prosdo.ru
добавить свой файл
1
Лабораторная работа № 2

ИЗУЧЕНИЕ МЕТОДОВ И ПРИБОРОВ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА
Цель работы - изучение методов и технических средств измерения расхода жидкости и газообразного вещества.
2.1. Общие сведения
Расход – это количество вещества, которое проходит через данное сечение в единицу времени. В состав каждого расходомера входит устройство, которое непосредственно измеряет расход и преобразует его в другую, более удобную для измерения и дистанционной передачи величину. В производстве чаще всего используются следующие виды расходомеров: переменного перепада давления; постоянного перепада давления; электромагнитные (индукционные); тахометрические (турбинные, шариковые), тепловые.

Каждый из перечисленных типов имеет характерные положительные качества и недостатки. Поэтому при выборе расходомера необходимо учитывать требования к погрешности измерения, физические свойства веществ, условия эксплуатации.
2.2. Расходомеры переменного перепада давления
Эти расходомеры получили широкое распространение из-за простоты и надежности конструкции при достаточной точности. Измерение расхода методом переменного давления основано на изменении потенциальной энергии (статического давления) вещества, которое протекает через сужение в трубопроводе. Сужающими устройствами служат нормальные диафрагмы и сопла (рис. 2.1).



Рис. 2.1.Сужающие устройства:

астандартная диафрагма; б - стандартное сопло; в - сопло Вентури

Сужение течения начинается до диафрагмы, затем на некотором расстоянии за ней. Благодаря действию сил инерции, течение постепенно расширяется до полного сечения трубопровода (рис. 2.2). Перед диафрагмой и за ней образовываются зоны с вихревым движением. Давление потока около стенки трубопровода несколько возрастает из-за подпора перед диафрагмой и снижается до минимума за диафрагмой в наиболее узком сечении потока II-II. Далее по мере расширения потока давление течения около стенки опять повышается, но не достигает прежнего значения. Остаточная потеря давления объясняется потерями энергии на трение и завихрения.




Рис. 2.2. Характер течения и график распределения статического давления Р вдоль трубопровода при установке диафрагмы
Перепад давления на сужающем устройстве зависит от расхода вещества и может служить мерой этого расхода. Для измерения перепада давления используют дифманометры.

Уравнение для объемного расхода вещества в нормальных условиях имеет вид

,

где  – коэффициент расхода;  – поправочный множитель на расширение измеряемой среды (для жидкостей  = 1); d – диаметр отверстия диафрагмы; ΔР – перепад давления на сужающем устройстве;  – плотность сужаемого вещества.
2.3. Расходомеры постоянного перепада давления.
Наиболее распространенными приборами группы расходомеров постоянного давления являются ротаметры. Они состоят из конусной трубки, внутри которой передвигается поплавок (рис. 2.3).

Проходя через ротаметр снизу вверх, жидкость или газ подымает поплавок до той поры, пока кольцевая щель между телом поплавка и стенками контурной трубки не достигнет величины, при которой силы, действующие на поплавок, уравновешиваются. Поплавок устанавливается на той или иной высоте в зависимости от величины расхода.

Поплавок уравновешенный, когда

или


где FТ – сила тяжести; Р2 - среднее давление течения на поплавок сверху; Р1 - среднее давление течения на поплавок снизу; S - площадь наибольшего поперечного сечения поплавка; FТр - сила трения течения о поплавок.


Если принять, что при всех расходах FТр остается постоянной, то и разность давлений на поплавок . То есть, ротаметр является прибором постоянного перепада давления.

Уравнение расхода ротаметра имеет вид

,

где  – коэффициент расхода; Sк – площадь кольцевого отверстия, которое образовано конусной трубкой и верхней частью поплавка.

Поскольку величины под корнем практически можно считать постоянными, то их заменяем коэффициентам K, тогда

.

Эта зависимость линейная, и поэтому шкала ротаметра будет равномерной.

Ротаметрами можно измерять небольшие расходы, потери давления в них незначительные и не зависят от величины расхода, но вещество должно проходить через прибор только снизу вверх.
2.4. Электромагнитные расходомеры
Принцип действия электромагнитных расходомеров основан на измерении электродвижущей силы (ЭДС), которая индуцирована в течении электропроводной жидкости под воздействием внешнего магнитного поля (рис. 2.4).



Рис. 2.4. Схема электромагнитного расходомера

Трубопровод 1 с жидкостью находится между полюсами 2 и 3 магнита перпендикулярно к направлению силовых линий магнитного поля. Трубопровод расходомера выполняется из немагнитного материала. В стенке трубопровода диаметрально противоположно установлены измерительные электроды.

Под действием магнитного поля ионы, которые находятся в жидкости, передвигаются и отдают свои заряды измерительным электродам. На электродах образовывается ЭДС Е, пропорциональная скорости течения жидкости, которая измеряется прибором 4. Величина этой ЭДС в случае постоянного магнитного поля равна


,

где В – магнитная индукция между полюсами магнита; d – внутренний диаметр трубопровода (длина проводника);  – средняя скорость течения жидкости.

Переписав скорость через объемный расход Q, получим

.

В большинстве индукционных расходомеров используют переменное магнитное поле, которое меняется во времени  с частотой f. Тогда ЭДС определяется как

.

При переменном магнитном поле электромагнитные процессы меньше влияют на показания прибора, чем при постоянном.
2.5. Характеристика установки и методика выполнения работы
Вода центробежным насосом 1 с емкости 8 подается в трубопровод, на котором последовательно установлены регулировочный вентиль 2, ротаметр 3, диафрагма 4 и чувствительный элемент 5 индукционного расходомера (рис. 2.5).



Рис. 2.5. Схема лабораторной установки

Расход воды через трубопровод можно варьировать изменением степени открытия вентиля 2. Этот расход измеряется с высокой точностью индукционным расходомером 5 «PROMAG 53 H» (класс точности 0,2%). Величина расхода определяется по цифровому отсчетному инструменту (ЦОИ) 7. Перепад давления на сужающем устройстве (диафрагме) 4 определяется дифманометром 6 «САПФИР 22 ДД» (∆Р = 20 кПа). Он преобразовывает перепад в унифицированный сигнал постоянного тока величиной 0,5 мА, который измеряется миллиамперметром 10. Величина расхода по ротаметру 3 определяется положением поплавка относительно шкалы. Открывая вентиль 2, устанавливают несколько значений расхода жидкости по ЦОИ 9 и определяют соответствующие показания миллиамперметра и ротаметра.


Электропитание стенда включается автоматическим выключателем QF, а электродвигателя M - переключателем S.

Результаты измерений записывают в таблицу.

По результатам эксперимента выполнить следующие расчеты и графическую работу.
Результаты эксперимента





п/п

Узорный расход

(Л/мин)

Ратометр, N

(деления)

Микроамперметр

І, (мА)

Перепад давления

Р (кПа)

Ап

Аад

ПХ

АХ

ПХ

АХ

ПХ

АХ

ПХ

АХ

1

2

3

4

5

6

7

8

9


10

11



Замечание. ПХ - прямой ход; АХ - обратный ход.

1. По показаниям миллиамперметра и технических характеристиках образцового расходомера определить значения перепада давления ∆Р на диаграмме и записать в таблицу.

2. На основании основного уравнения расхода для диаграммы определить коэффициент и записать в соответствующую графу таблицы.

3. Построить для ротаметра градуировочную характеристику и определить по ней коэффициент чувствительности (передачи) для трех точек в начале, середине и конце графика.

4. Для диафрагмы построить графики зависимостей , и . Для зависимости определить коэффициент чувствительности.

5. Сделать вывод о линейности построенных графиков.

Содержание отчета

1. Название и цель лабораторной работы. 2. Описание методов измерения расхода. 3. Схема и описание лабораторного стенда. 4. Таблица результатов эксперимента. 5. Графики зависимостей, , и . Расчетные значения коэффициентов чувствительности. 6. Вывод.