Вещества на основе метода переменного перепада

В настоящее время в отечественной технике и медицине, в большинстве случаев, применяются измерители и преобразователи расхода, основанные на методе переменного перепада. При этом в качестве приемника расхода (расходомерной трубки) используются трубки

Флейша (рис.2) или трубки Лилля, отличающиеся линейной зави-

Рис. 2. Общий вид трубок Флейша

симостью перепада давления от измеряемого расхода. Кроме того, применяются сужающие устройства, выполненные в виде сопел и трубок Вентури, реализованные на основе эффекта дросселирования, или трубки Пито, реализованные на основе эффекта торможения.

Отличительной особенностью этих устройств является нелинейность функции преобразования. Информативным параметром в измерительных устройствах, реализующих этот метод, является перепад давления на сужающем устройстве или динамический напор, поступающий от трубки Пито.

Вывод уравнения измерения для первичного преобразователя расхода и скорости на основе метода переменного перепада можно выполнить на основе следующей модели течения потока вещества на измерительном участке трубопровода как показано на рис. 3.

Для сечений I-I можно записать уравнение Бернулли

(4)

уравнение неразрывности струн

. (5)

Учитывая несжимаемость жидкостей и r₁=r₂=r

Þ . (6)

Умножим в (6) v ₂ на F ₂ и получим

. (7)

Практически для измерения Q _v отбор давления осуществляется у торцов сужающего устройства, и в расчет принимают не F ₂ (площадь поперечного сечения потока), а площадь сужающего устройства F ₀. Кроме того, формула (7) не учитывает неравномерность распределения скорости по сечению и потери на трение D р _x.

Если все это учесть, то формула (7) принимает вид

, (8)

где F ₀ – площадь отверстия СУ; D р – перепад давления у торцов СУ.

(9)

. (10)

Если учитывать сжимаемость жидкости (чаще газа), то

, (11)

[кг³/час] (12)

для пульсирующих потоков

, (13)

где F ₁ и F ₂ площади поперечного сечения сопла на расстоянии x и x +D x от входа соответственно.

, (14)

где [D р ] = кгc/м³,(a - коэффициент расхода).

Сужающее устройство (СУ) не может охватить все диапазоны и все виды рабочих веществ при измерении расхода. В частности их нельзя применять при измерении малых расходов жидкостей и газов. Ограничения на применение СУ определяются границами постоянства a.

a = f(m, остроты кромки, состояние внутренних поверхностей трубопровода).

, (15)

где d – диаметр диафрагмы; D – диаметр трубопровода.

Лучшие результаты дает сопло с профилем “четверть круга”: a = const при m =0,05 –0,49.

Для оперативного контроля и управления (регулирования) расхода жидкой или газовой среды, как правило, измеряется мгновенное значение расхода. Для его измерения наиболее часто используют метод переменного перепада (МПП), который часто реализуется при использовании вторичного преобразователя дифманометра, для измерения пневматического сигнала в пределах от 20 до 100 Па.

При обработке выходного сигнала дифманометра с СУ с целью получения абсолютного значения расхода, наряду с масштабированием требуется выполнение операций извлечения квадратного корня из величины пневматического информативного сигнала. Функция преобразования для СУ

D р=K_GG_m ², (16)

где К_G – коэффициент прямопропорциональности: K_G =1/2r(ae F₀) ² (обозначено: a – коэффициент расхода сужающего устройства, e – коэффициент сжимаемости, F₀ – площадь отверстия сужающего устройства); G_m. – массовый расход.