Расходомеры переменною перепада давления

Среди средств измерений для расхода вещества чаще всего применяют расходомеры, определяющие перепад давления на неподвижном сужающем устройстве, которое устанавливают в трубопроводах диаметром от 50 до 1.600 мм.

Принцип действия расходомеров переменного перепада давления основан на зависимости от расхода перепада давления, создаваемого устройством, которое установлено в трубопроводе, или же самим элементом последнего.

При измерении расхода методом переменного перепада давления необходимо выполнение следующих условий:

  • - вещество, протекающее по трубопроводу, должно заполнять всё его сечение;
  • - поток в трубопроводе должен быть установившимся;
  • - движущийся поток должен иметь развитую турбулентность;
  • - вещество должно быть однофазным и его фазовое состояние не должно меняться (жидкость не должна испаряться, пар должен оставаться перегретым и т.п.).

В состав расходомера входят: преобразователь расхода, создающий перепад давления; дифференциальный манометр, измеряющий этот перепад и соединительные трубки между преобразователем и дифманометром.

В измерительной технике в качестве сужающих устройств (первичных измерительных преобразователей) используют диафрагму, сопла ИСА 1932, сопло и трубу Вентури (но имени итальянского учёного XVIII J. Venturi), специальные сужающие устройства (рис. 5.3).

Диафрагма представляет собой тонкий диск с центральным отверстием, передняя часть которого имеет цилиндрическую форму, переходящую в расширяющийся конус. Отбор давления осуществляется с помощью кольцевых камер, расположенных но окружности грубы, или с помощью отдельных отверстий в трубопроводе (бсскамерный отбор).

Устройство стандартной диафрагмы с угловым отбором давления показано на рис. 5.4. Она представляет собой тонкий диск,

Сужающие устройства

Рис. 5.3. Сужающие устройства: а - диафрагма; б - сопло; в - труба Вентури; г - сопло Вентури

имеющий в центре круглое отверстие диаметром d. Входной угол отверстия должен быть равен 90 °, а ширина цилиндрической части отверстия е должна быть в пределах 0,02D - 0,05 D, где D - внутренний диаметр трубопровода. Толщина диска Е не должна превышать 0,05D. Если Е больше 0,02Д то отверстие на стороне выхода имеет коническую расточку с углом 45 0 (стандартом ИСО 5167 допускается угол от 45 до 60 °). Входная и выходная плоскости диафрагмы должны быть параллельны друг другу.

На рис. 5.4 показаны два способа отбора />/ и р2: точечный с помощью двух отверстий, просверленных в трубопроводе (рис. 5.4 а) или в специальной кольцевой обойме, и камерный (рис. 5.4 б).

Для стандартных диафрагм существует четыре метода отбора.

Стандартная диафрагма

Рис. 5.4. Стандартная диафрагма: а - с угловым отбором; б - с камерным угловым отбором

  • 1. Угловой метод отбора применяют в нашей стране и большинстве европейских стран. Давления р, и р2 отбирают в углах, образуемых входной и выходной плоскостями диафрагмы со стенками зрубопроводов.
  • 2. Фланцевый (от нем. Flansch) метод отбора, при котором давления pi и р2 отбирают через отверстия во фланцах, расположенных на расстоянии 25,4 мм от входной и выходной плоскостей диафрагмы. Его применяют за рубежом преимущественно для измерения расхода газа.
  • 3. Теоретический метод отбора, именуемый также отбором по методу суженной струи, при котором давление р/ отбирают в сечении А — А, а давление р2 - в сечении В - В (рис. 5.5). Этот метод отбора распространён в США.

4. Радиальный метод отбора представляет собой некоторое видоизменение предыдущего метода. Метод регламентирован британскими и американскими нормами.

Сопло представляет собой спрофилированную входную часть, которая переходит в цилиндрический участок диаметром d. Отбор давления осуществляется так же, как и в диафрагме. Сопла используют для измерения расхода паров и газов, причём они позволяют измерять больший расход, чем диафрагма. Потери давления и погрешность измерения у сопла ниже, чем у диафрагмы.

Сопло Вентури применяют там, где при измерении расхода недопустимы большие потери давления. Оно состоит из двух частей: стандартного сопла и диффузора. Отбор давления от сопла осуществляется через кольцевые камеры.

На рис. 5.5 схематически изображено движение потока жидкости или газа через отверстие диафрагмы - наиболее распространённой разновидности сужающего устройства.

Через А - А обозначено сечение, от которого начинается сужение струи и, следовательно, постепенное возрастание средней скорости Va потока. Максимальное значение эта скорость достигает в месте наибольшего сжатия струи в сечении В - В, которое расположено после диафрагмы на расстоянии, зависящем от отношения d/D и приблизительно равном 0,5Д где D - внутренний диаметр трубы. Возрастание средней скорости от Va до Vh, а следовательно, и соответствующей кинетической энергии происходит за счёт уменьшения начального давления ра до давления ph в горле (наименьшем сечении струи). Эго падение давления показано на рис. 5.4 штрихпунктирной кривой. После сечения В - В струя постепенно расширяется и в сечении С - С вновь достигает стенок трубы. При этом скорость потока будет уменьшаться, а давление возрастать. Если измеряемое вещество жидкость, плотность которой р практически не зависит от давления, го в сечении С - С скорость Vc станет равной начальной скорости Va, но давление /;< будет меньше начального р„ вследствие потери энергии при прохождении жидкости через сужающее устройство. Основная часть этой потери давления происхо-

Изменение давления р и средней скорости V потока при прохождении через диафрагму

Рис. 5.5. Изменение давления р и средней скорости V потока при прохождении через диафрагму:

- - изменение р у стенки трубы;--- изменение р

в движущемся потоке (в середине трубы) дит в мёртвых зонах за диафрагмой. Струя, текущая с большой скоростью, увлекает с собой прилегающие частицы из этих зон и создаёт некоторое падение давления в них, что вызывает частичное движение жидкости вдоль стенок от сечения С - С к сечению В - В. В результате в мёртвых зонах возникает сильное вихреобразование и происходит потеря потенциальной энергии. Остаточная потеря давления а - /?/,) у диафрагмы составляет от 40 до 90 % от перепада давления, возрастая с уменьшением относительного диаметра диафрагмы /? = d/D. Потеря же давления от трения и ударов в самой диафрагме составляет не более 2 % от (Ра-рьУ

На рис. 5.6 приведены различные виды диафрагм.

Диафрагмы

Рис. 5.6. Диафрагмы:

а - диафрагма 50 - 750 мм; б - компактная диафрагма 10 - 100 мм; в - стабилизирующая диафрагма 50 - 600 мм

К недостаткам метода переменного перепада давления относится квадратичная зависимость между расходом и перепадом давления и, в связи с этим, неравномерность шкалы; малый диапазон измерений расхода, гак как точность измерения гарантируется только в пределах от 30 до 100 % от qmax; невозможность измерения быстро меняющихся, в том числе пульсирующих расходов; предельная приведённая погрешность редко бывает меньше 1 - 2 % вследствие влияющих погрешностей ряда величин (а, ?, F0y р, Ар), входящих в формулу расхода.

Несмотря на эти недостатки, расходомеры с сужающими устройствами получили широкое распространение благодаря трём важнейшим преимуществам:

  • 1. Исключительной универсальности применения. Они пригодны для измерения расхода любых однофазных веществ, а частично и двухфазных, в очень широком диапазоне измерений давлений, температур и расходов.
  • 2. Удобству массового производства. Наиболее сложные комплекты расходомера - дифманомстр и вторичный прибор - можно изготовлять крупными сериями, так как они нс зависят от рода вещества и значения расхода.
  • 3. Отсутствию необходимости в образцовых расходомерных установках для градуировки и поверки в случае применения нормализованных сужающих устройств в трубах диаметром не менее 12,5 - 50 мм.

Совместное решение уравнения, выражающего закон сохранения энергии,

и уравнения неразрывности струи

даёт возможность получить зависимость между массовым qm или объёмным цп расходом и перепадом давления р„ - ph между сечениями А - А и В - В или перепадом давления между какими- либо другими сечениями, находящимися с разных сторон диафрагмы. При этом трубопровод считается горизонтальным. Для жидкостей, у которых р = const, уравнения (5.11) и (5.12) примут вид:

Здесь ка и кь - поправочные множители на неравномерность распределения скорости в сечениях А - А и В - В соответственно; А - А до В - В, отнесённый к скорости Vh Fa и Fh - площадь струи в сечениях А - А и В - В соответственно.

Массовый расход контролируемой среды определяют из уравнения

где Ке| - масштабный коэффициент; d2о - значение диаметра отверстия сужающего устройства при температуре 20 °С; Е - коэффициент скорости входа; С. - коэффициент истечения при числе Рейнольдса (О. Rejnolds - английский физик XIX в.), стремящемся к бесконечности; KRc - поправочный коэффициент на число Рейнольдса; Лщ - поправочный коэффициент на шероховатость внутренней поверхности измерительного трубопровода; Кп - поправочный коэффициент на притупление входной кромки отверстия диафрагмы; К0 - поправочный коэффициент на изменение диаметра сужающего устройства, вызванное отклонением температуры среды от 20 °С; е - коэффициент расширения; Ар - перепад давления на сужающем устройстве.

Уравнение (5.15) применяют при непосредственном определении плотности среды в рабочих условиях.

При косвенном определении плотности газа в рабочих условиях через плотность при стандартных условиях уравнение (5.15) примет вид

или, с учетом стандартных значений Тс и рс

где Кс2 - масштабный коэффициент.

Тогда уравнения для объемного расхода имеют вид: где Ке2 - масштабный коэффициент; р,Т- абсолютные давление и температура среды перед сужающим устройством; К - коэффициент сжимаемости газа.

Число Рейнольдса Re - безразмерная величина, представляющая собой отношение сил инерции к силам вязкого трения в потоке. Оно выражается формулой

где v, fx - кинематическая и динамическая вязкость.

Число Рейнольдса Re определяют также по одному из следующих уравнений:

где Кс3 - масштабный коэффициент.

Стандартные диафрагмы и сопла нс применяют для небольших чисел Re, потому что в области этих чисел их коэффициенты расхода сильно зависят от числа Re. Эта область простирается примерно вплоть до Re = 2-10

При оценке хозяйственной деятельности и при поставке среды потребителю, а также связанных с этим взаимных расчётов, кроме расхода среды важно знать её количественные показатели (массу /и, объём Ус и теплоту сгорания ?э), которые определяют по уравнениям:

где г/ и г2 - время начала и конца измерения.

Уравнения (5.21) - (5.25) применяют при непрерывном процессе измерения указанных параметров среды. Реализация этого процесса возможна при использовании аналоговых систем измерений и вычислений.

При применении приборов с дискретным вычислением или при ручной обработке результатов измерений допускается использовать приближённые уравнения определения количества, например:

где отчётный период времени равен

где Aii - интервал опроса датчиков или интервал времени осреднения измеряемого параметра.

Средства измерений и требования к их монтаж}' Измерительные комплексы

Расход вещества методом переменного перепада давления измеряют измерительными комплексами. В их состав в общем случае входят следующие основные узлы:

  • - стандартные сужающие устройства (СУ);
  • - измерительные трубопроводы (ИТ) с прямыми участками, расположенными между СУ и местными сопротивлениями;
  • - средства измерений перепада давления на СУ и параметров состояния среды;
  • - средства обработки результатов измерений (планиметры, счётные устройства ручного или автоматического действия и т.д.);
  • - соединительные линии и вспомогательные устройства.

По степени автоматизации процесса измерений и обработки результатов измерений измерительные комплексы подразделяют на системы:

  • - раздельных измерений переменных контролируемых параметров и обработки результатов измерений. При этом применяют интегрирующие или самопишущие приборы для измерений параметров, изменяющихся во времени, а также планиметры (от лат. planum - плоскость и .. .метр) или устройства для считывания графической информации, вычислительные устройства ручного или автоматического действия, микрокалькуляторы, ЭВМ для обработки результатов измерений;
  • - полуавтоматических измерений переменных контролируемых параметров с вычислительными устройствами обработки результатов измерений и устройствами с ручным вводом значений условно-постоянных параметров или ручной коррекцией результатов измерений и вычислений;
  • - автоматических измерений всех контролируемых параметров с вычислительными устройствами обработки результатов измерений в реальном масштабе времени.

В системах полуавтоматического и автоматического действия применяют средства измерений любого принципа действия, но с защитой памяти и программ от несанкционированного (от лат. sanctio - строжайшее постановление) вмешательства. Время ввода условно-постоянных параметров и их значения должны быть зарегистрированы. При применении ЭВМ с решением многофункциональных задач обеспечивают приоритет определения количества среды, если она являсгся предметом взаиморасчётов. Для автоматических вычислительных средств устанавливают длительности циклов измерений и вычислений расходов.

Средства измерений перепада давления и давления

Измерение перепада давления на сужающем устройстве

Перепад давления на сужающем устройстве определяют с помощью дифманометров любого типа путём подсоединения их через соединительные трубки к отверстиям для отбора давления (см. также п. 4.5). Примеры присоединения дифманометров показаны на рис. 5.7.

Разъединительные краны

Разделительные краны предназначены для предотвращения проникания жидкости или газа в соединительные трубки и дифференциальные манометры. Их рекомендуется помещать на соединительных трубках непосредственно у места их соединения с ИТ. В случае установки уравнительных (конденсационных) сосудов разделительные краны можно монтировать непосредственно за ними. Окончательный выбор места разъединительных кранов осуществляет конструктор или потребитель.

Внутренний диаметр проходного сечения крана должен быть равен внутреннему диаметру отверстия для отбора давления и соединительной трубки или быть не менее этого диаметра.

Кран должен быть равнопроходным для того, чтобы при протекании газа в кране не оставалась жидкость (конденсат), а при протекании жидкости не скапливались не растворённые в ней газы.

Уравнительные (конденсационные) сосуды

При измерениях расхода пара соединительные трубки заполняют конденсатом. При измерениях перепада давления про-

Схемы присоединения дифманометров

Рис. 5.7. Схемы присоединения дифманометров: а - сухой газ; б - холодная жидкость исходит нарушение равенства высот конденсатных столбов в обеих соединительных трубках вследствие перемещения части конденсата в дифманометре. Изменение уровней столбов конденсата приводит к возникновению дополнительной погрешности измерений перепада давления.

Для уменьшения этой дополнительной погрешности применяют уравнительные (компенсационные) сосуды. Таким образом, уравнительные сосуды предназначены для поддержания постоянных уровней жидкости одинаковой плотности, заполняющей соединительные трубки расходомеров переменного перепада давления. Малый сосуд имеет длину 100 мм и ёмкость 170 - 250 см3, а большой - длину 230 мм и ёмкость 600 - 800 см3. На рис. 5.8 показан чертёж уравнительного сосуда.

Уравнительный сосуд

Рис. 5.8. Уравнительный сосуд

Вместимость сосуда должна быть больше, чем измерительный объём дифманометра, г.е. тог объём, который перемещается из одного колена дифманометра при изменении Ар от нуля до Ар„. При этом горизонтальное поперечное сечение сосуда должно быть в несколько раз больше вертикального.

Отстойные камеры

При измерениях расхода жидкости, пара и газа, в которых имеются взвесь или влага (в газах), применяют отстойные камеры (рис. 5.9). Камеры размещают в нижней точке соединительных трубок. Размеры отстойной камеры определяются необходимостью чистки и технического ухода, а также количеством твёрдых частиц в протекающем потоке или (и) степенью конденсации.

Отстойная камера

Рис. 5.9. Отстойная камера:

1 - продувочный кран; 2 - игольчатая трубка; 3 - выходной патрубок; 4 - входной патрубок; 5 - вентиляционный патрубок

Газосборные камеры

При измерениях расхода жидкости, содержащей газ, возможно его скапливание в соединительных трубках. Для устранения этого дифманометр устанавливают ниже СУ, а соединительные трубки располагают под постоянным уклоном вниз от СУ до дифманометра. При необходимости установки дифмано- метра выше СУ устанавливают газосборные камеры.

Способы защиты соединительных трубок при низкой температуре окружающей среды

Для предохранения от замерзания жидкости в соединительных трубках при низкой температуре окружающей среды применяют обогреватели (электронагреватели, паровые змеевики и др.). Способы защиты от действия низких температур выбирают в зависимости от конкретных условий. Минимальная температура нагрева соединительных трубок должна быть выше температуры замерзания жидкости (для жидких сред) или выше температуры образования конденсата (для газообразных сред). Максимальная температура нагрева соединительных трубок не должна превышать допустимой температуры эксплуатации подсоединённых к ним приборов и преобразователей и температуры кипения для жидких сред. Рекомендуется также применять обогрев холодных соединительных трубок малого диаметра во избежание засорения при измерении расхода вязких и горячих жидкостей.

Разделительные сосуды

Если среда вызывает коррозию (от позднелат. corrosio - разъедание), обладает способностью к конденсации или замерзанию в соединительных трубках, имеет очень высокую вязкость или может образовать накипь, то применяют разделительные сосуды с жидкостью, отделяющей измеряемое вещество от жидкости, заполняющей чувствительные элементы дифманометра. Однако следует иметь в виду, что разделяющая жидкость не будет защищать соединительные трубки между отверстиями для отбора давления и разделительными сосудами.

Разделительные сосуды могут быть с перегородками и без них. В разделительных сосудах без перегородок разделительное вещество не должно смешиваться или вступать в химическую реакцию с измеряемой средой или манометрической жидкостью и его плотность должна существенно отличаться от плотности этих двух веществ для обеспечения постоянства поверхности контакта. При отсутствии перепада давления поверхность раздела между измеряемым и разделительным веществами должна находиться на одном и том же уровне в обоих разделительных сосудах.

Применение разделительных сосудов влияет на показания дифманомстра таким образом, что перепад давления на сужающем устройстве оказывается больше разности давлений в диф- манометре.

Влиянием разделительного сосуда можно пренебречь при условии, если удовлетворяется неравенство

где F - площадь сечения разделительного сосуда, м2; V„ - объём жидкости, перетекающей из разделительного (или уравнительного сосуда) сосуда в дифманомстр при измерении расхода от нуля до qs; рв - плотность разделительной жидкости; р' - плотность среды при давлении р и температуре разделительного сосуда.

Показания дифманометра с разделительными сосудами, не удовлетворяющие этому неравенству, корректируют с учётом перемещения уровня раздела в разделительном сосуде.

Разделительные сосуды должны находиться как можно ближе к отверстиям для отбора давления.

При измерении расхода газа разделительные сосуды располагают выше сужающего устройства, а дифманометр может быть расположен выше или ниже сужающего устройства.

При измерении расхода жидкости разделительные сосуды располагают ниже СУ, а дифманометр может быть расположен выше или ниже СУ.

Вместимость разделительных сосудов должна превышать объем среды при максимальном её перемещении в дифманомет- ре.

Для удаления скопления газа в конструкции разделительного сосуда предусматривают вентиляционные устройства.

Примеры разделительных жидкостей и их свойства приведены в габл. 5.1.

Таблица 5.1

Свойства разделительных жидкостей_

Жидкость

Плотность

Температура, °С

при 20 °С, кг/м3

замерзания

кипения

Дибутилфталат

1.047

-35

340

Глицерин

1.262

-17

200

Смесь воды с глицерином (объёмное отношение 1:1)

1.130

-22,5

106

Этиловый спирт

789

-112

78

Этиленгликоль

1.113

-12

197

Смесь воды с этиленгликолем (объёмное отношение 1:1)

1.070

-36

ПО

Очистная система

Очистная система (пример установки которой приведён на рис. 5.10) предназначена для предохранения соединительных трубок и дифманометров от попадания загрязнённых или агрессивных веществ. В некоторых случаях очистные системы заменяют одновременно разделительные сосуды и отстойные камеры.

Расход вещества очистки за минуту должен быть эквивалентным общей вместимости дифманомстра при изменении перепада давления от нуля до максимального значения.

Соединительные трубки (линии)

Дифманометр должен находиться как можно ближе к сужающему устройству; скорость реакции дифманометра на измепение перепада давления уменьшается при увеличении этого расстояния. Рекомендуется, чтобы длина соединительных трубок не превышала 16 м. При необходимости применения больших длин целесообразно использовать электрическую или пневматическую передачу. Применение соединительных трубок длиной более 16 м допускается, если установлено, что это не влияет на показания дифманомегра.

Пример установки очистной системы

Рис. 5.10. Пример установки очистной системы

Во избежание искажения перепада давления, возникающего из-за разности температур, две соединительные трубки должны находиться рядом. В случае опасности нагрева или охлаждения соединительных трубок их совместно термоизолируют.

Внутреннее сечение соединительных трубок должно быть одинаковым но всей длине, а диаметр должен быть более 6 мм, даже для чистых веществ и коррозионно-стойких трубок, чтобы избежать опасности их засорения при длительной эксплуатации. В случае опасности конденсации или образования пузырьков газа внутренний диаметр соединительных трубок должен быть не менее 10 мм.

Рекомендуемый диаметр соединительных трубок приведён в табл. 5.2.

Таблица 5.2

Внутренний диаметр соединительных трубок_

Тип контролируемой среды

Длина соединительных трубок, м

0-16

16-45

45-90

Сухой газ, вода, пар Воздух или влажный газ, т.е. возникает опасность конденсации в соединитель-

7-9

К)

13

ных трубках

13

13

13

Вязкие жидкости Загрязнённые газ или жид-

13

19

25

кость

25

25

38

Соединительные трубки устанавливают с наклоном к горизонтали более чем 1:12. Такой наклон обеспечивает движение конденсата и твёрдых частиц вниз до обогревающих отстойников или цилиндров, а пузырьков газа - до газосборных камер. Допускается уклоны делать ступенчатыми при условии, что отстойные камеры находятся во всех нижних точках, а газосборные - во всех верхних точках.

Краны дифманомстра

Дифманомстр, как правило, оснащают присоединительными (разъединительными) продувочными и уравнительными кранами.

Присоединительные краны предназначены для подключения (отключения) дифманометра к соединительным трубкам. При работе дифманометра в режиме измерения они должны быть открыты.

Продувочные (вентиляционные) краны предназначены для продувки чувствительных камер дифманомстра с целью удаления осадка. При работе дифманометра в режиме измерения они должны быть закрыты.

Уравнительный кран служит для проверки установки указателя дифманометра на нуль под статическим давлением. При работе дифманометра в режиме измерения он должен быть закрыт.

Определение абсолютного давления

Абсолютное или избыточное давление измеряют перед СУ манометром любого типа через отдельное отверстие, размещённое в сечении ИТ в месте установки отверстия для отбора перепада давления. Допускается присоединение манометра к плюсовой соединительной трубке дифманомстра. При таком подсоединении манометра его одновременная работа с дифманомстром не влияет на показания расходомера. При другой компоновке соединительных линий необходима проверка взаимного влияния манометра и дифманометра.

Абсолютное и избыточное давление измеряют с учётом разности высот установки СУ и средства измерений давления.

Средства измерений температуры

Температуру контролируемой среды определяют путём её измерения термометрами любого типа (см. гл. 3).

Измерение температуры среды проводят на прямом участке в проточной части ИТ перед или за СУ (рис. 5.11).

Предпочтение следует отдавать измерениям температуры за СУ. При установке чувствительного элемента термометра или

Схема установки датчика термометра

Рис. 5.11. Схема установки датчика термометра: а - наилучший способ установки; б - наклонная установка в потоке; в - наклонная установка в колене; г - установка в расширителе его гильзы за сужающим устройством расстояние от места их расположения до СУ должно быть нс менее 5D и нс более 15D. Чувствительный преобразователь термометра погружают в ИТ на глубину (0,3 - 0,7)0. В случае измерения расхода пара рекомендуется чувствительный преобразователь термометра погружать в ИТ на глубину (0,5 - 0,7)0.

Наилучшим способом установки чувствительного преобразователя термометра (рис. 5.11 а) является его радиальное расположение на теплоизолированном участке ИТ. Однако это нс всегда осуществимо. Допускается наклонная установка чувствительного преобразователя температуры или его установка за СУ в колене, как показано на рис. 5.11 б, в. Если диаметр чувствительного преобразователя превышает 0,13D, то допускается при установке термометра за СУ применять расширитель (рис. 5.11 г).

Чувствительный элемент термометра устанавливают непосредственно в ИТ или в гильзу (карман).

Часть чувствительного элемента термометра, выступающая над ИТ, должна иметь термоизоляцию, если температура потока отличается от температуры окружающей среды более чем на 40 °С.

Если контролируемая среда - газ, то при измерениях температуры потока за СУ и при достаточно большом перепаде давления вследствие расширения потока за СУ температура в точке измерения может оказаться ниже температуры перед СУ. Поправка имеет, как правило, значение порядка 0,1 - 0,2 °С. Поэтому её учитывают только при необходимости измерений с высокой точностью. Уменьшения разности температур потока перед и за СУ достигают путём выбора СУ с большим относительным диаметром.

Определение плотности при рабочих условиях

Для определения плотности контролируемой среды в рабочих условиях допускается применение плотномеров любого типа, не изменяющих структуру потока (см. гл. 8).

Точку отбора пробы газа располагают в верхней, а жидкостей - в нижней части горизонтального трубопровода. При этом точки отбора располагают на участках трубопровода, где скорость потока больше нуля и отсутствуют завихрения. Плотномер, расположенный за СУ, должен отстоять от последнего на расстоянии не менее 8D.

Изменение плотности контролируемой среды отслеживают, создавая ноток через чувствительный элемент плотномера (рис. 5.12).

Схемы установки плотномеров

Рис. 5.12. Схемы установки плотномеров: 1 - плотномер; 2 - СУ; 3 - трубопровод

В общем случае значения давления, а следовательно, и плотности в чувствительном элементе плотномера отличаются от значений этих параметров в месте отбора давления перед СУ. Применение фильтров и осушителей, а также дросселирующих устройств для нормирования расхода пробы через плотномер приводит к приближённому равенству давлений в чувствительном элементе плотномера и на выходе СУ.

Поэтому показания плотномера должны быть скорректированы на разность давлений между входом в СУ и выходом из плотномера. Для газов корректировка показаний плотномера может быть выполнена по формуле

где ср = -----поправочный коэффициент; р0 - показания

1--

Р

плотномера; рр - давление в чувствительном элементе плотномера; Лрр - разность между давлениями на входе в СУ и в чувствительном элементе плотномера.

Допускается плотность при рабочих условиях определять косвенным методом с использованием необходимых для расчёта измеренных параметров среды.

Плотность газов при рабочих условиях может быть определена через их плотность при стандартных условиях, давление и температуру (для смесей газов дополнительно - через компонентный состав, например по ГОСТ 30319.1), а также только через давление и температуру (например, для водяного пара по ГСССД 98).

Плотность жидкостей может быть определена через давление, температуру (для смесей жидкостей дополнительно - через компонентный состав, например по ГОСТ 28656).

При этом значение погрешности при расчёте плотности должно быть известно.

Определение плотности при стандартных условиях

Для определения плотности среды при стандартных условиях применяют плотномеры любого типа, показания которых не зависят от изменений температуры и давления контролируемой и окружающей среды, а также не изменяющие структуру потока, но учитывающие изменение состава контролируемой среды.

Допускается определять плотность при стандартных условиях с помощью пикнометров и ареометром.

Частоту определения плотности при стандартных условиях рассчитывают исходя из требований к точности измерения количества среды, возможных изменений значений плотности между интервалами измерений и обусловленной этими изменениями дополнительной погрешности.

Плотность при стандартных условиях смесей жидкостей и газов допускается определять по компонентному составу в соответствии с нормативными документами (ГОСТ 30319.1, ГОСТ 3900).

Определение компонентного состава

Для определения компонентного состава контролируемой среды применяют хроматографы любого типа, не изменяющие состав этой среды.

Определение влажности газа

Для определения влажности газа используют влагомеры любого типа, измеряющие температуру конденсации паров влаги (температуру точки росы), массовое и объёмное содержание водяных паров в единице объёма контролируемого газа (см. гл. 7).

Вычислительные устройства

В зависимости от условий измерений расхода и решаемого уравнения вычислительные устройства должны автоматически учитывать действительные значения необходимых параметров. При вычислении расхода и количества вещества контролируемой среды допускается применение упрощённых расчётных формул. Дополнительную погрешность вычислительного устройства от введённых упрощений определяют относительно уравнений, приведённых в ГОСТ 8.563.2-97.

Оценка погрешности определения расхода и количества среды

Относительную погрешность измерений расхода 6Ч рассчитывают по формуле

где 8q , Sq - систематическая и случайная составляющие по-

грешности измерения расхода.

Нсисключснную систематическую составляющую погрешности измерений расхода в общем случае при раздельных измерениях параметров определяют по формуле

где 8у , 9у - неисключённые составляющие погрешности измерений параметров у, из списка независимых источников погрешности измерений расхода, методические погрешности используемых зависимостей для расчета свойств среды и характеристик СУ и их коэффициентов влияния; 8- - составляющие

погрешности, определяемые в соответствии с ГОСТ 8.563.2-97. Случайная составляющая погрешности измерения расхода

8 равна

где ду <9,. - случайные составляющие погрешности измерений

параметров у,- из списка независимых источников погрешности измерений расхода и их коэффициенты влияния.

В развёрнутом виде формулы (5.33) и (5.34) примут следующий вид:

- при измерениях объёмного или массового расхода жидкости:

- при измерениях массового расхода газа:

- при измерениях объёмного расхода газа, приведённого к стандартным условиям, в случае независимости р и рс (например р определяют с помощью плотномера):

- при измерениях объёмного расхода газа, приведённого к стандартным условиям, в случае зависимости р и рс:

где /1 - относительный диаметр отверстия сужающего устройства; 6С, SD, Sd, 8dp, Sc, Sp, dp - погрешности определения С (коэффициент истечения), D (внутренний диаметр измерительного трубопровода), d (диаметр отверстия сужающего ус тройства при рабочей температуре среды), Ар (перепад давления на сужающем устройстве), е (коэффициент расширения), р (плотность среды), рс (плотность среды в стандартных условиях).

При расчётах, связанных с измерением расхода сужающими устройствами, обычно решают две задачи.

  • 1. Известны диаметр трубопровода D, диаметр отверстия диафрагмы d и перепад давления Ар. Требуется определить расход протекающего вещества, параметры которого также известны. Таким образом, часть величин, входящих в расчётные формулы, задана, остальные легко определить. В этом случае расход рассчитывают по основным формулам.
  • 2. Заданы максимальный и минимальный расходы, параметры контролируемой среды, действительный внутренний диаметр трубопровода и его материал, длина прямого участка трубопровода и вид местных сопротивлений до и после сужающего устройства. Требуется определить диаметр сужающего устройства.

Обычно необходимо решать вторую, более трудную задачу.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >