Витрата - кількість речовини (рідини, пара, газу), що проходить через дане перетин (наприклад, трубопроводу) в одиницю часу. Розрізняють об'ємну витрату, вимірюваний в одиницях об'єму в одиницю часу (м 3 / год, м 3 / с), і масова витрата, вимірюваний в одиницях маси в одиницю часу (кг / с, кг / год, т / год).
Масова витрата можна виміряти опосередковано по об'ємній витраті, враховуючи щільність вимірюваного середовища і вплив на щільність температури і тиску. Дійсно, для сталого потоку об'ємний витрата і масова витрата визначаються виразами:
де А - площа поперечного перерізу потоку; р - щільність вимірюваного середовища; v - середня швидкість в перерізі.
Для отримання порівнянних результатів вимірювань об'ємний витрата газу або пари приводять до стандартних умов.
Прилади, що вимірюють витрату речовини, називають витратомірами. Прилади, що вимірюють кількість речовини, що протікає через дане перетин трубопроводу за деякий проміжок часу, називають лічильниками кількості. При цьому кількість речовини визначається як різниця двох послідовних показань лічильника на початку і кінці цього проміжку часу. Показання лічильника виражаються в одиницях об'єму, рідше - в одиницях маси. Прилад, одночасно вимірює витрата і кількість речовини, називають витратоміром з лічильником. Регулятор потоку вимірює поточне значення витрати, а лічильник виконує інтегрування поточних значень витрати.
Останнім часом межа між лічильниками і витратомірами практично зникає. Витратоміри оснащують засобами для визначення кількості рідини або газу, а лічильники - засобами для визначення витрати, що дозволяє об'єднати лічильники і витратоміри в одну групу приладів - витратоміри.
Пристрій (діафрагма, сопло, напірна трубка), безпосередньо сприймає вимірювана витрата і перетворює його в іншу величину, зручну для вимірювання (наприклад, в перепад тиску), називають перетворювачем витрати.
Витратоміри змінного перепаду тиску
Принцип дії витратомірів цієї групи заснований на залежності перепаду тиску, створюваного нерухомим пристроєм, що встановлюється в трубопроводі, від витрати речовини.
Вимірювання витрати по перепаду тисків на пристрої звуження потоку
При вимірюванні витрати методом змінного перепаду тиску в трубопроводі, по якому протікає среда, встановлюють звуження потоку (СУ), що створює місцеве звуження потоку. Через перехід частини потенційної енергії потоку в кінетичну середня швидкість потоку в звуженому перетині підвищується. В результаті статичний тиск в цьому перерізі стає менше статичного тиску перед СУ. Різниця цих тисків тим більше, чим більше витрата протікає середовища, і, отже, вона може служити мірою витрати. Перепад тиску на СУ (рис. 1, а) дорівнює
де - тиск на вході в звуження потоку; - тиск на виході з нього.
Вимірювання витрати речовини методом змінного перепаду тиску можливо при дотриманні умов:
1) потік речовини заповнює весь поперечний переріз трубопроводу;
2) потік речовини в трубопроводі є практично сталим;
3) фазовий стан речовини, що протікає через СУ, не змінюється (рідина не випаровується; гази, розчинені в рідині, що не десорбируются; пар не конденсується).
Мал. 1. Витратоміри змінного перепаду тиску:
а - структура потоку що проходить через діафрагму; б-розподіл статичного тиску р поблизу діафрагми по довжині трубопроводу; / - звуження потоку (діафрагма); 2 - імпульсні трубки; 3 - -образний дифманометр; - перетин потоку речовини, в якому не позначається рівноваги вплив діафрагми; - перетин потоку речовини в місці його найбільшого стиснення; в - сопло; г - сопло Вентурі
Як звужують пристроїв для вимірювання витрати рідин, газів і пари широко застосовуються стандартні звужують пристрої. До них відносять стандартну діафрагму, сопло ІСА 1932 трубу Вентурі і сопло Вентурі.
Стандартна діафрагма (далі - діафрагма) - диск з круглим отвором, який має гостру прямокутну вхідні кромку.
Сопло ІСА 1932 (далі - сопло) - СУ з круглим отвором, що має на вході плавно звужується ділянку з профілем, утвореним двома сполучаються дугами, що переходить в циліндричний ділянку на виході, званий горловиною (рис. 1, в).
Витратомірного труба Вентурі (далі - труба Вентурі) - СУ з круглим отвором, що має на вході конічний звужується ділянку, що переходить в циліндричний ділянку, з'єднаний на виході з розширюється конічної частиною, званої дифузором.
Вентурі - труба Вентурі з звужується вхідним ділянкою у вигляді сопла ІСА 1932 (рис. 78, г).
Ці найбільш вивчені засоби вимірювання витрати та кількості рідин, газу і пари можуть застосовуватися при будь-яких тисках і температурах вимірюваного середовища.
Встановимо діафрагму в трубопроводі так, щоб центр її отвори знаходився на осі трубопроводу (рис. 1, а). Звуження потоку речовини починається до діафрагми, на деякій відстані за діафрагмою потік досягає свого мінімального перетину. Потім потік поступово розширюється до повного перетину. На рис. 1, б зображено розподіл тисків уздовж стінки трубопроводу (суцільна лінія), а також розподіл тисків по осі трубопроводу (штрихпунктирна лінія). Тиск потоку біля стін трубопроводу після СУ не досягає свого колишнього значення на величину - безповоротної втрати, зумовленої завихреннями, ударом і тертям (витрачається значна частина енергії).
Відбір статичних тисків і можливий за допомогою сполучних імпульсних трубок 2, вставлених в отвори, розташовані до і після діафрагми / (рис. 1, а), а вимір перепаду тиску можливо за допомогою якого-небудь вимірювача перепаду тиску (в даному випадку -образного дифманометра 3).
Сопло (рис. 1, в) конструктивно виготовляється у вигляді насадки з круглим концентричних отвором, що має плавно звужується частина на вході і розвинену частину на виході. Профіль сопла забезпечує практично повне стиснення потоку речовини і тому площа циліндричного отвору сопла може бути прийнята рівною мінімальному перетину потоку, т. Е.. Характер розподілу статичного тиску в соплі по довжині трубопроводу такої ж, як і у діафрагми. Такий же і відбір тисків і до і після сопла, як і у діафрагми.
Сопло Вентурі (рис. 1, г) конструктивно складається з циліндричного вхідного ділянки; плавно звужується частини, переходить в короткий циліндричний ділянку; з розширюється конічної частини - дифузора. Сопло Вентурі завдяки дифузора має меншу втратою тиску, ніж діафрагма і сопло. Характер розподілу статичного тиску в соплі Вентурі по довжині трубопроводу такої ж, як і у діафрагми і сопла. Відбір тисків і здійснюється за допомогою двох кільцевих камер, кожна з яких з'єднується з внутрішньою порожниною сопла Вентурі групою рівномірно розташованих по колу отворів.
Тепер рівняння об'ємної витрати для нестисливої рідини набуває вигляду:
З урахуванням введення поправочного коефіцієнта е, що враховує розширення вимірюваного середовища, остаточно перепишемо рівняння:
Для нестисливої рідини поправочний коефіцієнт е дорівнює одиниці, при вимірюванні витрати стискаються середовищ (газу, пари) поправочний коефіцієнт і визначається за спеціальними номограмами.
Отримані рівняння застосовуються при значенні швидкості потоку в СУ менше критичного, т. Е. Швидкість потоку повинна бути менше швидкості звуку в вимірюваної середовищі.
Якщо відомі властивості речовини, діаметр трубопроводу D, діаметр отвору СУ d, перепад тиску на СУ, то можна розрахувати витрати протікає речовини за вищенаведеними основним формулам з використанням відповідних графіків і таблиць.
Якщо відомі властивості речовини, матеріал і діаметр трубопроводу D і задані мінімальний і максимальний очікувані витрати цієї речовини, то можна знайти діаметр отвору СУ, дотримуючись наступної процедури.
Переваги вимірювання витрати за методом змінного перепаду тиску: простота, надійність, велика база експериментальних даних.
Недоліки вимірювання витрати за методом змінного перепаду тиску: значні втрати тиску; знос вхідної крайки діафрагми; великі довжини прямих ділянок трубопроводів перед СУ. До основних недоліків витратомірів з пристроями звуження потоку відносять вузький діапазон вимірюваних витрат (1: 8).
Основні похибки,%: 1. 3.