Порядок определения массового расхода

Порядок определения массового расхода сводится к следующему:

1. Определяют по уравнению .

2. Находят значение Re по формуле:

 

, (53)

 

где q₀ [м³/с] – объемный расход при рабочих условиях;

[кг/м³] – плотность среды;

[Па·с] – динамическая вязкость;

D [м] – внутренний диаметр измерительного трубопровода;

 

3. По значениям Re, и диаметра измерительного трубопровода находят значение С [4].

4. Определяют коэффициент истечения, рассчитанный при числе Рейнольдса, стремящемся к бесконечности. Коэффициент истечения определяют по уравнению Штольца:

 

. (54)

 

где .

 

,

 

где - отношение расстояния от входного торца диафрагмы до оси отверстия для отбора давления перед диафрагмой к диаметру измерительного трубопровода;

- отношение расстояния от выходного торца диафрагмы до оси отверстия для отбора давления после диафрагмы к диаметру измерительного трубопровода;

Кроме того коэффициент 0,090 L₁ = 0,039, при :

- для углового отбора давления L₁ = L₂ = 0;

- для трехградусного отбора давления L₁ = 1, L₂ = 0,47;

- для фланцевого отбора давления L₁ = L₂ = .

Значения относительной эквивалентной шероховатости стенки измерительного трубопровода перед диафрагмой на длине не менее 10 D должны удовлетворять следующему условию:

 

. (55)

 

Поправочный коэффициент на шероховатость внутренней поверхности измерительного трубопровода определяют по формуле:

 

. (56)

 

, при 10⁴ < Re< 10⁶. (57)

Для диафрагм:

(58)

 

Значение коэффициента R_ш принимают равным единице, при Re 10⁴ или для диафрагм при выполнении условия (55).

Коэффициент расширения определяют по эмпирической формуле:

 

, (59)

 

где К – показатель изоэнтропы (адиабаты)

 

5. Вычисляют массовый расход, при С = , т.е. определяют q_m по уравнению:

 

. (60)

 

6. Рассчитывают Re при массовом расходе по уравнению:

 

. (61)

 

7. Определяют К_Re по уравнению (54)

8. Определяют число Рейнольдса по уравнению:

 

. (62)

 

9. При выполнении условий (54) для диафрагм определяют действительное значение массового расхода по уравнению:

 

(63)

 

При выполнении условий (54) действительное значение коэффициента шероховатости R_ш рассчитывают с учетом зависимости от Re, по зависимостям (56, 57). В этом случае действительное значение массового расхода определяют по уравнению:

 

 

. (64)

 

Предельная относительная погрешность измерения расхода равна, %:

 

. (65)

 

где - среднее квадратичное отклонение результата измерения расхода;

- погрешность, вызванная влиянием уменьшенной длины прямого участка трубопровода перед или за сужающим устройством.

Погрешность обусловленную сокращением длины прямого участка измерительного трубопровода между сужающим устройством и ближайшими или местными сопротивлениями по уравнению:

 

(66)

 

где L₁ – действительное значение длины прямого участка;

- значение длины прямого участка рассчитанного по уравнению:

 

(67)

 

где l, D – абсолютная длина и внутренний диаметр рассчитываемого участка измирительного провода.

 

Лабораторная работа №4.

. ИЗМЕРЕНИЕ РАСХОДА МЕТОДОМ ПОСТОЯННОГО ПЕРЕПАДА ДАВЛЕНИЯ

 

При измерении расхода методом постоянного перепада давления используются приборы дроссельного типа – ротаметры. Действие их основано на измерении вертикального перемещения чувствительного элемента (поплавка или поршня), зависящего от расхода среды и приводящего одновременно к изменению площади проходного отверстия ротаметра таким образом, что разность давлений на чувствительный элемент (перепад давлений) остается практически постоянной. На рис. 6.1 показана схема ротаметра, состоящего из стеклянной конусной трубки 1, внутри которой свободно перемещается поплавок 2. Под действием потока жидкости или газа поплавок перемещается и, вращаясь, центрируется в середине потока. По перемещению поплавка ротаметра вдоль его шкалы (100%), нанесенной на конусной стеклянной трубке, судят об объемном расходе среды в единицу времени (л/ч, м³/ч).

 

Рис. 6.1.

 

Расход среды может быть определен из выражения:

 

, (68)

 

α - коэффициент расхода;

F_k - площадь кольцевого отверстия между поплав­ком и стенкой конусной трубки;

V_п - скорость потока;

F_п - объем и площадь наибольшего поперечного сечения поплавка;

- плотность материала поплавка;

- плотность измеряемой среды.

Коэффициент расхода α зависит от многих переменных, поэтому рота­метры градуируются экспериментально. Проверка технических и метрологиче­ских характеристик производится согласно "Государственной системе обеспе­чения единства измерений. Ротаметры. Методы и средства проверки". Классы точности ротаметров: 1,0; 1,5; 2,5; 4,0. [ГОСТ 13045-2001].

 

 

Лабораторная работа № 5.

ИЗМЕРЕНИЕ РАСХОДА МЕТОДОМ ДИНАМИЧЕСКОГО ДАВЛЕНИЯ

 

 

Рис. 6.2

 

При измерении расхода методом динамического давления применяются напорные трубки в комплекте с микроманометрами или измерительными пре­образователями давления. Напорная трубка, называемая дифференциальной трубкой Пито [ГОСТ 18003 - 98], состоит из двух частей (рис. 6.2): головки 1, ось которой располагается параллельно движению потока, и державки 2, ось которой перпендикулярна движению потока.

Достаточно тонкая струйка набегающей на сферическую часть головки жидкости почти полностью тормозится, скорость ее приближается к нулю, а давление в этой зоне быстро возрастает и в критической точке доходит до дав­ления Р, называемого полным давлением. Этим обусловливается выполнение отверстия, воспринимающего полное давление, в лобовой точке головки.

Из гидромеханики известно, что полное давление складывается из стати­ческого и динамического давлений: Р = Р_с + Р_д. Статическое давление воспри­нимается отверстиями в головке трубки, оси которых перпендикулярны головке, расположенными между точками x₁ и х₂ (рис. 6.2).

Таким образом, если измерить полное и статическое давление, то ско­рость потока может быть вычислена:

 

(69)

 

поскольку , где - плотность жидкости (газа).

Непараллельность осей головки и набегающего потока может достигать 15° без заметного ущерба для точности измерения, вследствие исполнения по­верхности передней части головки, в виде полусферы.

Через центральное отверстие, имеющее конечную площадь, т. е. не являющееся точкой, подводится не полное давление, а несколько меньшее. Вследствие этого возникает погрешность метода, величина которой зависит от соотношения диаметров отверстия и головки. Поэтому в правую часть уравнения (69) вводится поправочный коэффициент , величина которого по опытным данным колеблется от 1,01 до 1,04 для разных конструкций трубок.

Для определения расхода вещества при помощи дифференциальной труб­ки Пито следует определить среднюю скорость потока в сечении трубопровода.

Для определения средней скорости потока сечение трубопровода разби­вают на N участков с равными площадями, в каждом из которых измеряют ди­намическое давление потока. Круглое сечение, например, разбивают на ряд равновеликих кольцевых участков. Площадь каждого кольца и центрального круга делят окружностью на две равновеликие части, в точках пересечения этих окружностей с диаметром трубопровода измеряют динамическое давление, считая, что во всех точках равновеликой площадки скорости одинаковы и рав­ны измеряемой. Значения радиусов средних окружностей, определяющих по­ложения точек измерения динамического давления в каждой равновеликой площадке поперечного сечения трубопровода, вычисляют по формуле:

 

, (70)

 

где r_i – радиус окружности равновеликой площадки, отсчитанный от центра трубы;

I – порядковый номер равновеликой площадки, отсчитанный от центра трубы;

r – внутренний радиус трубопровода;

N – количество равновеликих площадок.

Определив по (69) скорость потока в каждой равновеликой площадке с учетом коэффициента и местного ускорения свободного падения g:

 

, (71)

 

вычисляют расход вещества:

 

, (72)

 

где F – площадь поперечного сечения трубопровода;

n – отсчет по шкале микроманометра;

α – угол наклона шкалы микроманометра;

- плотность рабочей жидкости в микроманометре.

 

, (73)

 

- средняя скорость в каждой равновеликой площадке;

j – число наблюдений в каждой равновеликой площадке.

 

6.3. ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ

 

Лабораторная установка (рис. 6.3) представляет собой трубу, через которую вентилятором 11 продувают воздух. Температуру воздуха в трубе измеряют термометром 1, избыточное давление - манометром 7. Динамическое давление потока измеряют при помощи дифференциальной трубки Пито 2 с координатником в комплекте с микроманометром 3. Для измерения расхода воздуха ме­тодом постоянного перепада давлений установлен ротаметр 4. Измерение рас­хода воздуха методом переменного перепада производится при помощи беска­мерной диафрагмы 12. Давления перед и за диафрагмой подаются импульсны­ми трубками на U-образный дифманометр 5 и одновременно на дифтягомер 6 типа ДТ2-100. Дифтягомер с дифференциально-трансформаторной передачей сигнала предназначен для работы в схемах автоматического регулирования (с регуляторами МЗТА) в качестве измерительного преобразователя малых давле­ний, разрежений или перепадов давлений неагрессивных газов. Предел измерений (0... 1000) Па ((0... 100) кгс/м²), крутизна характеристики 0,5 мВ/Па (5 мВ/кгс/м²), выходной сигнал до 500 мВ, максимальное статическое давление 0,05МПа (0.5 кгс/см²). Выходной сигнал с дифтягомера поступает на масштабныйпреобразователь 9 и далее на показывающий прибор 8.

Регулирование расхода воздуха через трубу производится заслонкой 10 с координатником (на рисунке не показан).

 

 

 

Рис. 6.3

 

6.4. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

 

1. Ознакомиться с конструкцией стенда, порядком включения его в работу.

2. Снять технические и метрологические характеристики оборудования и средств измерений, используемых в работе.

3. Рассчитать три равновеликие площадки поперечного сечения трубопровода, определить по координатнику положения дифференциальной трубки Пито для
трех точек отсчета.

4. Подать питание на стенд, установить заслонку в положение 0° (полностью открыто), включить вентилятор.

5. Снять по четыре показания (по шкале микроманометра) через равные проме­жутки времени для каждого из трех положений трубки Пито, отключить вентилятор; результаты наблюдений занести в таблицу по форме 9.

 

 

Форма 9

Номер равновеликой площадки, N	Номер наблюдения	Отсчет по шкале	Динамическое давление	Скоростной напор потока, , Па	Средняя скорость потока	Расход воздуха , м3/с

 

6. Определить средний расход воздуха. Рассчитать погрешности прямых и кос­венных измерений при доверительной вероятности 0,95. Порядок расчета по­грешностей приведен в приложении 4.

7.Определить расход воздуха методом переменного перепада. Для этого вклю­чить вентилятор, зависать показания термометра, барометра и U-образного дифманометра при трех положениях заслонки: 0, 30 и 60°. Отключить вентиля­тор. Рассчитать расходы воздуха при трех положениях заслонки.

8. Рассчитать погрешности расхода воздуха.

9. Произвести градуировку ротаметра и вторичного прибора 8. Для этого вклю­чить вентилятор и отметить положения поплавка ротаметра и стрелки пока­зывающего прибора при установке заслонки на 0, 30 и 60°. Эти положения со­ответствуют вычисленным ранее расходам. Отградуировать промежуточные точки ротаметра и вторичного прибора.

7.5. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

 

1. Схема лабораторной установки.

2. Технические и метрологические характеристики средств измерений.

3. Результаты экспериментов и аналитических расчетов.

4. Необходимые рисунки, выводы по работе.

Литература: [6], с. 438 – 507.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

 

Таблица 6.1.

Р	0,683	0,90	0,95	0,98	0,99	0,997
k	tp		tp		tp		tp		tp		tp
	1,8	1,3	6,31	4,48	12,71	9,0	31,8	22,5	63,7	45,0	23,5	16,6
	1,32	0,76	2,92	1,69	4,30	2,5	6,96	4,01	9,92	5,7	19,2	11,1
	1,20	0,60	2,35	1,18	3,18	1,59	4,54	2,27	5,84	2,9	9,2	4,6
	1,15	0,51	2,13	0,95	2,78	1,24	3,75	1,67	4,60	2,1	6,6	3,0
	1,1	0,45	2,02	0,82	2,57	1,05	3,36	1,37	4,03	1,6	5,5	2,24
	1,09	0,41	1,94	0,73	2,45	0,93	3,14	1,19	3,71	1,4	4,9	1,85
	1,08	0,38	1,90	0,67	2,36	0,84	3,00	1,06	3,50	1,24	4,5	1,59
	1,07	0,36	1,86	0,62	2,31	0,77	2,90	0,97	3,36	1,12	4,3	1,43
	1,05	0,32	1,81	0,55	2,23	0,67	2,76	0,83	3,17	0,96	3,9	1,18
	1,05	0,29	1,78	0,49	2,18	0,60	2,68	1,74	3,06	0,85	3,80	1,05
	1,04	0,28	1,77	0,47	2,16	0,58	2,65	0,71	3,01	0,80	3,7	0,99
	1,04	0,27	1,76	0,45	2,14	0,55	2,62	0,68	2,98	0,77	3,7	0,96
∞	1,00	0,00	1,645	0,00	1,96	0,00	2,33	0,00	2,58	0,00	3,0	0,00

 

Таблица 6.2

n	Pk
0,05	0,02	0,01	0,005
	15,56	38,97	77,96	779,7
	3,56	5,08	6,53	14,46
	2,78	3,64	4,36	7,41
	2,51	3,18	3,71	5,73
	2,37	2,96	3,41	5,01
	2,29	2,83	3,23	4,62
	2,20	2,68	3,04	4,20
		1,96	2,58	3,29

 

Таблица 6.3

Температурный интервал, °С	Цена деления шкалы, °С
0,1	0,5
Основная погрешность, °С
-30…-1	0,3	1,0	1,0	-
0…100	0,2	1,0	1,0	2,0
101…200	0,4	1,0	2,0	2,0
201…300	0,8	1,5	3,0	4,0
301…400	1,0	3,0	4,0	4,0

 

 

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

 

ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ И МЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ НОРМИРУЮЩИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ

 

Параметр	ПТ-ТП-68	ПТ-ТС-68
Диапазон выходного, мВ
30…53	18…30	6…18
Основная погрешность, %	0,6	0,1	1,5	0,6
Дополнительная погрешность:   - от изменения напряжения питания () В, %	0,30	0,50	0,75	0,30
- от изменения частоты (50 1) Гц, %	0,15	0,25	0,375	0,15
- от изменения сопротивления нагрузки на 25% от номинального значения (2,5кОм), %	0,25	0,40	0,60	0,24
- от измения температуры на 10 °С, %	0,30	0,50	0,75	0,03
- от изменения сопротивления линии связи на 10%, %	0,06	0,01	0,15	0,18
- от влияния внешнего магнитного поля напряженностью 400 А/м, наиболее неблагоприятного направления, образованного переменным током частотой 50 Гц при любой фазе, %	0,18	0,30	0,45	0,18
- от влияния внешнего постоянного магнитного поля напряженностью 400 А/м, %	0,18	0,30	0,45	0,18
- от влияния поперченной помехи переменного напряжения 50 Мв любого фазового угла, %	0,06	0,10	0,15	0,06
- от влияния продольной помехи переменного напряжения 100 В любого фазового угла, %06	0,06	0,10	0,15	0,06
- от влияния продолжительной помехи постоянного напряжения 10 В, %	0,12	0,20	0,30	0,12
Пульсация выходного тока, %	0,36	0,6	0,9	0,3
Быстродействие преобразователя, с	2,5	2,5	2,5	2,5
Наработка на отказ, ч

 

 

ПРИЛОЖЕНИЕ 3