Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Измерение скоростного напора и расхода жидкости




Для измерения скоростного напора используют специальные напорные трубки (трубки Пито). Изогнутая под углом 900 трубка устанавливается в определенной точке трубопровода или канала устьем навстречу потоку (рис. 5.13). Впервые в 1732 г. для измерения скорости воды в реке использовал французский ученый Пито*. Движущиеся частицы потока жидкости сталкиваются с неподвижными частицами в устье трубки Пито и их кинетическая энергия превращается в энергию давления. В результате жидкость в трубке поднимается на величину скоростного напора u2/(2g): в открытом русле

______

*Пито Анри — французский геометр и инженер-гидравлик (1695—1771). Он возвел в Южной Франции многие общественные гидравлические сооружения. Избран в члены Парижской академии наук в 1724 г. и Лондонского Королевского общества в 1740 г.

 

относительно свободной поверхности потока (рис. 5.13, а), в напорном трубопроводе – относительно пьезометрического напора hпз= р/(ρg) (рис. 5.13, б). Комбинированный прибор, включающий трубку Пито и пьезометр, называется трубкой Прандтля (рис. 5.14). Она представляет собой изогнутую под углом 900 внешнюю трубку 1, в которой находится внутренняя центральная трубка 2. Центральная трубка 2 (трубка Пито) измеряет полный напор Н=р2/(ρg), а внешняя трубка, в которой имеются боковые отверстия 3 – пьезометрический напор hпз= р1/(ρg). Тогда скоростной напор u2/(2g) будет равен:

 

(5.43)

Из уравнения (5.43) несложно найти скорость жидкости в точке установки данного прибора:

 

(5.44)

 

Для автоматизированной обработки результатов замеров можно использовать схему, приведенную на рис. 5.8. При этом датчики давления устанавливаются на выходе трубок 1 и 2 (рис. 5.14).

К настоящему времени разработаны различные приборы для измерения скорости жидкости и газа, в которых использованы иные физические принципы: термоанемометры, доплеровские измерители.

Принцип действия термоанемометра основан на зависимости между количеством тепла, отдаваемым каким-либо нагретым телом, и скоростью потока жидкости или газа, в котором это тело находится.

Первичный преобразователь (термонить) 1 устанавливается в специальном патроне 3, который помещается в нужную точку потока (рис. 5.15). При изменении скорости потока из-за конвективного теплообмена изменятся сопротивление нити и, соответственно, электрический ток, проходящий через эту нить. Для учета изменения температуры потока служит термопара 2. Информация с термонити 1 и термопары 2 в виде электрических сигналов поступает в устройство сбора данных 4, а затем в компьютер 5, где с помощью специальной программы производится обработка данных и на экран монитора выводится информация о скорости потока жидкости или газа. Приемник термоанемометра (термонить) обычно выполняется из платиновой проволоки диаметром 0,005—0,3 мм и длиной 3-10 мм. Температура термонити должна быть по возможности высокой, так как при этом повышается чувствительность первичного преобразователя, а также и уменьшается влияние колебаний температуры потока. Поэтому температура нагрева нити обычно лежит в интервале 400…500 0С.

Принцип действия доплеровского измерителя основан на использовании эффекта Доплера, согласно которому, частота принятого сигнала, отражённого от движущегося объекта отличается от частоты излучённого сигнала, а разница частот зависит от соотношения скоростей излучателя и данного объекта. В доплеровских измерителях используют следующие виды излучения: радиоволны, свет, ультразвук. Для измерения скорости жидкости в качестве излучателей, как правило, используют лазеры.

Первыми устройствами для измерения расхода жидкости и газа были сужения, встраиваемые в трубопровод. На рис. 5.16 приведены схемы водомера Вентури. рассмотрим его принцип действия, для чего составим уравнение Бернулли для сечений 1-1 и 2-2 с учетом того, что z1= z2:

 

(5.45)

 

где hм – потеря напора в местном сопротивлении между сечениями 1-1 и 2-2.

Учитывая, что

 

а

 

определим из уравнения (5.45) u2:

(5.46)

 

Величина

 

 

называется постоянной водомера Вентури. Тогда

 

(5.47)

 

Зная u2 достаточно просто можно определить расход:

 

 

(5.48)

Таким образом, водомер Вентури позволяет определить, как расход, так и среднюю скорость жидкости. Если в сечениях 1-1 и 2-2 установить датчики давления и собрать устройство, приведенное на рис. 5.8, то можно автоматизировать сбор информации и учет расхода жидкости и газа.

Принцип действия диафрагмы (рис. 5.17) такой же, как и водомера Вентури, поэтому полученные уравнения (5.47) и (5.48) справедливы и для диафрагмы. При этом численное значение постоянной диафрагмы сд будет отличным от свн.

Ультразвуковые расходомеры. Ультразвуковой расходомер содержит излучатель 2 и два приемника 3 и 4 ультразвуковых сигналов, которые устанавливаются на трубопровод 1 (рис. 5.18). Принцип действия основан на том, звуковой импульс от излучателя 2, идущий к приемнику 4, имеет меньшую скорость, чем импульс, идущий к приемнику 3, что связано Первый принятый импульс имеет общую скорость распространения равную скорости звука минус соответствующая составляющая скорости течения жидкости u, а второй импульс будет иметь большую скорость (на величину данной составляющей скорости течения). Разница во времени прохождения импульсов пропорциональна средней скорости потока и с помощью современных цифровых технологий преоразуется в показание расхода.

Электромагнитные расходомеры. Принцип действия электромагнитных расходомеров основан на использовании закона электромагнитной индукции Фарадея, согласно которому, в проводнике, движущемся в магнитном поле, будет возникать электродвижущая сила (э. д. с), пропорциональная скорости движения проводника. Роль проводника выполняет электропроводная жидкость, протекающая по трубопроводу 1 и пересекающая магнитное поле с индукцией Вэ электромагнита 2 (рис. 5.19). При этом в жидкости будет наводиться э. д. с. U, пропорциональная средней скорости ее движения и, соответственно, расходу жидкости. Выходной сигнал такого первичного преобразователя снимается двумя изолированными электродами 3 и 4, установленными в стенке трубопровода. Электромагнитные расходомеры могут измерять расход только проводящих электрический ток жидкостей и применяются там, где необходимы точные измерения и минимальное обслуживание.

Турбинные расходомеры. В таких расходомерах измеряемый поток приводит в движение осевую турбинку, скорость вращения которой пропорциональна расходу Q. Конструктивные исполнения расходомера могут быть различными. например, корпус расходомероа изготавливают из немагнитного материала, а у одной из специальных лопастей турбинки кромку выполняют из ферромагнитного материала. Снаружи на корпусе устанавливают счетчик импульсов, которые возникают при прохождении специальной лопасти возле первичного преобразователя счетчика (например, дифференциально-трансформаторный преобразователь). Частота импульсов пропорциональной расходу Q.

 

 

 







Дата добавления: 2014-10-29; просмотров: 1765. Нарушение авторских прав

codlug.info - Студопедия - 2014-2017 год . (0.009 сек.) русская версия | украинская версия