Калинин А.Э. Учебное пособие. Энергосбережение

Подождите немного. Документ загружается.

Для повышения точности измерений применяют манометры с

наклонной трубкой (см. рисунок 12.4 – б). В таких манометрах площадь

широкого сосуда гораздо выше площади измерительной трубки, что

позволяет не учитывать изменение уровня жидкости в нем. В этом случае

справедливо равенство

)sin

(gnр



(12.4)

где f – площадь поперечного сечения измерительной трубки, м

;

F – площадь поперечного сечения широкого сосуда, м

;

n – уровень рабочей жидкости в измерительной трубке,м;

α – угол наклона трубки, град.

Угол наклона α может быть равен и 90

, в этом случае формула (12.4)

приобретает вид:

(gnр



(12.5)

Следует отметить, что с увеличением угла наклона до 90

уменьшается

точность измерений, так как растет цена деления n.

Жидкостные манометры могут применяться и для измерения

атмосферного давления, в этом случае отверстие в измерительном канале

запаивается. Давление измеряется в соответствии с законом Бойля-Мариота

при фиксированной температуре.

Технические данные жидкостных манометров приведены в таблице

12.5.

Таблица 12.5

Тип манометра Верхний предел

измерений, кПа

Предельная

погрешность, %

ТДЖ (вода) 1,6 – 6,3 1,5

200

ТНЖ-Н (спирт) 0,25 – 1,6 1,5

Достоинством жидкостных манометров является их простота и

невысокая стоимость при достаточно высокой точности измерений.

Деформационные манометры относятся к наиболее распространенным

приборам для измерения давления в диапазоне от 10 до 10

Па. Рабочим

измерительным механизмом в этих манометрах являются упругие

чувствительные элементы (трубчатые пружины, сильфоны, мембраны,

мембранные коробки). Рабочая точка упругого чувствительного элемента

перемещается пропорционально приложенному давлению. В показывающих

манометрах эта рабочая точка при помощи системы рычагов соединена со

стрелкой, которая в зависимости от давления перемещается по шкале,

проградуированной в единицах измеряемого давления (рисунок 12.5). В

самопишущих манометрах рабочая точка соединяется с пером самописца.

В пружинных манометрах чувствительным элементом является

трубчатая пружина, в полость которой подается измеряемое давление. Под

действием этого давления пружина раскручивается и перемещает стрелку

или перо самописца, которые соединяются с ее свободным концом.

Пружинные манометры работают в диапазоне 0,06 – 1000 МПа /15/и могут

выполнять функцию датчиков давления, называемыми электроконтактными

манометрами.

Рисунок 12.5. Схема мембранного манометра

201

1 – мембранная коробка, 2 – измерительная штанга, жестко соединенная с

жестким центром мембраны, 3 – стрелка, 4 – шкала.

В таблице 12.6 приведены технические данные некоторых

показывающих деформационных манометров, а в таблице 12.7 самопишущих

деформационных манометров.

Таблица 12.6

Технические данные показывающих деформационных манометров

Наименование Тип Верхний предел

измерений, МПа

Предельная

погрешность, %

Манометр МТП

МП3-У

МТИ

МКУ

0,16 – 40

0,1 – 160

0,25 – 40

0,1 – 60

1,5; 2,5; 4

1; 1,5

0,6; 1

1,5; 2,5

Манометр с

разделительной

мембраной

ММП-160 0,1 – 2,5 1,5; 2,5

Манометр

электроконтактный

ВЭ

ДМ 2010

0,1 – 160

1,5

Мановакуумметр МВП

МТИ

МКУ

–0,1 – +2,4

1; 1,5

1,5; 2,5

Вакуумметр ВП3-У –0,1 – 0 1; 1,5

Таблица 12.7

Технические данные самопишущих деформационных манометров

Наименование Тип Верхний предел

измерений, МПа

Предельная

погрешность, %

Манометр МТ-711(2) 0,06 – 25 1,5

Мановакуумметр МВТ-711(2) –0,1 – +2,4 1,5

Вакуумметр ВТ-711(2) –0,1 – 0 1,5

Дифманометр ДСС-711(2) –0,0063 – +4 0,5; 1; 1,5

Мембранные манометры могут служить в качестве преобразователей

давления в электрический сигнал и использоваться в системах автоматики.

Наиболее распространенными преобразователями давления в переменный

ток являются дифференциально-трансформаторные преобразователи (ДТ-

202

преобразователи). На рисунке 12.6 приведена схема мембранного

дифманометра типа ДМ с таким преобразователем /15/.

Рисунок 12.6. Схема мембранного дифманометра с ДТ-преобразователем

1 – корпус, 2 – разделительная стенка, 3 – мембранный блок, 4 – плунжер

(сердечник), 5 – катушка дифференциально-трансформаторного

преобразователя, 6 – трубка из немагнитного материала, 7,8 - вентили

Чувствительным элементом дифманометра с ДТ-преобразователем

служит двухкамерный мембранный блок. Внутренняя полость блока

заполнена жидкостью с низкой температурой замерзания. Упругим

элементом блока служит верхняя мембранная коробка, перемещение ее

рабочей точки и соответственно ферритового сердечника пропорционально

измеряемой разности давлений. При перемещении сердечника внутри

катушек трансформатора приводит к изменению их взаимоиндукции, что

приводит к изменению тока, протекающего по вторичной обмотке. Мембрана

в нижней полости имеет малую жесткость и воспринимает температурные

изменения объема жидкости.

Технические данные некоторых ДТ-преобразователей приведены в

таблице 12.8.

203

Таблица 12.8

Технические данные ДТ-преобразователей

ДТ-преобразователь

Тип Верхний предел

измерений, МПа

Избыточного давления (МЭД) ДИ 0,06 – 160

Давления и вакуума ДИВ –0,1 – +2,4

Разрежения и давления ТИМ-Эт (8 – 125)*10

-6

Вакуума ДВ –0,1 – 0

Разности давлений ДД

ДМЭУ-МИ

0,0063 – 0,63

0,0063 – 1,6

В электрических манометрах для измерения давления применяют

тензодатчики или емкостные датчики. В последних используется

зависимость емкости от расстояния между пластинами конденсатора.

Электрические манометры имеют первичные преобразователи давления в

перемещения, например, деформационные манометры. Благодаря усилению

электрического сигнала с вторичных преобразователей (тензодатчиков),

удается значительно расширить диапазон измерений. В таблице 12.9

приведены технические характеристики некоторых электрических

манометров.

Таблица 12.9

Технические данные электрических преобразователей давления

с выходным сигналом 0 – 20 мА

Преобразователь Тип Диапазон измерения

Абсолютного давления Вт-219

МНАД-1

0 – 60 кПа

0 – 30 МПа

Избыточного давления ПДМ-1

КРТ-1

0 – 250 кПа

0,6 – 100 МПа

Разности давлений ДРЕ 002

МПДД-2П

0 – 1 МПа

0 – 30 МПа

Грузопоршневые манометры представляют собой приборы

непосредственного измерения давления (рисунок 12.7). Принцип действия

204

основан на уравновешивании давления газов или жидкости грузом, давящим

на неуплотненный поршень.

Рисунок 12.7. Схема грузопоршневого манометра

р – измеряемое давление, m – масса уравновешивающего груза

Расходомеры по применимости в системах теплофикации занимают

третье место после приборов для измерения температуры и давления. Однако

по предъявляемым к ним требованиям они занимают первое место, так как их

показания прямо связаны с экономическими показателями использования

тепловой энергии. Расходомеры могут измерять массовый (G

) и объемный

) расход.

Кроме расходомеров, которые измеряют текущее значение количества

вещества, применяют счетчики количества вещества, которые измерят

количество вещества, прошедшего через прибор за отрезок времени.

Аналогично расходомерам, счетчики количества вещества могут измерять

массу (m) или объем (V) вещества. Счетчики имеют интегрирующий

механический (шестеренчатый) или электронный (микропроцессорный)

орган, который связан непосредственно с рабочим органом расходомера.

Известно более десятка различных методов измерения расхода

вещества. Наиболее распространенными являются следующие методы:

 переменного перепада давления;

 постоянного перепада давления;

205

 тахометрический;

 электромагнитный.

Метод измерения расхода по переменному перепаду давления на

сужающем устройстве наиболее применим при контроле расхода воды, пара,

газа, нефтепродуктов в больших количествах. Этот метод основан на том, что

давление флюида перед сужающим устройством выше, чем после него. В

качестве сужающего устройства можно применить сопло (рисунок 12.8).

Рисунок 12.8. К методу измерения расхода при переменном перепаде

давления

Для измерения давления на входе в сужающее устройство (р

) и на

выходе из него (р

) обычно используются деформационные дифманометры.

Объемный и массовый расход при этом определяются следующим образом:

КCEКG

ПШV









(12.6)

КCEКG

ПШm







(12.7)

где С – коэффициент истечения;

Е – коэффициент скорости входа;

– поправочный коэффициент на шероховатость сопла;

– поправочный коэффициент на притупление входной кромки

сужающего устройства;

< р

206

ε – кэффициент расширения сжимаемых сред, для жидкости ε = 1;

d – диаметр выхода сужающего устройства,

ρ – плотность измеряемого флюида;

Δр – перепад давлений.

Все необходимые для расчета данные приводятся в паспорте

расходомера.

В сельском хозяйстве наиболее часто применяются счетчики расхода

вещества. Технические данные некоторых счетчиков, работающих по

принципу переменного перепада давления приведены в таблице 12.10.

Расходомеры постоянного перепада давления называются

ротаметрами и отличаются простотой устройства. Ротаметр представляет

собой вертикальную коническую стеклянную трубку, направленную

раструбом вверх. Внутри трубки плавает поплавок, вес которого

уравновешивается выталкивающей силой расходуемой жидкости. При

увеличении расхода поплавок поднимается, и по зазору между конусом и

поплавком считывается расход жидкости. Эти расходомеры (и основанные на

них счетчики) предназначены для измерения малых расходов вещества.

Достоинствами этих приборов являются простота и низкая стоимость,

высокая точность измерений (погрешность не более 0,5 – 1,5%),

значительный диапазон измеряемого расхода (G

max

min

достигает 10).

Таблица 12.10

Технические данные счетчиков по переменному перепаду давления

Наименование Тип Входные сигналы Выход

Счетчик газа СПГ 11 аналоговых, из

них 8 токовых. 2-х

позиционный

Цифровой

индикатор, 4

аналоговых

сигнала, интерфейс

С2 или ИРПС

Счетчик

микропроцессорный

универсальный

СТД 34 сигнала, включая

аналоговые,

частотные и

импульсные

Цифровой

индикатор,

интерфейс RS-232

(485)

207

Наиболее распространенными в сельском хозяйстве расходомерами

являются тахометрические расходомеры и счетчики вещества. В

расходомерах этого типа скорость потока преобразуется в

пропорциональную частоту вращения рабочего тела (турбинки). Ось

турбинки может совпадать с осью потока флюида или быть перпендикулярна

потоку. В первом случае турбинки называются аксиальными, а во втором

случае тангенциальными. Тангенциальные турбинки устанавливаются в

трубопроводах диаметром до 50 мм. Поток флюида направляется на лопасти

тангенциальных турбинок либо одной струей (одноструйные турбинки) или

несколькими струями, число которых равно числу лопастей турбинки

(многоструйные турбинки). Аксиальные турбинки выполняются

одноструйными.

Тахометрические расходомеры и счетчики отличаются очень высокой

точностью измерения, погрешность составляет 0,2 – 0,5%. Применяются эти

приборы в основном для измерения расхода объема жидкости или газа.

Технические данные некоторых тахометрических расходомеров приведены в

таблице 12.11.

Таблица 12.11

Технические данные тахометрических расходомеров и счетчиков

Наименование Тип Параметры

среды

Диапазон

измерений, м

/ч

Счетчик холодной и

горячей воды

ETK,

ETW

<1,6 МПа

5 – 90

0,03 – 20

Счетчик расхода мазута СМ < 2 МПа

10 – 120

0,05 – 4

Счетчик газа

ротационный

РГ < 0,1 МПа

5 – 50

4 – 1000

Счетчик газа турбинный СГ 1,6 – 7,5 МПа

–40 – +50

10 – 1600

208

Принцип действия электромагнитных расходомеров основан на

возникновении э.д.с. в проводящей жидкости, протекающей в магнитном

поле. По закону Ленца значение э.д.с. пропорционально скорости движения

проводника, в том числе и второго рода. В сельском хозяйстве можно

рекомендовать использовать электромагнитные преобразователи расхода

"Рост-1", VA 2301, "Индукция-51".

Приборы для измерения расхода теплоты (счетчики тепловой

энергии) работают на следующем принципе /15/.

Количество теплоты, отданной теплоносителем в теплообменных

устройствах и тепловых машинах за интервал времени от τ

до τ

равно







d)hh(GQ

21m

(12.8)

где h

, h

– энтальпия теплоносителя на входе и выходе теплообменного

устройства, Дж/кг.

Энтальпия зависит от температуры и давления теплоносителя, и в

случае применения микропроцессорных преобразователей ее измерение

вполне доступно. Если же в качестве теплоносителя применяется жидкость,

то изменением давления можно пренебречь, и тогда количество

потребляемой теплоты можно определить следующим образом







d)ТТ(сGQ

21m

(12.9)

где Т

, Т

– температура теплоносителя на входе и выходе

теплообменного устройства, К;

с – удельная теплоемкость теплоносителя, Дж/кг.К.

209