первой Δр и во второй Δр0 трубках. Искомый расход равен: Q = Q0 (Δр/Δр0).

Капиллярные преобразователи способны измерять расходы до 1 см3/ч, приведенная погрешность измерения равна ±(0,5 - 1) %.

Гидравлические и газовые мосты. Наряду с капиллярными преобразователями широкое применение нашли гидравлические мосты, которые представляют одну из возможных схем преобразователей типа гидравлического сопротивления. Две схемы такого моста изображены на рисунке 2. На рисунке 2, а в четырех плечах моста расположены сопротивления Rl, R2, R3 и R4, выполненные в виде капиллярных трубок или маленьких сужающих устройств. При этом сопротивления R1 = R4 и R2 = R3, но R1 > R2, a R4 > R3. По одной диагонали моста протекает жидкость, расход Q которой надо измерить, а в другой диагонали моста измеряется перепад давления Δр = p1 — р2. Независимость показаний от вязкости вещества достигается  соответствующим подбором сопротивлений. На рисунке 2, б показан мост, все четыре сопротивления которого равны друг другу и в диагонали установлен насос, имеющий постоянную подачу q. При измерении малых расходов q > Q. В этом случае измеряется перепад давления р1 — р4. При измерении больших расходов Q > q. В этом случае измеряется перепад давления р2—р3. На рисунке 2, в можно увидеть зависимость р1 — р4 и р2 — р3 от расхода Q. При условии постоянства расхода q, создаваемого насосом, и равенства всех четырех сопротивлений измеряемые перепады давлений р1 — р4 и р2 — р3 будут пропорциональны массовому расходу.

Гидравлические мосты

Рисунок 2. Гидравлические мосты: а — схема с равными расходами в обеих ветвях; б — схема с насосом в диагонали моста; в — зависимость p1—p4 и р2—р3 от расхода QM у моста с насосом.

В этом отношении   мост  (рисунок 2,  б) называемый  активным.  Аналогичен перепадно-силовым расходомерам. Чувствительность   моста   растет с ростом q. Наименьший измеряемый расход равен 0,05 кг/ч или 0,014 г/с, приведенная    погрешность ±(0,5 - 1) %. Расходомеры данного типа имеют достаточно высокие динамические свойства. Он с успехом был применен для исследования работы автомобильного карбюратора.

Реометры. Реометр — это сочетание миниатюрного стеклянного гидравлического сопротивления с однотрубным стеклянным дифманометром[1]. Дифманометр заполняется водой или спиртом и снабжается шкалой, градуированной по воздуху в единицах расхода. Газ, проходящий по горизонтальной трубке, создает на сопротивлении в виде маленькой диафрагмы или капилляра перепад давления, измеряемый дифманометром. Именно поэтому реометр — микрорасходомер переменного перепада давления. Реометра с капиллярным гидравлическим сопротивлением имеет следующие пределы измерения: от 0—0,6 до 0—1 л/мин.

Схема   ударно-струйного расходомера

Рисунок 3.    Схема   ударно-струйного расходомера (1 – сопло, 2 – перегородка, 3 – сильфон, 4 – измерительная пружина, 5 – плунжер, 6 – катушка индуктивной или дифференциально-трансформаторной передачи)

Ударно-струйные расходомеры. Ударно-струйные расходомеры, применяемые для измерения малых расходов жидкостей и газов, были предложены и разработаны Левиным. Они основаны на измерении перепада давления, возникающего в процессе удара струи о твердое тело непосредственно или через слой измеряемого вещества[1]. Давление удара ру зависит от скорости v и плотности ρ вытекающей жидкости. Их зависимость определяется уравнением: ру = ρv 2 (1 — cosα), где α = π/2 — угол между направлением движения жидкости до и после удара; v = Q0/f, где Q0 — объемный расход; f — площадь струи то, следовательно, ру = pQ02/f 2.
На рисунке 3  изображена схема ударно-струйного расходомера. Жидкость вытекает из сопла 1, ударяясь о перегородку 2, имеющую центральное отверстие, через которое давление удара передается жидкости, заполняющей сильфон 3, и создает усилия, приложенное к его днищу. Внутри сильфона действует ударное давление плюс статическое давление измеряемого вещества, снаружи сильфона — только статическое давление измеряемого вещества. Перемещение дна сильфона, нагруженного измерительной пружиной 4, вызывает перемещение плунжера 5 внутри диамагнитной трубки, снаружи которой находится катушка 6 индуктивной или дифференциально-трансформаторной передачи. [1]

В расходомерах данного типа недопустимо измерение веществ, содержащих механические частицы более 0,2d (где d — диаметр сопла), создающие осадки на стенках сопла и вскипающие во время прохождения через него.

Используемая литература:

1.    Кремлевский П. П. Расходомеры и счетчики количества веществ: Справочник: Кн. 2 / Под общ. ред. Е. А. Шорникова. — 5-е изд., перераб. и доп. — СПб.: Политехника, 2004. — 412 с


Наверх