ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 14.07.2024
Просмотров: 139
Скачиваний: 1
В. M. ИЛЬИНСКИЙ
ИЗМЕРЕНИЕ
МАССОВЫХ
РАСХОДОВ
Э |
« Э Н Е Р Г И Я» • МОСКВА 1973 |
|
6П2.1.08І И 46
УДК 681.121.1
Гос. пубчкчиая
- научно-ги. ни" |
паи |
библиотека C J C P |
|
ЭКЗЕМПЛЯР |
|
Ч И Т А Л Ь Н О Г ® |
ААЛА |
|
Ильинский В. М. |
|
|
|
|
|
|
|
||
И 46 |
Измерение |
массовых |
расходов. /уѴ, «Энергия», |
|||||||
|
1973. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
144 с. с ил. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
В книге дана общая классификация массовых расходомѳоов и рас |
|||||||||
|
сматриваются единые методы оценки их |
свойств |
с учетом |
конкретных |
||||||
|
условий эксплуатации. |
Основное |
внимание |
уделено |
инженерным |
принци |
||||
|
пам построения механических массовых расходомеров и методике расчета |
|||||||||
|
оптимальных |
конструкций с точки |
зрения |
обеспечения точности, |
чувстви |
|||||
|
тельности, |
малой |
энергоемкости |
и |
высоких динамических |
показателей. |
||||
|
Приводятся рекомендации при выборе типа и конструктивных |
решений |
||||||||
|
систем автоматического |
контроля |
расходов. |
|
|
|
|
Книга предназначена для инженерно-технических работников, занятых автоматизацией теплоэнергетических объектов транспортной, топливной, нефтегазовой, химической и авиационной промышленности, а также для студентов соответствующих специальностей,
И |
3313-441 |
186-73 |
6П2.1.081 |
051(01)-73 |
© Издательство «Энергия», 1973 г.
Предисловие
Точное измерение расходов определяет возможность автоматизации и регулирования современных теплоэнер гетических объектов, а также большинства непрерывных химических процессов. В ряде областей новой техники и промышленности (осрбенно в химической и топливной) существует необходимость измерения массового расхода различных веществ. Рост требований к автоматизации, экономичности, скоростям и другим техническим показа телям химико-технологических процессов вызывает не обходимость применения массовых расходомеров.
Это обстоятельство |
объясняется |
в первую |
очередь |
тем, что компоненты |
вступают в |
химические |
реакции |
в массовых соотношениях. Развитие гидро- и пневмо транспорта, использование двухфазных и кипящих пото ков, учет расходования веществ в различных производ ственных процессах, большой класс экспериментальных работ в самых разнообразных областях современной техники также требует использования массовых расхо домеров.
Массовые расходомеры необходимы для измерения расхода тепла, вырабатываемого или потребляемого со временными энергоустановками, . когда производится умножение массового расхода теплоносителя на раз ность теплосодержания теплоносителя на входе и выходе котлоа.грегата, теплообменника и т. д. »
Следствием большой потребности в таких расходомерных устройствах и необходимости их широкого распространения при автоматизации химико-технологиче ских процессов явились интенсивные исследования и раз работка новых принципов и устройств измерения массо вых расходов в нашей стране и за рубежом. Сейчас первостепенную важность приобретает разработка общей теории расходомеров, единых методов оценки свойств
3
приборов й принципов проектирования оптимальных конструкций.
Предлагаемая работа преследует цель рассмотреть современное состояние и тенденции развития техники измерения массовых расходов, а также дать расчетные и конструктивные рекомендации по разработке массо вых расходомеров.
Из большого разнообразия известных методических и конструктивных решений наибольшее распространение получают механические массовые расходомеры. Это обу словливается их высокой точностью, сравнительной про стотой конструкции первичного преобразователя расхо да, возможностью измерения двухфазных потоков.
Ввиду того что у нас в стране и за рубежом разрабо тано множество конструктивных решений механических массовых расходомеров, автор поставил своей целью представить единые методы оценки механических мас совых расходомеров с точки зрения их точности и чув ствительности, динамических и энергетических показате лей, определить методические и инструментальные по грешности, а также рассмотреть пути их уменьшения.
Вкниге также рассматривается класс массовых рас ходомеров, основанный на периодическом взвешивании определенных доз измеряемого потока.
Вкнигу, согласно приводимой в гл. 1 классификации,
не вошли массовые расходомеры смешения, оптические и статистического квантования потока, которые рассмо трены в книге автора «Бесконтактное измерение расхо дов», выпущенной издательством «Энергия» в 1970 г.
Очевидно, что настоящая книга не лишена недостат ков и все замечания по ней будут приняты автором с благодарностью.
Автор'
ГЛАВА ПЕРВАЯ
ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ МАССОВЫХ РАСХОДОМЕРОВ
1. Массовые расходомеры с коррекцией
Массовые расходомеры как самостоятельная группа измерительных приборов получили свое развитие в са мые последние годы. Вместе с тем гидродинамика и теп лотехника почти с самого своего зарождения оперирова ли понятием массового расхода. Такое положение объяс няется повышением требований к точности измерений расходов и отсутствием до недавнего времени удовлетво рительных технических решений приборов, измеряющих массовый расход.
В нашей стране и за рубежом ведутся интенсивные исследования и разработка принципов и устройств изме рения массовых расходов, причем развиваются как но вые типы расходомеров, так и традиционные методы с применением современных достижений электроники, метрологии и вычислительной техники.
В общем случае объемный расход Q и массовый рас ход G записываются так
где а и р — соответственно местные скорость и плотность потока в сечении 5.
Приведенные выражения показывают, что при точ ных измерениях или при оценке погрешности тех или иных методов измерения должны учитываться неравно мерность скорости и плотности потока по сечению. Одна ко при оценке физической сущности методов измерения обычно принимают равномерным распределение скоро-
5
сти и плотности по сечению рассматриваемого потока. Тогда
Q — vS и G = pvS = Qp.
Современной техникой достаточно широко применя ются традиционные методы измерения объемных расхо дов и плотности потока с использованием дополнитель ных вычислительных устройств, позволяющих получить значения массовых расходов [Л. 1]. Например, системы измерения расхода по перепаду давления, измеряющие величину ру2 , комплектуются датчиками, измеряющими скорость потока ѵ. В этом случае вторичная схема, про изводя деление величин pu2 на ѵ, определяет произведе ние рѵ или величину массового расхода.
Применяются массовые расходомеры жидкости или газа, основанные на преобразовании информации, полу чаемой от гидродинамических измерителей расхода с ли нейной зависимостью от плотности и квадратичной за висимостью от объемного расхода [Л. 54].
В таких системах измерители расхода и плотности имеют, как правило, линейные преобразователи неэлек трических величин в электрические напряжения ui и и2. Для этих устройств расход по массе определяется выра жением
Таким образом, для получения информации о расхо де по массе необходимы вычислительные устройства из влечения квадратного корня из (произведения двух пере менных величин. Для этих целей применяют кулачковые профилированные устройства, пневматические сильфонные вычислительные устройства, а также электрические функциональные преобразователи с применением полу проводниковых диодов и на подогреваемых сопротивле ниях, работающих по способу равных температур.
Находят применение струнные преобразователи, где измеряемая величина, яреобразовадная в усилие рас тяжения струны, пропорциональна квадрату частоты собственных колебаний струны, помещенной в магнитное поле. В таких случаях необходимо осуществить .опера цию перемножения частотных сигналов, полученных от двух измерителей со струнными преобразователями. Умножение двух частот или серий импульсов связано со значительными трудностями.
6
Все перечисленные преобразователи н устройства до вольно сложны. Для электрических преобразователей и подогреваемых сопротивлений требуются усилители с вы соким коэффициентом усиления. Преобразователи (за исключением струнных и с электрическими контурами) имеют аналоговый выход, и для преобразования инфор мации в цифровой вид требуются дополнительные устройства.
Представляет интерес разработанная в институте Гипровостокнефть информационно-измерительная систе ма контроля расхода по массе, которая лишена указан ных недостатков.
Принципиальная схема этого устройства состоит из гидродинамического измерителя расхода с индуктивным преобразователем перемещений, измерителя плотности (например, гидростатического) с емкостным преобразо вателем перемещений, мультивибратора, смесителя, опор ного генератора, счетчика импульсов и блока питания.
Решение функции массового расхода в устройстве
основано на использовании управляемого |
мультивибра |
||||
тора, в одно из плеч которого включен |
последовательный |
||||
колебательный контур |
L C , причем |
в качестве пере |
|||
менных индуктивности |
и емкости |
применены индуктив |
|||
ный и емкостный |
.преобразователи |
измерителей расхода |
|||
и плотности. Эти |
преобразователи |
имеют |
гиперболиче |
||
ские зависимости |
электрических выходных |
величин от |
измеряемых величин.
В результате на выходе схемы вырабатывается ча стота, пропорциональная расходу по массе, которую фиксирует счетчик импульсов.
Таким образом, разработанный прибор позволяет зна чительно повысить точность и надежность измерения расхода по массе за счет упрощения вычислительного устройства и применения преобразователей с гиперболи ческими характеристиками [Л. 54].
Другим наиболее распространенным методом измере
ния массового расхода является |
измерение |
скорости |
||
потока |
с одновременным |
измерением его |
плотности. |
|
В этих |
системах вторичная |
схема |
производит умноже |
ние выходных величин скоростных расходомеров и плот номеров [Л. 2]. В качестве скоростных или объемных расходомеров могут применяться:
1. Тахометрические расходомеры, в которых тахи метрическое устройство измеряет зависящую от расхода
7
текущего вещества скорость вращения крыльчатки, рото
ра, |
шарика или другого |
тела, |
установленного |
в потоке. |
||
|
2. Электромагнитные |
или |
индукционные |
расходоме |
||
ры, |
принцип действия |
которых |
основан на |
измерении |
||
э. д. е., индуктируемой |
в |
потоке |
электропроводной жид |
кости, которая при своем движении пересекает магнит ное поле.
3.Ультразвуковые расходомеры, в которых исполь зуется явление смещения звукового колебания движу щейся средой.
4.Термоанемометры, в измерительной зависимости которых используется соотношение между количеством тепла, теряемым непрерывно нагреваемым или предва рительно нагретым телом, и скоростью потока, в кото ром это тело находится.
5.Расходомеры, основанные на контроле движения «меток» и состоящие из устройства, периодически созда ющего ту или иную «метку» потока, и устройств, фикси рующих моменты прохождения «меток» через определен ные сечения потока [Л. 3].
6.Расходомеры, использующие зависимость от рас хода частоты колебаний, пропорциональных скорости потока и возникающих в потоке в процессе вихреобразования при обтекании тела, помещенного в поток.
В качестве плотномеров для расходомеров исполь зуются приборы самых различных принципов действия. Наибольшее распространение в настоящее время полу чили электроемкостные плотномеры, принцип действия которых основан на использовании зависимости плотно
сти потока от |
его |
диэлектрической |
проницаемости |
р = / ( е ) . Очевидно, |
что |
эти плотномеры |
могут быть ис |
пользованы только для коррекции по плотности потоков, физические характеристики которых хорошо изучены и характер изменения которых определенным образом учитывается во вторичной схеме расходомера.
Достаточно широкое распространение получили плот номеры, или системы, реализующие зависимость плотно сти жидкости или газа от температуры. В этом случае информацией о плотности потока жидкости является его температура, а для газов кроме температуры необходи мо измерять давление и коэффициент сжимаемости,
В технике измерения массовых расходов также нахо дят применение вибрационные плотномеры, которые вы полняются по принципу изменения частоты собствен-
8