Весовой способ измерения расхода жидкости

Методы измерения расхода жидкости

Расход — количество жидкости, проносимое потоком сквозь живое сечение в единицу времени.

Количеством жидкости можно считать массу, тогда расход называют массовым и измеряют в кг/с, или объем, в этом случае расход называют объемным и измеряют в м₃/c или л/мин.

Если плотность жидкости считать постоянной, то связать массу и объем не составит труда:

m= ρV

• где m — масса
• V — объем
• ρ — плотность

Используя эту зависимость можно легко связать массовый и объемный расходы.

Измерительные приборы позволяют определить массовый или объемный расход. Рассмотрим наиболее известные методы измерения расхода жидкости.

Объемный способ измерения расхода

Поток жидкости направляется в мерную емкость, на которую нанесена шкала.

Фиксируется время за которое жидкость наполнит емкость до некоторой отметки. Зная геометрические размеры емкости можно определить какой объем был заполнен жидкостью и вычислить объемный расход.

Погрешности измерения объемным способом

В связи с тем, что измерения производятся визуально с ручной фиксацией времени, погрешности объемного способа измерения расхода связаны с неточностью измерения времени, величины заполнения емкости (по линейке). Кроме того, объем жидкости зависит от температуры, поэтому нагрев или охлаждение жидкости могут влиять на показания при измерениях.

Весовой способ измерения расхода жидкости

Жидкость поступает в мерную емкость установленную на весах.

Если зафиксировать время, за которое масса жидкости достигнет установленной величины, то можно определить массовый расход.

Погрешность измерения зависит от точности измерения времени наполнения мерной емкости. Масса жидкости от температуры не меняется, поэтому погрешностей, связанных с нагревом или охлаждением, в данном случае, не будет.

Механические способы определения расхода

При механическом способе измерения расхода фиксируется частота вращения подвижного элемента — турбины, крыльчатки и т.п. Для этого одну или несколько лопаток турбины могут быть изготовлены из немагнитного материала, а другие — из магнитного.

Расходомер вытеснительного типа

При данном способе измерения фиксируется время, за которое жидкость заполняет заданный объем вытесняя подвижный элемент. Для этого может быть использован гидроцилиндр, гидромотор.

Рассмотрим данный способ измерения не примере расходомера с вращающимися кулачками.

Жидкость поступает в полость расходомер, воздействует на кулачки, заставляя их вращаться. Зная объем рабочей камеры и частоту вращения кулачков можно легко вычислить расход рабочей жидкости.

Погрешности при измерениях расходомерами вытеснительного типа

Погрешности связаны с трением между подвижными деталями, перетечками жидкости.

Турбинный расходомер

Турбина установлена в цилиндрическом корпусе.

При прохождении потока жидкость турбина будет вращаться, причем чем выше расход тем быстрее будет вращаться турбина. При прохождении лопатки увеличивается индуктивность. С помощью этого фиксируется скорость вращения турбины. Произведя тарировку прибора, можно будет судить о расходе жидкости зная частоту вращения турбины.

К турбинным расходомерам относят и мировертушки.

Погрешности при измерении расхода с помощью турбинного расходомера

Основными факторами влияющими на погрешность измерения в данном случае будут:

• Силы трения;
• Инерционность подвижных частей;
• Стекание жидкости на малых расходах.

Определение расхода по перепаду давления

Потери давления зависят от скорости движения жидкости в трубопроводе, а скорость, в свою очередь зависит от расхода и диаметра трубопровода. Получается, что, зная потери давления на трубопроводе, можно судить о скорости движения жидкости о расходе.

Измерение расхода с помощью диафрагмы

В трубопроводе установлена тонкая пластина с небольшим отверстием — диафрагма. С помощью датчиков давления или манометра фиксируются давление перед диафрагмой и за ней. Определить расход можно по перепаду давления на диафрагме.

Погрешности измерения могут быть связаны с изменением профиля проходного сечения диафрагмы, вызванного зарастанием отверстия или сглаживанием кромок.

Ультразвуковой способ определения расхода

Два ультразвуковых приемника (передатчика) установлены на противоположных поверхностях.

Скорость течения жидкости будет влиять на время прохождения ультразвукового импульса через поток жидкости. Зная диаметр трубы можно вычислить расход жидкости.

Вихревой способ определения расхода жидкости

Вихревой расходомер представляет собой трубу, в которой установлено плохо обтекаемое тело. При обтекании этого объекта жидкостью образуются вихри. Причем частота генерируемых вихрей будет пропорциональна расходу. Для регистрации измерений может использоваться ультразвуковой излучатель с приемником. Вихри, образовавшиеся при обтекании телка, оказывают воздействие на ультразвуковую волну, изменяя ее амплитуду, это фиксируется приемником. Полученные данные могут быть интерпретированы в значение расхода жидкости.

Термоанемометрический способ измерения расхода

Расходомер представляет собой тонкую проволоку помещенную в поток. Через проволоку проходит электрический ток, что вызывает ее нагрев, до величины, которая определяется скоростью теплопотерь.

На величину потерь тепла влияет скорость течения жидкости, а значит и ее расход.

Источник

Расход и средняя скорость течения жидкости

Рассмотрим стационарное течение жидкости на участках с плавной изменяемостью движения.

Массовый, объемный и весовой расход

Расход потока — это количество жидкости, проносимое потоком сквозь живое сечение за единицу времени.

Q=V×A где Q — объемный расход, А — площадь живого сечения.

Поскольку количество жидкости может измеряться в единицах объема, массы, веса различают:

• массовый расход m, кг/с
• объемный расход Q, л/с, м 3 /с
• весовой расход G, H/c

Формула связи весового, массового и объемного расхода:

При отсутствии притока и оттока жидкости, согласно уравнению неразрывности, расход несжимаемой жидкости остается постоянным.

Объемный способ измерения расхода

Доступным и точным методом измерения расхода является объемный способ, в котором фиксируется время наполнения нормированной емкости.

В системе СИ расход измеряют в м 3 /с, при нормировании характеристик устройств часто используют величину л/мин, для пересчета величин используйте калькулятор единиц измерения расхода, представленный на нашем сайте.

Средняя скорость потока

Среднюю скорость можно определить используя зависимость:

Если рассматривать поток, как множество элементарных струек, то следует понимать, что скорость движения жидкости в каждом из потоков может отличаться от среднего значения. Средняя скорость — это абстрактное понятие, которое дает возможность рассматривать поток, как единое целое. Такой подход позволяет решить множество инженерных задач при движении жидкости в трубопроводах, каналах и т.д.

Рассчитать скорость при известных значениях расхода и площади можно с помощью калькулятора скорости потока жидкости.

Источник

Способ измерения весового расхода жидкости

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских боциалистических

Зависимое от авт. свидетельства ¹

Заявлено 02.Ч11,1968 (№ 1255861/18-10) с присоединением заявки ¹

УДК 681.121(088.8) Комитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров

Опубликовано 03.Х11.1969. Бюллетень ¹ 1 за 1970

Дата опубликования описания 12Х.!970

Е. Г. Головня и О. Д. Черепов

Алтайский политехнический институт имени И. И. Ползунова

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ВЕСОВОГО РАСХОДА ЖИДКОСТИ

Изобретение относится к области измерения расхода топлива при испытаниях двигателей внутреннего сгорания и может быть реализовано на двигателестроительных заводах, а также в лабораториях, занимающихся испытанием двигателей внутреннего сгорания.

Известен способ замера весового расхода, заключающийся в том, что в мерный бак, установленный на чаше весов, заливается некоторое количество жидкости, большее, чем уравновешивающий груз на противоположной чаше. Жидкость расходуется через питательную трубку, опущенную в мерный бак. В момент прохождения чашами весов определенного положения, например положения равновесия, включается хронометр, а затем с уравновешивающей чаши снимается мерный груз.

После израсходования количества топлива, соответствующего весу гири, весы снова проходят это же положение, и в этот момент хронометр выключается. По времени расходования этой порции топлива определяется расход.

По этому способу в начале и в конце замера питательная трубка и другие части, погруженные в жидкость, имеют разную величину погружения, что вызывает разную по величине в начале и в конце замера выталкивающую силу, а следовательно, и реакцию на чашу весов. Поэтому такой способ имеет ограниченную точность, определяемую соотношением площади поперечного сечения трубки и других погруженных частей, с одной стороны, и величины площади свободной поверхности жидкости, с другой.

5 По предлагаемому способу для устранения влияния на результаты замера реакций сил гидростатического давления, действующих со стороны питательной трубки и других погруженных частей на жидкость, после начала от10 счета времени, соответствующего моменту прохождения некоторого определенного положения чашами весов, непосредственно в жидкость, находящуюся в мерном баке, опускают плавающий груз, при этом уровень жидкости

15 повышается на величину, соответствующую количеству жидкости, вытесненной плавающим грузом, т. е. ее весу. По мере расходования жидкости уровень ее понижается, а когда он достигнет отметки, соответствующей началу

20 замера, чаши весов будут находиться в таком же положении, что и в момент начала отсчета.

Это положение соответствует концу отсчета.

Способ осуществляется следующим образом.

Перед началом замера мерный бак, уста25 новленный на весы, заполняется жидкостью, и поступление жидкости из питательного бака прекращается. В период замера жидкость расходуется непосредственно из мерного бака.

В момент прохождения чашами весов некото>0 рого определенного положения, например по258647

Техред А. А. Камышникова Корректор Л. И. Гаврилова

Редактор Т. Иванова

Заказ i018I7 Тираж 500 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2 ложения равновесия, включают хронометр.

После этого опускают в жидкость мерного бака плавающий груз, вес которого равен весу жидкости, по времени расходования которой определяется величина расхода. Плавающий груз вытесняет некоторый объем жидкости, и уровень в мерном баке поднимается. После израсходования количества жидкости, соответствующего весу груза, уровень жидкости опускается до уровня, соответствующего началу замера, и в этот момент чаши весов займут такое же положение, как и в начале отсчета.

При прохождении весами этого положения хронометр останавливается. По весу груза и времени расходования жидкости определяют ее расход.

Таким образом, уровень погружения трубок и других частей в жидкость в момент замера времени (начало и конец замера) будет одинаковым, а следовательно, и силовое воздействие погруженных частей, передаваемое через жидкость на весы, будет одинаковым в начале и конце замера.

Способ измерения весового расхода жидкости путем взвешивания ее и измерения времени расходования с использованием уравновешивающего мерного груза, отличающийся тем, 10 что, с целью исключения влияния на результаты замера сил гидростатического давления, действующих со стороны питательной трубки и других погруженных частей, в момент начала отсчета времени, соответствующий мо15 менту прохождения чашами весов определенного положения, например положения равновесия, в жидкость, находящуюся в мерном баке, опускают мерный груз и кончают отсчет времени в момент прохождения чашами весов

20 положения, соответствующего началу отсчета.

Источник

ИЗМЕРЕНИЕ РАСХОДА ЖИДКОСТЕЙ

Целью работы является приобретение навыков по использованию двух типов расходомеров, применяемых для измерения расхода жидкостей – расходомера с переменным перепадом давления (сужающего устройства с дифференциальным манометром) и расходомера с постоянным перепадом давления (ротаметра).

В промышленных и лабораторных условиях одной из важнейших является задача измерения расхода – количества вещества, проходящего в единицу времени через трубопровод или канал.

Массовый расход выражается в единицах массы за единицу времени (кг/c, т/ч). Объемный расход выражается в единицах объема за единицу времени (м 3 /с, л/ч).

Известно более десятка надежных методов измерения расхода. Наиболее широко распространены следующие:

– по перепaду давления на сужающем устройстве (расходомерная диафрагма, сопло, сопло Вентури);

– по высоте поднятия поплавка потоком в вертикальной конической трубке (ротаметр);

– по частоте вращения турбинки или крыльчатки, которые устанавливаются непоcрeдственно в поток (тахометрический расходомер);

– по величине ЭДС, возникающей в проводящей жидкости при ее движении в магнитном поле (электромагнитный расходомер).

Определенным преимуществом первых двух указанных методов является возможность измерения расхода без применения электронных преобразователей. Выпускаются также модификации соответствующих типов расходомеров, обеспечивающие дистанционную передачу показаний в электронном виде.

Более подробно с методами измерения расхода и разными типами расходомеров можно ознакомиться в справочнике [1]. Измерение расхода по перепаду давления на сужающем устройстве

На рис. 1.1 показано сужающее устройство в виде участка трубопровода с установленной в нем расходомерной диафрагмой.

Рис. 1.1 Схема установки расходомерной диафрагмы в трубопровод

1 –участок трубопровода; 2 – сужающее устройство;
3 – трубки отбора давления.

Диафрагма представляет собой тонкий диск c круглым центральным отверстием, которое имеет диаметр и площадь . Трубопровод имеет внутренний диаметр и площадь сечения . До некоторого сечения A поток остается невозмущенным и движется со средней скоростью .

Сужение потока начинается перед диафрагмой и продолжается за диафрагмой до некоторого сечения B, где поток достигает максимального сужения. Далее пoтoк постепенно расширяется до полного сечения трyбопровода.

В соответствии с законом сохранения энергии, в суженном сечении скорость потока увеличивается за счет перехода части потенциальной энергии давления в кинетическую. В результате статическое давление в суженном сечении становится меньше статического давления перед сужающим устройством. Разность (перепад) статических давлений зависит от расхода.

Отбор статических давлений и осуществляется с помощью двух отверстий в трубопроводе, расположенных непосредственно до и после диска диафрагмы. Перепад давлений измеряется с помощью дифференциального манометра.

Штриховыми линиями на рис. 1.1 показаны линии тока основного течения. В угловых зонах между стенками трубопровода и диафрагмой возникают застойные области, в которых образуются вторичные вихревые течения (их линии тока на рисунке не показаны).

Установлено [2], что для несжимаемой жидкости массовый
расход связан с перепадом давления на диафрагме выражением

, (1.1)

где – массовый расход жидкости, кг/с;

– перепад давлений на диафрагме, Па;

– плотность жидкости, кг/м 3 ;

– проходное сечение диафрагмы, м 2 ;

– диаметр отверстия в диафрагме, м;

– коэффициент расхода (безразмерный).

В общем виде коэффициент расхода выражается функциональной зависимостью

, (1.2)

где – относительная площадь сужающего устройства;

– проходное сечение трубопровода, м 2 ;

– диаметр трубопровода, м;

– число Рейнольдса;

– средняя по сечению трубопровода скорость потока, м/с;

– кинематический коэффициент вязкости, м 2 /с.

Если среднюю скорость потока выразить через массовый расход, то формула для числа Рейнольдса запишется в виде

, (1.3)

где – динамический коэффициент вязкости, Па×с.

Для диафрагм при фиксированном значении коэффициент расхода с ростом числа Рейнольдса монотонно падает, стремясь к некоторому асимптотическому значению.

Существуют стандартные сужающие устройства, при изготовлении и применении которых должны соблюдаться определенные требования. Для стандартных устройств зависимости типа (1.2) известны [2], поэтому коэффициенты расхода могут быть определены расчетным путем, с заранее известной погрешностью.

Стандартные расходомерные диафрагмы могут применяться в трубопроводах диаметром 50 мм. Если же диаметр трубопровода меньше 50 мм, то требуется индивидуальная градуировка коэффициента расхода и проверка его зависимости от числа Рейнольдса.

Измерение расхода жидкости ротаметром

Ротаметры предназначены для измерения объемного расхода однородных потоков жидкостей и газов. Схема ротаметра показана на рис. 1.2.

Ротаметр представляет собой конyсную стеклянную трубку, расположенную вертикально, внутри которой находится поплавок. Между поплавком и внутренней поверхностью конусной трубки образуется кольцевой зазор, площадь которого зависит от высоты поплавка. Поток жидкости или газа протекает снизу вверх, создавая перепад давления на кольцевом зазоре, как на сужающем устройстве.

На поплавок действует подъемная сила, в создании которой участвует не только перепад давлений, но также силы вязкого трения, действующие на боковую поверхность поплавка при протекании потока в кольцевом зазоре, сила гидростатического выталкивания (архимедова сила) и динамический напор набегающего потока. Вес поплавка всегда уравновешивается суммарной подъемной силой. Каждому положению поплавка соответствует определенное значение расхода.

Оказывается, что при изменении расхода поплавок стремится занять положение, при котором перепад давлений на кольцевом зазоре сохраняется. Фактически можно считать, что сохраняется перепад давления между близкими к поплавку сечениями A и B.

Для снятия показаний ротаметра на стеклянной конусной трубке наносится равномерная условная шкала. В качестве указателя положения поплавка относительно шкалы служит верхняя горизонтальная плоскость самого поплавка.

На предприятиях, выпускающих ротаметры, последние индивидуально градуируются. Ротаметры поставляются с паспортом, в котором имеется таблица градуировки, связывающая условную шкалу с конкретными значениями расхода.

Жидкостные ротаметры градуируются по воде, и в паспорте приводится температура, при которой проводилась градуировка, а также плотность и вязкость воды. В случае использования других жидкостей таблица градуировки пересчитывается по известной методике с учетом изменения плотности и вязкости жидкости.

1.3 Описание лабораторного гидростенда

На рис. 1.3 приведена схема лабораторного гидростенда, предназначенного для испытаний расходомерных устройств. В состав гидростенда входят два ротаметра и одно сужающее устройство. Ротаметры однотипные, но имеют разные пределы измерений. Вода поступает из напорной магистрали через входной вентиль и фильтр.

Рис. 1.3. Схема лабораторного гидростенда.

1 – основной регулировочный вентиль; 2 – вентиль-ограничитель; 3,4,5 – запорные вентили расходомеров; 6 – вентиль-регулятор; 7 – ниппель; 8 –мерная кружка; 9,10 – сливная воронка.

Необходимый расход устанавливается основным регулировочным вентилем 1. Вспомогательный вентиль 2 служит для ограничения максимального расхода. Для включения или выключения рабочего режима расходомеров служат запорные вентили 3, 4 и 5. Если какой-либо из этих вентилей полностью закрыт, то весь поток воды направляется в обход него через соответствующий расходомер – обеспечивается рабочий режим измерений. Если наоборот, какой-либо из этих вентилей открыт, то он шунтирует свой расходомер, при этом почти весь поток проходит через вентиль, минуя расходомер – последний считается выключенным.

Далее весь поток сливается через ниппель 7 в мерную кружку 8 или просто в сливную воронку 9. Мерная кружка используется, если требуется измерить массовый расход воды весовым способом.

Для измерения перепада давления на диафрагме служит дифференциальный манометр (дифманометр). Нижние концы трубок дифманометра подключены к отборам статических давлений и . Верхние концы трубок дифманометра открыты, сообщаются с атмосферой и расположены над воронкой 10, которая в случае перелива направляет воду в сливную магистраль. Разность уровней воды в трубках дифманометра измеряется по линейке, проложенной между трубками.

На выходе из сужающего устройства установлен регулирующий вентиль 6, с помощью которого можно изменять средний уровень водяных столбов в дифманометре. Кроме того, если в рабочем режиме этот вентиль закрыть, то весь поток воды направится через отборы давлений по трубкам дифманометра на перелив, унося с собой загрязнения и пузырьки воздуха.

Ниже приводятся основные параметры сужающего устройства и ротаметров, установленных на гидростенде.

Сужающее устройство.

Диаметр отверстия в диафрагме, = 4,4 мм.

Диаметр трубопровода, = 7,9 мм.

Ротаметры.

На лабораторном гидростенде установлены жидкостные ротаметры
типов РМ–4–0,16 ЖУ3 и РМ–4–0,25 ЖУ3 с номинальными пределами
измерений 0,16 и 0,25 м 3 /ч соответственно.

В табл. 1.1 приводятся индивидуальные заводские градуировки ротаметров, выполненые при температуре воды 18 ºС.

Т а б л и ц а 1.1

Заводские градуировки ротаметров

РМ–4–0,16 ЖУ3 20 46 76 107 140 171 РМ–4–0,25 ЖУ3 41 80 121 161 209 259

Допускаемая основная погрешность ротаметров составляет ±2,5% от номинальных пределов измерений.

Дополнительная погрешность не превышает половины основной допускаемой погрешности на каждые 10 ºС изменения температуры воды.

1.4 Проведение работы

В лабораторной работе необходимо выполнить градуировку сужающего устройства и одного из ротаметров (по указанию преподавателя).

Для измерения расхода на гидростенде в качестве образцового применяется весовой способ. Для этого используются мерная кружка, лабораторные весы и секундомер.

В установившемся рабочем режиме измерения пустая мерная кружка подставляется под струю слива из ниппеля с одновременной фиксацией по секундомеру начального момента времени. После заполнения водой кружка убирается из-под струи с одновременной фиксацией конечного момента времени. Масса собранной воды определяется как разность масс полной и пустой кружки.

Массовый расход рассчитывается по формуле ,

где – масса собранной воды, кг;

– интервал времени заполнения кружки, с.

Источник