Метод переменного перепада давлений основан на использовании сужающего устройства (диафрагма, сопло, труба Вентури и т.п.), создающего перепад давления, измеряемый дифференциальным манометром прямого или уравновешивающего преобразования.
Объемный Qo и массовый QM расходы выражаются соответственно формулами:
.files/image754.gif)
(1)
.files/image756.gif)
(2)
где Dp измеряются в паскалях.
В большинстве технических расчетов применяютне секундный, а часовой расход. Измерять же диаметр d удобнее в миллиметрах, а не метрах. С учетом вышеизложенного получим следующие выражения для Qм (кг/ч) и Qо (м3/ч):
.files/image758.gif)
(3)
где F0 — площадь отверстия сужающего устройства; a — его коэффициент расхода; (p1-p2) — перепад давлений; r — плотность вещества.
Для получения линейной зависимости между показаниями расходомера и измеряемым расходом перепад давлений используют дополнительное устройство – блок извлечения корня (БИК) или выполняют математические преобразования после преобразования аналового сигнала в цифровой код.
Измеряют расход, например, при помощи дифференциального манометра с ферродинамическим обратным преобразователем, уравновешивающая сила которого пропорциональна квадрату тока в его обмотках.
Более точными являются расходомеры, в которых разность давлений, создаваемая сужающим устройством, уравновешивается давлением, создаваемым компрессором. Поскольку давление, развиваемое компрессором, пропорционально квадрату частоты вращения его ротора, то частота вращения двигателя, измеряемая тахометром, скорость вращения которого пропорциональна расходу, а общее число оборотов ротора, определяемое счетчиком, указывает на количество вещества, прошедшего через трубопровод.
Метод переменного перепада давлений является одним из наиболее распространенных методов измерения расхода жидких и газообразных веществ, находящихся при давлениях до 100 МПа и температурах до нескольких сотен градусов. Метод позволяет независимо градуировать сужающие устройства и дифференциальные манометры.
В зависимости от принципа действия преобразователя расхода данные расходомеры подразделяются на шесть самостоятельных групп, внутри которых имеются конструктивные разновидности преобразователей.
1) Расходомеры с сужающими устройствами — важнейшие среди расходомеров переменного перепада давления и уже давно нашли применение в качестве основных промышленных приборов для измерения расхода жидкости, газа и пара. Они основаны на зависимости от расхода перепада давления, создаваемого сужающим устройством, в результате которого происходит преобразование части потенциальной энергии потока в кинетическую. Имеется много разновидностей сужающих устройств. Так, на рис. 2, а и б показаны стандартные диафрагмы, на рис. 2, в — стандартное сопло, на рис. 2, г, д, е — диафрагмы для измерения загрязненных веществ — сегментная, эксцентричная и кольцевая. На следующих семи позициях рис. 2 показаны сужающие устройства, применяемые при малых числах Рейнольдса (для веществ с большой вязкостью); так, на рис. 2, ж, з, и изображены диафрагмы — двойная, с входным конусом, с двойным конусом, а на рис. 2, к, л. м, н — разновидности сопла: полукруг, четверть круга, комбинированное и цилиндрическое.
.files/image760.jpg)
На рис. 2, о изображена диафрагма с переменной площадью отверстия, автоматически компенсирующая влияние изменения давления и температуры вещества.
На рис. 2, п, р, с, т приведены расходомерные трубы — труба Вентури, сопло Вентури, труба Далла и сопло Вентури с двойным сужением. Для них характерна очень малая потеря давления.
.files/image762.jpg)
2) Расходомеры с гидравлическим сопротивлением основаны на зависимости от расхода перепада давления, создаваемого гидравлическим сопротивлением. Режим потока в таком сопротивлении стремятся создать ламинарным, с тем чтобы перепад давления был бы пропорционален расходу. Применяются подобные расходомеры преимущественно для измерения малых расходов, когда сопротивлением является одна или несколько капиллярных трубок (рис. 2, у). Для больших расходов применяют иногда сопротивления с шариковой (рис. 2, ф) или другой набивкой.
.files/image764.jpg)
3) Центробежные расходомеры созданы на основе зависимости от расхода перепада давления, образующегося в закруглении трубопровода в результате действия центробежной силы в потоке. В качестве преобразователей применяется колено (рис. 2, x) или (значительно реже) кольцевой участок трубы (рис. 2, ц). Чаще всего они служат для измерения расхода воды и реже — газа.
.files/image766.jpg)
4) Расходомеры с напорным устройством, в котором создается перепад давления в зависимости от расхода в результате местного перехода кинетической энергии струи в потенциальную. На рис. 2, ч показан преобразователь, состоящий из трубки Пито и трубки для отбора статического давления, а на рис. 2, ш — преобразователь с дифференциальной трубкой Пито, в которой имеются отверстия для отбора полного и статического давлений. Кроме этих преобразователей, служащих для измерения местной скорости, встречаются преобразователи с осредняющими (или интегрирующими) напорными трубками. Обычно усреднение полного давления ведется по диаметру (рис. 2, щ) или по радиусу, а при сильно деформированных потоках — по двум перпендикулярным диаметрам. В соответствующих трубках имеется ряд отверстий для приема полного давления.
.files/image768.jpg)
Использование осредняющих напорных трубок особенно целесообразно для измерения расхода воды и газа в трубопроводах большого диаметра. Кроме того, предложены кольцевая вставка (рис. 2, э) для усреднения давления по кольцевой площади и напорное поворотное крыло с двумя отверстиями (рис. 2, ю), ориентированными различным образом к потоку.
.files/image770.jpg)
.files/image772.jpg)
5) Расходомеры с напорным усилителем имеют преобразователь расхода, в котором сочетаются напорное и сужающее устройство. Перепад давления в них создается как в результате местного перехода кинетической энергии струи в потенциальную, так и частичного перехода потенциальной энергии в кинетическую. Соответствующие преобразователи показаны: на рис. 2, я (сочетание диафрагмы и трубки Пито), на рис. 2, a (комбинация трубок Пито и Вентури) и на рис. 1, b (сдвоенная трубка Вентури).
.files/image774.jpg)
Напорные усилители применяются в основном при небольших скоростях газовых потоков, когда перепад давления, создаваемый напорными трубками,не достаточен.
6) Расходомеры ударно-струйные основаны на зависимости от расхода перепада давления, возникающего при ударе струи. Струя, вытекающая из суженного отверстия входной трубки, создает давление p1 во внутренней полости сильфона, снаружи которого действует меньшее давление p2, равное давлению уходящей жидкости в выходной трубке. Ударно-струйные расходомеры применяются лишь для измерения малых расходов жидкости и газа.
