Индивидуальное задание - Расходомеры со щелевым отверстием истечения
Подождите немного. Документ загружается.
Московский Государственный Текстильный Университет им. А.Н. Косыгина.
Кафедра автоматики и промышленной электроники.
ИНДИВИДУАЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ
ПО ДИСЦИПЛИНЕ: «ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ»
на тему: «Расходомеры со щелевым отверстием истечения»
Студент группы 14ВД-06: Кириллов М. В.
Преподаватель: Милехин Г. В.
МОСКВА 2011 г.
Содержание.
1. Теория расходомера со щелевым отверстием истечения................................................................3
2. Построение формы отверстия истечения.........................................................................................5
3. Принципиальная схема расходомера................................................................................................6
Теория расходомера со щелевым отверстием истечения.
(3 )
(5 )
В сосуде со щелевым отверстием истечения расход определяется высотой уровня жидкости на
нижней кромкой отверстия.
Расходомер представляет собой прямоугольный корпус (2) с двумя штуцерами: боковым — для
ввода измеряемой жидкости и нижним — для слива жидкости в открытый приемник. Внутри корпус
разделен глухой перегородкой, к которой герметично
прикреплен щит с профилированной щелью. В зависимости
от характера контролируемой жидкости корпус изготавливают
из различных материалов: стали 12Х18Н9Т, стали,
футерованной свинцом, фаолита и т. д. В данном случае
уровень жидкости измеряют пьезометрическим методом
(продувание воздуха через исследуемую жидкость). В сосуд
перед сливной (10) щелью в защитном чехле (14) погружена
пьезометрическая трубка (1); через которую непрерывно
продувается воздух с давлением чуть больше давления H.
Количество продуваемого воздуха контролируют с помощью
барботажного стаканчика (4) при этом давление воздуха
поддерживают постоянно с помощью редуктора (6),
контролируя его манометром (5). Для очистки воздуха служит
фильтр (7). Аппаратура регулирования и дозирования сжатого воздуха смонтирована на специальной
панели, называемой блоком питания воздуха.
Давление в пьезометрической трубке однозначно связано с плотностью и высотой столба
жидкости перед щелью, а следовательно, и с массовым расходом жидкости. Для измерения
гидростатического напора в пьезометрической трубке предназначен вторичный прибор —
дифманометр (3).
Характерной особенностью расходомера является его равномерная шкала вторичного прибора.
Величина расхода через щель определяется по формуле:
Q=α⋅S
0
√
2gH
[
м
3
с
]
(1)
Выведем зависимость между Q и H для отверстия
произвольной формы (рис. 2). Для элементарной площадки ds
шириной x и высотой dy можно применять основное уравнение
расхода в дифференциальной форме:
dQ=α⋅dS
√
2g( H −Y )=α⋅x
√
2g ( H −Y )dy (2)
Проинтегрировав уравнение (2) в пределах от 0 до H,
получаем полный расход:
Для решения уравнения (3) необходимо знать зависимость между x и y.
Для получения равномерной шкалы прибора между Q и H должна быть линейная зависимость,
т. е.
Q = k⋅H (4 )
, где k - коэффициент пропорциональности, определяемый из условия
k =Q
max
/H
max
.
Подставив значение Q из уравнения (4) в уравнение (3), получим:
Это уравнение и определяет искомую зависимость профиля отверстия
x = f ( y )
. Величина x
должна убывать с ростом y, поэтому уравнение (5) удовлетворяется гиперболической зависимостью
между x и y вида:
x=
C
√
y
, (6)
Рис. 1. Расходомер переменного уровня
с нормальной диафрагмой
Рис. 2. Отверстие истечения типа
водослива
где С — некоторая постоянная величина.
Если коэффициент расхода α постоянный, то уравнение (5) можно переписать в виде:
Таким образом, гиперболическая зависимость вида (6) действительно удовлетворяет
уравнению (5) и обеспечивает равномерную шкалу. Значение постоянной определяется выражением:
С =
2⋅k
α
π
√
2g
=
√
2 Q
max
α
π
√
g H
max
Форма отверстия истечения, соответствующая зависимости (6), показана на рисунке 3. Как
следует из уравнения (6), при
y → 0
ширина отверстия
x → ∞
. Следовательно, нельзя получить
равномерную шкалу на всем диапазоне высоты от 0 до
H
max
;
поэтому практически начальную часть отверстия истечения
выполняют прямоугольной формой с шириной
x
1
. Этот
начальный участок с неравномерной шкалой составляет
небольшую величину порядка (5 — 10%)
Q
max
.
Коэффициент расхода щелевого расходомера зависит от
геометрической формы щели и особенно от остроты входной
кромки щелевого отверстия. При ориентировочных расчетах
коэффициент расхода α принимают равным 0,6. Точное
значение коэффициента расхода определяет индивидуальной
градуировкой прибора.
В щелевых расходомерах измерителями давления
обычно служат дифманометры с вялой мембраной и
соответствующими вторичными приборами. Длина
пневматических линий до дофманометра не должна превышать
35м; длина соединительных проводов между дифманометром и
вторичным прибором не должна превышать 500м.
Построение формы отверстия истечения.
Дано:
Рис. 3. Форма отверстия истечения
симметричного (а) и
несимметричного (б), обеспечивающая
пропорциональность
между расходом и высотой уровня
жидкости в приемном сосуде
Номер варианта Qmax (м^3/сек) Нmax(м) g(м/сек^2) α Pi
1 0,015 0,25 9,81 0,6 3,14159
K =Q
max
/ H
max
=
0,015
0,25
=0,06
[
м
2
сек
]
С =
2⋅k
α
π
√
2g
=
√
2 Q
max
α
π
√
g H
max
=
√
2∗0,015
0,6∗3,1415∗
√
9,81∗0,25
=0,014372456
[
м
сек
]
Строим график:
Принципиальная схема расходомера.
x y -x
0,0032137789 20 -0,0032137789
0,0028744912 25 -0,0028744912
0,0026240395 30 -0,0026240395
0,0024293885 35 -0,0024293885
0,0022724848 40 -0,0022724848
0,0021425192 45 -0,0021425192
0,0020325722 50 -0,0020325722
0,0019379816 55 -0,0019379816
0,0018554761 60 -0,0018554761
0,0017826838 65 -0,0017826838
0,0017178371 70 -0,0017178371
0,0016595883 75 -0,0016595883
0,0016068894 80 -0,0016068894
0,0015589117 85 -0,0015589117
0,0015149899 90 -0,0015149899
0,0014745829 95 -0,0014745829
0,0014372456 100 -0,0014372456
0,0013120197 120 -0,0013120197
0,0011735061 150 -0,0011735061
0,0010162861 200 -0,0010162861
-0.004 -0.003 -0.002 -0.001 0.000 0.001 0.002 0.003 0.004
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
1) Пьезометрическая трубка
2) Бак
3) Дифманометр
4) Барботажный стаканчик
5) Манометр
6) Редуктор
7) Фильтр
8) Перегородка
9) Исследуемая жидкость
10) Профилированная щель
11) Пневмомагистраль
12) Штуцер для ввода измеряемой жидкости
13) Штуцер для вывода измеряемой жидкости
14) Защитный чехол в форме цилиндра