Об'ємні (камерні) лічильники

Різновидом об'ємних є камерні лічильники. Камерними називаються та­хо­метричні витратоміри і лічильники, що мають один чи кілька рухомих еле­мен­тів, які рухаючись відмірюють певні об’єми газу. За принципом дії ви­мірю­вання витрати і кількості в них відбувається шляхом відсікання певних пор­цій (об'єму) газу. Витрата газу за будь-який проміжок часу є сумою виміря­них об'ємів, віднесених до визначеного періоду часу. До них відносять ротацій­ні, з овальними шестернями, кільцеві, ковшові та інші.

Такі лічильники мають вищий клас точності, проте вони можуть застосо­ву­ватися лише, як лічильники. Вони призначені для роботи під тиском. Величина допустимого граничного тиску залежить від товщини стінок корпусу [18].

Об’ємна кількість газу V, яка пройшла через лічильник за час t, визначається з рівняння:

(6.15)

де V _о – об’єм газу, який витісняється розподілювальними елементами (поршнем, диском, роторами і т.п.) за один цикл чи оберт, практично дорівнює об’єму вимірювальної камери або ж камер приладу; m – кількість ходів чи обертів розподільчого елементу за час t і q – об’єм газу, що протікає через внутрішні зазори приладу за одиницю часу.

а – ротаційний з вісімкоподібними роторами;

б – ротаційний з трапеціїдальними роторами

Рисунок 6. 2 – Камерні перетворювачі витрати

Об’ємна витрата Q може бути визначена із виразу:

(6.16)

де n - кількість ходів чи обертів роздільного елемента за одиницю часу.

Очевидно, між n i m буде таке співвідношення: . Лічильний меха­нізм приладу і відповідно відліковий пристрій витратоміра покажуть: де - об’єм газу, що враховується приладом за одне спра­цювання лічильного механізму; - кількість спрацювань лічильного ме­ханізму за час t і - кількість спрацювань лічильного механізму за одиницю часу. Вираз для визначення похибки має вигляд:

. (6.17)

Підставляючи сюди значення , V, і Q із попередніх рівнянь і позначивши через передавальне число редуктора між роздільним елементом і лічильним механізмом, отримаємо:

(6.18)

Якщо прийняти в першому наближенні , то , . Значить, похибка завжди від’ємна і за абсолютною величиною рівна відносному протіканню q/Q.

Якщо припустити , то:

. (6.19)

За цими рівняннями і треба вибирати передавальне число і.

Залежність між протіканням q і в’язкістю має вигляд:

(6.20)

де q і q_Г – перетікання під час даного і градуювального середовища; і - в’язкість даного і градуювального середовища. Величину k пропонується визначати в залежності від кількості обертів за формулою: .

Робота N_Д, що здійснюється рушійними силами за одиницю часу, може бути виражена, як N_Д =QDp_е. Робота N_о сил опору складається із робіт сил механічного N_М і гідравлічного N_Г опорів: N_о = N_М + N_Г .

Механічний опір викликається силами тертя: на поверхні розділюваль­ного елементу (наприклад, тертя диска об поверхню камери, в дисковому при­ладі, тертя в зубцях овальних шестерень і т. п.); в опорах; в передавальному ме­ханізмі; в сальнику і відліковому пристрої. Сили тертя в розділювальному еле­менті і опорах залежать не тільки від ваги рухомих частин, але і від наван­таження, що створюється різницею тисків Dр_е. Сили ж тертя в передавальному і відліковому механізмах, а також в сальнику від Dр_е не залежать. Тому можна написати, що N_М = (а+a₁Dр_е) w₁, де w₁ – швидкість руху розділювального елемента, a, a₁ – деякі постійні.

Гідравлічний опір виникає під дією сил тертя газу об поверхню розділю­вального елементу в зазорах, сил внутрішнього тертя рухомого газу і інерцій­них сил останнього. Так, як в зазорах має місце ламінарний рух, то перші з цих сил будуть пропорційні швидкості w. Інерційні сили пропорційні w², а сили внутрішнього тертя пропорційні швидкості w, що взята в деякій степені. Об’єднуючи для простоти останні дві сили і враховуючи це відповідним показником k (який знаходиться в межах 1,5 - 2 степені швидкості w, можна записати N_r = (bw + +cw^k) w.

Підставляючи ці значення N_М і N_Г у рівняння N_о і маючи на увазі, що N_Д =N_о, отримаємо:

QDp_е= (a + a₁Dp_е + bw + cw^k)w. (6.21)

З похибкою не більше плюс/мінус 0,5 ­­до 2 % Q = nV_o . Крім того, w = k₁n, де k₁ – коефіцієнт пропорційності.

Підставляючи ці значення Q і w в попереднє рівняння, знайдемо залежність Dp_е від n:

Dp_е = А + Вn + Cn^k,

де

; ; .

Виходячи із закону Пуазейля для ламінарного руху, напишемо вираз для протікання q через зазори:

, (6.21)

де b_i, h_i, l_i – довжина, товщина і глибина кожного зазору; – величина, постійна для даного приладу і даного газу.

Роторні лічильники призначені для вимірювання об’єму газу під час витра­тах до 3000 м³/год. Вони відрізняються від лічильників газу інших типів мен­ши­ми габаритними розмірами під час тих самих межах вимірювань і нечутливістю до перевантажень. До недоліків роторних лічильників відносяться підвищені оберти лопастних поршнів і, як наслідок, інтенсивне зношування робочих органів.