Способы и устройства для измерения скорости и расхода движущейся среды. Средства перемещения жидкостей и газов

Поток жидкости или газа количественно характеризуется средней скоростью и расходом.

Расходом называется количество газа или жидкости, протекающее через поперечное сечение трубопровода в единицу времени.

В СИ расход может быть объемный Q, выражаемый в м³/с, или массовый М, выражаемый в кг/с.Массовый и объемный расходы связаны между собой зависимостью

М = Q, где  - плотность газа или жидкости.

Средней скоростью потока называется отношение объемного расхода к площади поперечного сечения потока:

v_ср = Q/F, где F - площадь поперечного сечения потока.

Физически v _ср представляет собой постоянную во всех точках сечения величину скорости потока, однако вследствие влияния сил вязкости скорость по сечению потока распределяется неравномерно. Максимальную скорость имеет поток в центре сечения. При удалении от центра скорость потока уменьшается до нуля у стенок трубы.

Расходомеры, применяемые для измерения расхода жидкостей и газов, подразделяются на следующие типы:

· тахометрические счетчики, работающие по принципу измерения частоты вращающихся частей прибора, находящихся в потоке измеряемой среды;

· расходомеры постоянного перепада давления, воспринимающие рабочим телом (поплавком) гидродинамическое давление измеряемого потока среды;

· расходомеры переменного перепада давления, воспринимающие перепад давления на сужающем устройстве, установленном в измеряемом потоке;

· индукционные расходомеры, работающие на принципе измерения электродвижущей силы (ЭДС), индуктированной в магнитном поле при протекании потока жидкости;

· ультразвуковые расходомеры, работающие на принципе измерения скорости распространения ультразвука в измеряемом потоке.

Кроме данных типов расходомеров внедряются и новые: массовые турборасходомеры и расходомеры,работающие на принципе ядерно-магнитного резонанса.

Принцип действия тахометрических счетчиков основан на суммировании за определенный период времени числа оборотов помещенного в потоквращающегося ротора, частота которого пропорциональна средней скорости протекающей жидкости, т. е. расходу. Погрешность этих приборов составляет 0,5- %. К преимуществам приборов данного типа относятся простота конструкции, высокая чувствительность, возможность измерений больших и малых расходов. Существенными недостатками таких приборов являются износ опор и необходимость индивидуальной градуировки с помощью градуировочных расходомерных установок.

Типичным представителем расходомеров постоянного перепада давления является ротаметр. Принцип действия ротаметров состоит в том, что гидродинамическое давление измеряемого потока среды воздействует снизу на поплавок и вызывает его вертикальное перемещение. Под действием перемещения поплавка из-за конусности трубки изменяется площадь проходного сечения между поплавком и трубкой, а перепад давления по обе стороны поплавка остается постоянным. В установившемся режиме при определенном расходе масса поплавка уравновешивается динамическим давлением потока. Поплавок при этом занимает соответствующее положение относительно стеклянной трубки, открывая часть проходного сечения прибора.

Принцип действия расходомера переменного перепада давления основан на измерении перепада давления, образующегося в результате изменения скорости измеряемого потока на специальном сужающем устройстве. Сужающее устройство является первичным преобразователем расхода. Создаваемый в нем перепад давления измеряют дифманометром, шкала которого градуируется в единицах расхода. В качестве сужающих устройств для измерения расхода используют диафрагмы, сопла и трубы вентури. В системах теплоснабжения применяют диафрагмы.

Измерение с помощью индукционных расходомеров основано на использовании закона электромагнитной индукции, в соответствии с которым в электропроводной жидкости, пересекающей магнитное поле, индуцируется ЭДС, пропорциональная скорости движения жидкости. Серийные электромагнитные расходомеры предназначены для измерения расхода жидкостей с электропроводностью не менее 10 ^-3 см/м (соответствует электропроводности водопроводной воды). Расходомер состоит из корпуса, изготовленного из немагнитного материала, покрытого изнутри электрической изоляцией (резина, эмаль, фторопласт и др.). Обычно корпус изготовляют из стальной трубы (нержавеющей немагнитной). В среднем сечении трубы расположены два диаметрально противоположных друг другу электрода. Электроды изолированы от стенки трубы. Обмотка возбуждения электромагнита состоит из двух одинаковых катушек, размещенных по обе стороны трубы. Электроды должны находиться в середине зоны магнитного поля. Труба с электродами и электромагнитами носит название преобразователя расхода. Наводимая ЭДС прямо пропорциональна измеряемому расходу и измеряется с помощью специального измерительного устройства.

При ультразвуковых методах измерения скоростей потоков по жидкости пропускают ультразвуковую волну и по ее реакции на движение жидкости судят о скорости потока. Различают метод, при котором ультразвуковая волна распространяется перпендикулярно направлению скорости потока, и метод, при котором ультразвук распространяется вдоль или против потока.

В расходомере с распространением ультразвука, перпендикулярным к направлению потока, двумя приемниками, один из которых расположен напротив излучателя, а другой смещен на некоторое расстояние по направлению движения потока, измеряется интенсивность ультразвука. По разности показаний двух приемников судят о скорости потока.

В методе, при котором ультразвук распространяется вдоль или против потока, о скорости потока судят по разности скоростей распространения ультразвука по потоку и против потока.