Файл: Ильинский В.М. Измерение массовых расходов.pdf

ГЛАВА ШЕСТАЯ

РАСХОДОМЕРЫ ВЗВЕШИВАНИЯ

В настоящее время отдельную группу измерителей массового рас­ хода составляют приборы, в которых при измерении производятся разделение потока на определенные массовые порции. Очевидно, что эти приборы могут применяться только в стационарных измеритель­ ных системах, не подверженных воздействиям ускорений. Основным недостатком этих устройств является нарушение непрерывности пото­ ка, что в ряде случаев ограничивает области их применения. Однако в некоторых случаях такие устройства могут достаточно просто н эффективно решать задачу измерения массового расхода.

Известны расходомеры малых расходов, в которых поток посту­ пает в уравновешенную грузом чашу. При заполнении чаши опреде­ ленной массой жидкости она опрокидывается, жидкость выливается и цикл наполнения повторяется. Мерой расхода, осредненного за цикл наполнения, является частота опрокидывания чаши либо время ее на­ полнения.

Большинство приборов этого класса для -слива взвешенного объ­ ема используют сифоны. Схема такого простейшего расходомера по­ казана на рис. 36. Жидкость по трубке 1 поступает в сосуд 2 и пе­ риодически сливается из него

через сифонную трубку 3.

измерения времени 7. Значение расхода вычисляется устройством 8, которое может быть аналоговым и дискретным. Расходомер свободен от погрешностей, связанных с нестабильностью уровней начала и конца слива, а также вызванных изменениями температуры. Определяющей является погрешность измерения массы и погрешность вычисления расхода. Погрешность расходомера может быть порядка 0,1% (Л. 47]. Диаметр сифонной трубки расходомера подбирается таким образом, чтобы слив жидкости происходил достаточно быстро.

Время слива обусловливается величиной поступающего расхода, диаметром сифонной трубки, вязкостью жидкости и уровнем этой жидкости в сосуде относительно выходного конца сифонной трубки. Время Тн наполнения сосуда до уровня перегиба сифонной трубки при постоянном объеме сосуда и неизменном положении сифонной трубки определяется выражением

V

где V—объем сосуда от входного конца сифона до уровня перегиба трубки; Q — среднее объемное значение расхода за время заполнения объема V.

128

ру 10. После выравнивания уровней в камерах 2 и 10 общий центр тяжести жидкости перемещается вертикально но линии z — z, распо­ ложенной посередине между камерами (рис. 37,6). Перемещение общего центра тяжести жидкости по вертикали обеспечивается одина­ ковыми размерами и горизонтальным расположением камер 2 и 10.

Опрокидывающий момент, действующий на коромысло, зависит только от веса жидкости в левой и правой камерах и уравновеши­ вается моментом от груза /.

При равенстве моментов наступает равновесие и происходит по­

образовавшейся разности уровней А/іі жидкость из камеры 2 перете­ кает в камеру 10. Это приводит к заполнению сифона 9, и жидкость начинает выливаться в воронку 12. Поскольку горизонтальный срез

По мере выливания жидкости ее центр тяжести перемещается вправо и в положении, изображенном на рис. 37,г, когда момент

15, частота замыкания которого является мерой расхода, осреднснного за предыдущий цикл работы устройства.

Длительность цикла, если взять начало отсчета с момента вы­ дачи дозы, можно выразить как

где 7"п — время цикла; Тл — время выдачи дозы; 7"Пр — промежуток времени с момента окончания выдачи дозы до начала выдачи сле­ дующей.

Исходя из условия, что жидкость должна поступать в камеру 10 не раньше, чем оттуда выльется предыдущая доза, можно записать:

т[Pp. — (£"д.к + Р' д.иав)]

в камере 2 несколько выше, чем уровень в камере 10 (иначе не было бы перетока), и величина его зависит от расхода поступающей жид­ кости, такой прибор лучше использовать при малых расходах.

130

Описанный расходомер класса 0,5 в стеклянном исполнении изютовлен в Пермском филиале ГИПХ и предназначен для фасовки жид­ ких химических реактивов [Л. 49].

Двухкамерный расходомер подобного типа, предназначенный для больших расходов (рис. 38), состоит из двух одинаковых емкостей 5 и приемной горловины 2, разделенной на две равные части иожевндной перегородкой 3. Емкости соединены с горловиной каналами 12 и 4, предназначенными для подвода жидкости и отвода воздуха. До­ затор установлен на призменной опоре 13, которая дает ему возмож­ ность качаться с малым углом в пределах упоров 11. С емкостями

по трубе 1 непрерывно поступает в одну из частей приемной горло­ вины и по широкому каналу 12 направляется в пустую емкость; вес жидкости уравновешивается весом груза.

В положении равновесия

Р Р г у і ,

где Яд — вес дозы; Р Г р — вес груза; L — расстояние центра тяжести жидкости от опоры; I — расстояние центра тяжести груза от опопы в крайнем положении.

Благодаря тому что центр тяжести системы расположен выше опоры, происходит быстрый поворот дозатора. При этом струя пере­ ключается на пустую емкость, верхнее колено сифона погружается в жидкость и происходит выдача дозы, а груз, поднятый на некото­ рую высоту, с небольшой постоянной скоростью перемещается до противоположного упора. С этого момента цикл работы расходомера повторяется.

Для увеличения точности измерения концы сифонов помещены

вуглубление 10, вследствие чего уменьшается свободная поверхность

иколичество остающейся в емкости жидкости.

Настройка прибора иа определенные, одинаковые для обеих емко­ стей дозы производится перемещением груза с помощью регулировоч­ ных винтов, что обеспечивает изменение частотной характеристики.

При заданной производительности и величине дозы выражения для расчета параметров прибора и его конструктивных размеров мо­ гут быть получены, исходя из следующих условий, определяющих его нормальную работу:

Здесь Гц — время цикла; Го—время опорожнения емкости; Г т —

время, необходимое для приема сливаемой дозы,

\dMl\<\dMi+dMrJt\,

где Мі — момент опорожняемой емкости относительно опоры; УИ2 —-

момент наполняемой емкости относительно опоры; Мг-р — момент пе­

Рис. 39.

исключен, т. е. момент опорожняемой емкости относительно опоры всегда должен оставаться больше суммы моментов наполняемой емкости и перекатывающегося груза.

Описанный прибор был изготовлен из винипласта для фасовки бромистоводородной кислоты. При испытаниях он показал погреш­ ность 0,1% при дозе 1,25 кг и времени цикла 20 сек.

При дозах порядка 10 кг л\ выше помещать перекатывающийся груз в демпфирующую жидкость нецелесообразно, так как при этом значительно увеличивается ее объем.

К приборам, рассматриваемым в этой главе, можно отнести и та­ кие, в которых о расходе судят по изменению массы жидкости, нахо­ дящейся на платформе весов. С помощью устройств, работающих по массовому принципу дозирования и имеющих преобразователь массы, можно определять массовый расход по производной текущей координаты массы, получаемой с помощью пассивного дифференци­ рующего звена Однако в этом случае погрешности измерения полу­ чаются значительными и зависят от многих факторов.

132