Никитин В.А., Бойко С.В. Методы и средства измерений, испытаний и контроля

Подождите немного. Документ загружается.

а — для малых расходов; б, в — для больших и средних расходов

Рисунок 17.10 - Металлические ротаметры РЭ

В таблице 17.3 дано сопоставление типоразмеров ротаметров со

стеклянной трубкой с выпускавшимися ранее приборами этого типа. Ротаметры

типа РЭ с дистанционной электрической передачей показаний состоят из двух

основных частей ротаметрической и электрической (рисунок 17.10).

Ротаметрическая часть представляет собой корпус с поплавком

конической или грибообразной формы, с подвижной осью, перемещающейся

внутри конической трубки, электрическая - из индукционной катушки с

сердечником, расположенным на оси поплавка.

Катушка включена в дифференциально-трансформаторную систему

вторичного прибора. Электрическая часть защищена от попадания в нее

измеряемой среды разделительной трубкой, а снаружи - кожухом. Температура

измеряемой среды может быть в пределах от 233 до 343 К, а температура

окружающей атмосферы - от 243 до 322 К. Ротаметры РЭ могут изготовляться в

пылебрызгозащищенном или взрывозащищенном исполнении категории ВЗГ.

Таблица 17.3 - Сопоставительные данные ротаметров со стеклянной

трубкой

Ротаметры с процентной шкалой и унифицированным пневматическим

выходным сигналом (0,02 ... 0,1 МПа) выпускают трех типов: РП (рисунок

17.11) с корпусом из нержавеющей стали, РПФ с корпусом, армированным

фторопластом, и РПО паровым обогревом корпуса. Такие ротаметры

выпускают на верхние пределы измерения от 0,1 до 25 м

/ч с условным

диаметром 10 ... 100 мм. Связь поплавка с пневматической системой в

ротаметрах типа РП осуществляется за счет сдвоенного магнита,

установленного на подвижном плунжере поплавка, который через стенку

корпуса управляет положением следящего магнита и связанной с ним заслонки.

Условные обозначения выпускавшихся

ротамеров

Базовые

модели

Обозначение ротаметра

Условные обозначения ранее

выпускавшихся ротаметров

1 2 3

РМ-1

РМ-0.0025ЖУЗ

РМ-0.01ЖУЗ

РМ-1-А

РМ-А-0.0025ЖУЗ

РМ-А-0,0063ЖУЗ

РС-ЗА

РМ-П РМ-0.016ЖУЗ

РМ-0.04ЖУЗ

РС-3, РСС-3

РМ-Ш РМ-0.1ЖУЗ РС-5, РСС-5

РМ-IV РМ-0.16ЖУЗ

РМ-0.4ЖУЗ

РС-5, РСС-5

РМ-V РМ-1ЖУЗ РС-7, РСС-7

РМ VI РМ-1.6ЖУЗ

РМ-2.5ЖУЗ

РС-7, РСС-7

Они поставляются в комплекте с вторичными приборами, как правило,

КСДЗ, но могут быть укомплектованы и приборами КСД2, КВД1,ВМД. Нижний

предел измерения ротаметров типа РЭ не более 0,2 от верхнего, основная

приведенная погрешность 2,5 % . Основные параметры ротаметров типа РЭ

приведены в таблице 17.4.

Таблица 17.4 - Основные параметры ротаметров типов РЭ и РЭВ

Услов-

ные

обозна-

чения

базовой

модели

Диаметр

услов-

ного

прохода,

мм

Обозначение

ротаметра

Верхний

предел

измере-

ния по

воде,

/ч

Рабочее

давление,

МПа

Габаритные

размеры,

мм

Масса,

кг

РЭ-1 6 РЭ-0.25ЖУЗ

РЭ-0.04ЖУЗ

0.025

0,04

291*167*79 2,5

РЭ-II

РЭ-0.1ЖУЗ

РЭ-0.063ЖУЗ

РЭ-0.16ЖУЗ

РЭ-0.25ЖУЗ

РЭ-0,4ЖУЗ

0.1

0.063

0,16

0,25

0,4

420*171*112 8,5

РЭ-III

РЭ-0.63ЖУЗ

РЭ-1ЖУЗ

РЭ-1.6ЖУЗ

РЭ-2.5ЖУЗ

РЭ-4ЖУЗ

0,63

1,6

2,5

465*198*136 11

РЭ-IV

100

РЭ-6.3ЖУЗ

РЭ-10ЖУЗ

РЭ-16ЖУЗ

6,3

0.6; 1,6; 6,4

564*311*232 27

100

150

РЭ-25ЖУЗ

РЭ-40ЖУЗ

РЭ-бЗЖУЗ

0,6; 1,6 650*365*280 54

Рисунок 17.11 - Ротаметр с пневматическим выходным сигналом.

Внешний вид ротаметра РП показан на рисунке 17.11 . Эти приборы

предназначены для применения во взрывоопасных производствах. Их

технические характеристики близки к техническим характеристикам

ротаметров РЭ.

а — стеклянного на вертикальном трубопроводе; б —то же, на

горизонтальном трубопроводе;

в — углового металлического.

1 — опломбированный вентиль; 2- ротаметр; 3 — центрирующая вставка.

Рисунок 17.12 - Схемы установки ротаметров

Ротаметры, особенно со стеклянной трубкой, требуют точной установки

по вертикали. Отклонение оси трубки от вертикали даже на 1 ... 3° приводит к

существенным дополнительным погрешностям измерения расхода. Кроме того,

ротаметры типов РМ (РС) не обладают достаточной механической прочностью

и при неправильной установке стеклянная трубка может сломаться. На рисунке

17.12 показаны схемы установки ротаметров в системах промышленных

трубопроводов.

К преимуществам ротаметров следует отнести сравнительно небольшие

потери напора. Как правило, они не превышают 1 мм вод. ст. Потери напора в

ротаметрах мало зависят от расхода: например, при изменении расхода в 5 раз

потери напора увеличиваются всего в 1,5 ... 2 раза.

Погрешности измерения ротамерами. Поверка ротамеров.

Среднюю квадратическую относительную погрешность измерения

расхода при помощи ротаметра можно вычислить из соотношения (17.33)

222

25,0

)(3)(4

25,0

mCQ

σσ

ρρ

σσσ

ρρα

+Π+

−

+++=

, (17.33)

где

hdppimсх

,,,,,, - соответственно средние квадратические

отклонения величин

dmС

iх

,,,,,

и h от их номинального

значения.

Пользование соотношением (17.33) затруднено, так как входящие в него

величины определить бывает трудно, а подчас и невозможно, тем более что

ротаметры обязательно подвергают градуировке и она по сути дает значение

погрешности.

1 — груз; 2 — кольцевой мерник; 3 — блок; 4 — жидкость

гидрозатвора; 5 — перегородка;

6 — уплотнения; 7 — градуируемый ротаметр;

8 — регулятор; I и II — полости.

Рисунок 17.13 - Газовая расходомерная установка с вращающимся

кольцевым мерником

Но по соотношению (17.33) можно определить влияние отклонения

параметров измеряемой среды на погрешность. Кроме основной погрешности

при измерении ротаметрами могут возникнуть дополнительные погрешности,

главной из которых является погрешность от отклонения оси ротаметра от

вертикали, которую вычисляют по формуле (17.34)

%100)1( ⋅−=

γδ

сos

, (17.34)

Поверку ротаметров проводят в соответствии с ГОСТ 8.122 – 99 «ГСИ.

Ротаметры. Методы и средства поверки». Поверку жидкостных ротаметров

проводят либо на специальных установках, либо на универсальных

расходомерных поверочных стендах и установках. Поверку газовых ротаметров

проводят на установках с образцовыми газовыми меринками. Схема одной из

таких установок приведена на рисунке 17.13. Надо знать, что расходомерные

установки для поверки и градуировки ротаметров должны быть аттестованы

органами государственной метрологической службы или ведомственными

метрологическими службами.

17.1.3 Пикнометры /32/

Устройство пикнометров

Пикнометрический метод определения плотности жидкости основан на

взвешивании жидкости, занимающей в пикнометре известный объем,

найденный весовым способом.

В сравнении с гидростатическим взвешиванием пикнометрический

метод определения плотности обладает рядом преимуществ. Основные

достоинства данного метода сводятся к следующему:

1) высокая точность измерений (до 1·10

-5

г/см

), обусловленная тем, что

взвешивают на высокоточных весах общего назначения без каких-либо

дополнительных устройств, неизбежно уменьшающих чувствительность весов;

2) малая площадь свободной поверхности жидкости в пикнометре, что

практически исключает испарение жидкости и поглощение влаги из воздуха;

3) пригодность для работы как с летучими, так и с весьма вязкими

жидкостями;

4) возможность использования малого количества жидкости (1—100

см

);

5) раздельное проведение операций термостатирования жидкости в

пикнометре и последующего взвешивания.

Поэтому при точных измерениях (например, при исследовательских

работах), когда вполне оправданы некоторая трудоемкость и необходимость

соблюдения ряда предосторожностей, пикнометрическому методу отдают

предпочтение.

Существует много разновидностей пикнометров, и их применение

определяется родом испытуемого вещества, его количеством, а также

требуемой точностью измерений. Чем больше вместимость пикнометра, тем'

меньше погрешность взвешивания; однако одновременно увеличивается

ошибка, связанная с неравномерностью температуры во всей массе жидкости.

Наилучшие результаты получают с пикнометрами вместимостью 25—100 см

Наиболее распространены стеклянные колбообразные пикнометры

шаровидной и цилиндрической формы, которые закрываются либо глухой

притертой пробкой (эти пикнометры имеют круговую метку на горле – рисунок

17.14 а-в), либо притертой пробкой с капиллярным отверстием (рисунок 17.14

б). Основные размеры шаровидных пикнометров по ГОСТ 7465— 67.

Пикнометры с меткой, нанесенной на вставной горловине (рисунок

17.14 в), применяют для определения плотности твердых тел.

Метка на горле пикнометра соответствует его номинальной

вместимости; до этой метки и заполняют пикнометр. Пикнометры с меткой,

применяемые для жидкости (рисунок 17.14 а), могут иметь номинальную

вместимость 1; 2; 3; 5; 10; 50 и 100 см

, для твердых тел (рисунок 17.14 в) -10,

25 и 50 см

По требованию заказчика на расстоянии 1 мм выше и ниже основной

метки наносят по одной дополнительной круговой метке, что упрощает

пользование пикнометром.

а, б; в — колбообразные шаровидные; г- - У-образный

Рисунок 17.14 - Стеклянные пикнометры.

Верхняя часть горла (под пробкой) пикнометра с меткой выполняется

расширенной. В образующуюся расширенную полость входит часть жидкости в

том случае, когда объем ее увеличивается в результате повышения

температуры после заполнения пикнометра до метки.

Пикнометр с капиллярным отверстием в пробке обеспечивает более

точные результаты измерений. Диаметр отверстия (0,7 ± 0,2) мм. Вместимость

такого пикнометра определяется верхним краем капиллярного отверстия.

Номинальная вместимость капиллярных пикнометров составляет 1; 2; 3;

5; 10; 25; 50 и 100 см

При измерении плотности сильно летучих жидкостей применяют II-

образный капиллярный пикнометр, изображенный на рисунок 17.14 г. Согласно

ГОСТ 7465—67 пикнометр представляет собой трубку с капиллярным

отверстием диаметром от 0,9 до 1,0 мм. В правом колене имеется расширение.

Конец левого колена отогнут. На обоих коленах нанесена равномерная шкала с

80 делениям (каждое деление - -1 мм). Номинальная вместимость 11-образного

пикнометра, определяемая по нижней его части между нулевыми отметкам

составляет 0,5; 1 и 3 см

Весьма удобен в работе пикнометр (рисунок 17.15) с боковой

капиллярной трубкой 3. Пробкой служит тело термометра 1, пришлифованного

к горлу колбы 4, Термометр позволяет вести непрерывные наблюдения за

температурой жидкости. Отверстие капилляра закрывается колпачком 2,

притертым к конусному концу трубки.

Рисунок 17.15 - Пикнометр с термометром.

Работа с пикнометром значительно упрощается, если на его горловине

нанесена шкала, которая позволяет быстрее и точнее определять объем

жидкости в пикнометре.

Для весьма малых количеств жидкости (порядка 1 см

) хорошие

результаты получают с помощью пипеткообразного пикнометра (пикнометра

Оствальда - Шпренгеля). Он представляет собой U-образную трубку с

оттянутыми и отогнутыми под прямым углом концами. Оба конца трубки

закрыты притертыми колпачками. Пикнометр заполняют жидкостью до края

отверстия на одном конце и до метки на другом конце.

Для измерения плотности газов применяют шаровидные пикнометры

вместимостью 100 и 200 см

(ГОСТ 11723—66).

Определение плотности жидкости

Для определения плотности жидкости выполняют три взвешивания:

1) пустого пикнометра;

2) пикнометра, заполненного дистиллированной водой до заданного

уровня;

3) пикнометра, заполненного испытуемой жидкостью до того же уровня.

Первые два взвешивания позволяют определить вместимость пикнометра, а

первое и третье — массу испытуемой жидкости в объеме пикнометра. По

полученным данным подсчитывают плотность жидкости.

Выведем общую формулу для определения плотности жидкости при

помощи пикнометра, когда вода и жидкость имеют разную температуру.

Примем следующие обозначения:

- m

- масса гирь, уравновешивающих пустой пикнометр в воздухе

плотностью D

;

- m

- масса гирь, уравновешивающих пикнометр с дистиллированной

водой в воздухе плотностью D

при температуре t

;

- m

- масса гирь, уравновешивающих пикнометр с испытуемой

жидкостью в воздухе плотностью D

при температуре t

;

- V - объем стекла пикнометра;

- V

- вместимость пикнометра до заданного уровня при температуре t

;

- V

- то же, при температуре t

;

— плотность дистиллированной воды при температуре t

;

плотность испытуемой жидкости при температуре t

;

- D

- плотность материала, из которого изготовлены гири;

- D

- плотность стекла;

- коэффициент объемного расширения стекла.

Условия равновесия весов при трех указанных выше

последовательных взвешиваниях пикнометра можно записать в виде

системы трех уравнений (17.35)

)1()()(

)1()(

3333

2222

mDVDD

mDD

−=−+−

−=−

ρυ

, (17.35)

Определив из первого уравнения (17.35) значение V и подставив его во

второе и третье уравнения, получим систему уравнений (17.36)

Β=−

−

−−=−

Α=−

−

−−=−

)1(

)1()(

)1(

)1()(

333

222

mDV

, (17.36)

Величины V

и V

связаны между собой зависимостью (17.37)

[

]

2323

(1 ttVV

−

, (17.37)

Разделив почленно уравнение два на уравнение 1 из системы уравнений

(17.36) и учтя выражение (17.37), получим уравнение (17.38)

)](1[

232

ttA

−+

−

βρ

, (17.38)

откуда для искомой плотности жидкости найдем окончательно

)](1)][1()1([

))](1()1([

−+−−−

−−−−

, (17.39)

где

−

Выражение (17.39) учитывает все величины, влияющие на результат

измерения плотности, и поэтому обеспечивает наивысшую точность измерения.

В ряде случаев при введении определенных условий формула (17.34)

может быть значительно упрощена. Если плотность воздуха на протяжении

периода, в течение которого выполняют взвешивания, остается постоянной, т.

е. D

= D, то формула (17.39) принимает вид (17.40)

])(1)[(

DttD

+−+−

−

βρρ

, (17.40)

Обычно при работе с пикнометром выдерживают одинаковую

температуру воды и жидкости, что дополнительно упрощает приведенную

выше формулу. Действительно, при t