ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 14.07.2024
Просмотров: 149
Скачиваний: 1
ных колебаний механических вибраторов, помещенных
висследуемую жидкость или наполненных ею.
Воснову работы ультразвуковых плотномеров поло жены либо явление поглощения измеряемой средой ультразвуковых волн, либо зависимость скорости рас пространения волны от плотности среды.
Внастоящее время отечественной промышленностью серийно 'выпускаются плотномеры, принцип действия ко
торых основан на зависимости поглощения гамма-излу чения от плотности измеряемой среды. Основная погреш ность указанных приборов составляет ±1,5% [Л. 24].
Наиболее простым типом плотномеров являются по плавковые .плотномеры, принцип действия которых осно ван на измерении выталкивающей силы, пропорциональ ной плотности контролируемой жидкости.
2. Массовые расходомеры непосредственного измерения
В настоящей работе приводится деление известных типов массовых расходомеров непосредственного изме рения на расходомеры с параметрическим воздействием на поток, расходомеры статистического квантования по
тока, |
оптические и |
расходомеры периодического |
взве |
||||
шивания измеряемого потока (рис. 1). |
|
|
|
||||
К |
массовым расходомерам |
с параметрическим |
воз |
||||
действием на поток |
относятся |
приборы, |
|
реализующие |
|||
методы, при которых в целях |
измерения |
в |
потоке |
воз |
|||
буждаются |
дополнительные параметры, |
функционально |
|||||
связанные с массовым расходом. К ним относятся: |
|
||||||
1. Механические |
массовые |
расходомеры, |
измеряю |
||||
щие |
момент |
количества . движения, который создается |
|||||
в потоке, в общем случае, путем придания дополнитель
ного движения |
потоку. |
|
|
|
2. |
Расходомеры смешения, |
в которых |
незначитель |
|
ное, |
но вполне |
определенное |
количество |
соответствую |
щего индикатора вводится в основной поток, перемеши
вается с ним и затем определяется концентрация |
этого |
|||
индикатора в потоке. В этом |
случае массовый |
расход |
||
подсчитывается по уравнению |
|
|
|
|
g(C 2 — Ci)=G(Ci - Co), |
|
|
||
где g — массовый |
расход впрыскиваемого |
индикатора; |
||
Со — концентрация |
индикатора |
в основном |
потоке с рас- |
|
й
ходом |
G; Ci — концентрация индикатора в потоке с рас |
|
ходом |
g+Ю после |
перемешивания; Сг — концентрация |
вводимого раствора |
индикатора. |
|
Обычно в качестве индикатора применяют растворы веществ, изменяющие оптические, химические и другие физические характеристики измеряемого потока. Оче видно, что в случае введения в поток тепловой энергии
Массовые расходомеры
С параметрическим воздействием на поток
гидроЭлектро придов привод
3ä<§
•3 g
Рис. 1.
приведенная зависимость сохранения количества вводи мого в поток материального параметра принципиально сохраняется и может быть представлена известным уравнением теплового баланса:
WE |
= |
GCYAAQ, |
где Wq — вводимое в |
поток |
количество тепла; С у д — |
удельная массовая теплоемкость потока; АѲ — повыше ние средней калориметрической температуры потока.
10
Величина С у п для потока неизменного состава при небольших изменениях температуры практически посто янная. Поэтому, 'Поддерживая разность АѲ постоянной и измеряя WE , обычно измеряют массовый расход.
Вследствие наличия поля скоростей эти приборы име ют погрешность от неправильного усреднения выходным термометром температуры потока. Эта погрешность стре мится к нулю, когда скорость потока ѵ стремится к сред ней скорости, т. е. когда распределение скоростей .по сечению равномерно.
Потери тепла на лучеиспускание нагревателя и поте ри тепла через стенку преобразователя определяются известными уравнениями теплопередачи. Их влияние
учитывается путем введения в уравнение |
расходомера |
||
соответствующих поправочных |
коэффициентов kn и /г0. |
||
С конструктивной стороны такие первичные преобра |
|||
зователи должны иметь с обеих |
сторон |
от |
нагревателя |
и перед входным термометром усреднители |
температу |
||
ры, выполненные, например, в виде диска |
с |
отверстиями |
|
по всему проходному сечению. Усреднители, создавая некоторый перепад давления, выравнивают скорость по сечению и турбулизируют поток. Тем самым создается хорошее перемешивание всей нагретой массы потока. Кроме того, усреднители частично служат экранами для предотвращения потерь тепла лучеиспусканием от на гревателя вдоль оси .преобразователя.
Вследствие дросселирования потока усреднителем температур возникает дополнительная погрешность бѳ измерения разности температур.
При учете поправок /гл, kc, 8Ѳ Х измерительная зависи мость принимает вид:
U — С У Я (Д Ѳ + 5Ѳ ) '
Поскольку тепловые или калориметрические расхо домеры являются наиболее распространенным типом расходомеров непрерывного смешения, кратко рассмот рим еще одну их разновидность, в которых по разности температур на пограничном слое до и после нагревателя, расположенного на внешней поверхности трубки, и мощ ности нагрева судят о массовом расходе.
При применении теплового метода пограничного слоя д,ця непосредственного измерения массовой скорости
И
в трубопроводах и каналах больших размеров в потоке газа устанавливается .неподвижный 'Цилиндрический эле мент, расположенный параллельно направлению движе ния и омываемый измеряемым потоком вдоль всей своей поверхности. Обтекаемая форма лобовой части тела спо собствует образованию стабильного ламинарного .погра ничного слоя на поверхности цилиндра. Внутри цилинд ра располагается электронагреватель. Теплоотвод вдоль оси преобразователя .практически отсутствует. Количест во тепла, выделяемое нагревателем, передается по пло щади цилиндра 5ц жидкости только через пограничный слой согласно закону Ньютона
При постоянных площади 5 Ц и разности температур 02 — Ѳі количество тепла WQ пропорционально коэффи циенту теплоотдачи ат, который зависит прежде всего от Массовой скорости ор, а также от ряда других вели чин: температуры среды Ѳі и теплопередающей поверх ности Ѳг, физических параметров среды, таких как дина мическая вязкость il, теплопроводность (к, от геометри ческих размеров и расположения преобразователя, учитывающихся коэффициентом Ф.
Вобщем случае эту зависимость можно представить
ввиде
ат = / ( о ; ©і; 02 ; Я; С у д ; р; іх; Ф ) .
Для обеспечения |
однозначности зависимости ат от |
ѵр необходимо все |
другие величины стабилизировать |
или компенсировать их влияние. Кроме скорости потока, основным фактором, влияющим на коэффициент тепло отдачи, является форма и линейные размеры поверхно сти. Согласно теории пограничного слоя на поверхности
цилиндра, начиная |
с лобовой |
части, ламинарный погра |
|||||
ничный слой нарастает до некоторой |
точки, |
в |
которой |
||||
происходит срыв этого |
слоя. Далее имеется |
неустойчи |
|||||
вая зона перехода |
ламинарного слоя |
в |
турбулентный, |
||||
Е конце которой начинает формироваться |
турбулентный |
||||||
слой. Зависимость |
aT = i f(up) |
в каждой |
из |
трех |
состоя |
||
ний пограничного |
слоя |
при |
прочих |
равных |
|
условиях |
|
чбудет совершенно различная. Следовательно, для одно значности зависимости aT =f(ü 'p) необходимо иметь та кую форму и размеры первичного преобразователя, что бы «а поверхности имелось только одно состояние
12
пограничного слоя, а именно ламинарный. Длина участ ка ламинарного слоя не постоянна и зависит от числа Рейнольдса Re/, отнесенного к длине / чувствительного элемента преобразователя. Кроме того, на нее влияют степень турбулентности потока, перепад температуры и шероховатость поверхности ks.
При плавном переходе передней конусной части в цилиндрическую преобразователя расхода на его по
верхности будет устойчивый ламинарный |
пограничный |
|
слой, если обеспечить: |
|
|
Rej = -^-<3,2-105 ; |
R e Ä s = ^ - < 1 2 0 и Ѳ, - |
Ѳ2 =80 °С, |
где V — кинематическая вязкость. |
|
|
Предполагая, что |
первичный .преобразователь омы |
|
вается несжимаемой средой с независящими от темпера туры физическими характеристиками, пренебрегая влия
нием |
естественной |
конвекции, |
теплом, |
возникающим |
||
вследствие трения, |
и |
принимая, |
что градиент давления |
|||
вдоль |
поверхности |
равен |
нулю, |
уравнение |
расходомера |
|
записывается: |
|
|
|
|
|
|
|
wQ=*d (VIT- |
Vh) |
^àr- |
(ѳа - ѳ.) |
Ѵ^. |
|
Здесь, кроме известных обозначений, h и 4—расстоя ния от лобовой части до начала -и до конца обогрева емого участка преобразователя; величина В является функцией от критерия Прандтля (Рг).
Из приведенных выражений видно, что зависимость aT = f(üp) будет однозначна при комплексе А=ВЯ/")/р=
= const и 02—Ѳі= const. Анализ влияния изменения тем пературы и давления воздуха и воды на значение k по казывает, что для воды при .изменении давления в широ ких пределах k = const, а для воздуха k составляет при мерно 0,06% на 1 кгс/см2. Следовательно, в обычных условиях для указанных сред влиянием изменения дав ления на величину k можно пренебречь.
Отклонение температуры среды на 1 °С вызывает из менение k для воздуха примерно на 0,14 и для воды на 0,48% и, очевидно, требует соответствующей темпера турной .компенсации.
В случае измерения малых расходов нагревательный элемент -и 'измерители температуры .располагаются е на ружной стороны трубопровода,