Бакаленко. Разработка расходомера переменного перепада давлений и определение его метрологических характеристик

• Название: Разработка расходомера переменного перепада давлений и определение его метрологических характеристик
• Дата: 28.11.2022
• Размер: 1.89 Mb.
• Имя файла: Бакаленко.docx
• Тип: Реферат; #817139
• страница: 1 из 7

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

Учреждение образования «БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Факультет Химической технологии и техники

Кафедра Автоматизации производственных процессов и электротехники Специальность 1-53 01 01

Специализация 4 21 05 Автоматизация химико-технологических процессов

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА КУРСОВОГО ПРОЕКТА

по дисциплине: «Метрология, методы и приборы технических измерений»

Тема «Разработка расходомера переменного перепада давлений и определение его метрологических характеристик»

Исполнитель студент 3 курса группы 4 ________________________________Желязко А.В.

Руководитель

Кандидат технических наук, доцент________________________Бакаленко В.И

Курсовой проект защищен с оценкой ___________

Минск 2022

Реферат

Пояснительная записка 36 с., 8 рис., 2 табл., 8 источников, 0 прил.

Расход, диафрагма, перепад давлений, манометр, сужающее устройство, погрешность

Целью выполнения курсового проекта является разработка расходомера переменного перепада давлений и определение его метрологических характеристик. Произведены расчеты диаметра отверстия СУ, определён диапазон изменений перепада давлений. Графическая часть включает: - рабочий чертёж СУ с указанием всех необходимых размеров, допусков, шероховатости и т.д. Формат А4 или А3.; – чертёж устройства для отбора давлений с указанием основных габаритных размеров. Формат А3.; – схему установки СУ и вспомогательных СИ с указанием вида местного сопротивления, длин прямых участков до и после СУ. Формат А2



Содержание Введение...................................................................................................................41 Измерение расхода методом переменного перепада давлений ................ 5 1.1 Теоретические основы метода переменного перепада давлений ............. 5

1.2 Виды сужающих устройств .......................................................................... 8

1.3 Технические требования к диафрагмам и трубопроводам......................... 8

1.4 Методы отбора давления ............................................................................11

2 Метрологические характеристики расходомера ...................................... 14

2.1 Метрологические характеристики СИ ...................................................... 14

2.2 Оценка погрешности косвенных измерений ............................................ 15

2.3 Неопределенности измерений.................................................................... 16

3 Разработка расходомера с СУ .................................................................... 18

3.1 Расчет диаметра СУ..................................................................................... 18

3.2 Разработка конструкции СУ....................................................................... 23

3.3 Выбор дополнительных СИ........................................................................ 26

3.3.1 Выбор дифманометра............................................................................... 26

3.3.2 Выбор термометра.................................................................................... 27

4Оценка погрешности расходомера ............................................................ 31 Заключение ............................................................................................................ 36 Список литературы ............................................................................................... 37

Введение

Расход – количество вещества (масса или объем), протекающего через данное сечение трубопровода (канала) в единицу времени. В зависимости от единицы измерения количества вещества (м3 или кг) различают массовый (кг/с) или объемный расходы (м3/с). В технике часто применяют производные внесистемные единицы – м3/ч, т/ч, л/с и др.

Измерения расхода составляют до 15% от общего числа измерений в промышленности. Информация о расходе используется при управлении технологическими процессами для оптимизации их режимов. В последнее время возрастает роль измерений расхода энергоносителей в связи с возрастанием их стоимости и необходимостью контроля эффективности энергосберегающих мероприятий.

Средства измерений расхода – расходомеры. Основной элемент расходомера – преобразователь расхода – устройство, непосредственно воспринимающее динамическое воздействие потока и преобразующее его в другую величину (перепад давлений, электрический сигнал и др.), удобную для измерений. Если в состав вычислительного устройства входит интегратор, то прибор является не только расходомером, но и счетчиком количества.

К расходомерам предъявляют многочисленные и разнообразные требования, которые удовлетворить совместно очень трудно: высокая точность измерения, высокая надежность, малая зависимость результата измерений от изменения плотности вещества, быстродействие прибора, широкий динамический диапазон измерения, широкий диапазон расходов, подлежащих измерению, разнообразие номенклатуры измеряемых веществ, обеспеченность метрологической базой, стоимость.

1 Измерение расхода методом переменного перепада давлений 1.1 Теоретические основы метода переменного перепада давлений Расход – это количество вещества, протекающее через данное сечение в единицу времени. Прибор, измеряющий расход вещества, называется расходомером. Устройство, непосредственно воспринимающее измеряемый расход и преобразующее его в другую величину (например, в перепад давления), которая удобна для измерения, называется преобразователем расхода. Количество вещества измеряется или в единицах массы (килограммах, граммах, тоннах), или в единицах объема (кубических метрах и кубических сантиметрах). Соответственно расход измеряют в единицах массы, деленных на единицу времени (килограммах в секунду, килограммах в час и т.д.), или в единицах объема, также деленных на единицу времени (кубических метрах в секунду, кубических метрах в час и т.д.). В первом случае имеем массовый расход 𝑄м, во втором – объемный 𝑄о . Большое разнообразие и сложность требований, предъявляемых к расходомерам, явились причиной разработки и создания значительного числа методов измерений и разновидностей этих приборов. Причем часть из них в лучшей степени удовлетворяют одним требованиям, а часть – другим. Наибольшее распространение получили расходомеры: переменного перепада давлений (с сужающим устройством и осредняющими трубками); обтекания (постоянного перепада давлений, ротаметры), переменного уровня, акустические (ультразвуковые), электромагнитные, тахометрические, вихревые, кориолисовы (массовые), тепловые. Метод переменного перепада давления основан на создании в ИТ с помощью СУ местного сужения потока, часть потенциальной энергии которого переходит в кинетическую энергию, средняя скорость потока в месте его сужения повышается, а статическое давление становится меньше статического давления до СУ. Разность давления (перепад давления) тем больше, чем больше расход среды, и, следовательно, она может служить мерой расхода. Расходомеры переменного перепада давления основаны на зависимости от расхода перепада давления, создаваемого устройством, которое установлено в трубопроводе, или же самим элементом последнего. В состав расходомера входят: преобразователь расхода, создающий перепад давления; дифференциальный манометр, измеряющий этот перепад и соединительные трубки между преобразователем и дифманометром.

Расходомеры с сужающими устройствами – важнейшие среди расходомеров переменного перепада давления. Они уже давно нашли применение в качестве основных промышленных приборов для измерения расхода жидкости, газа и пара. Они основаны на зависимости от расхода перепада давления, создаваемого сужающим устройством, в результате которого происходит преобразование части потенциальной энергии потока в кинетическую.

На рисунке 1.1 схематически изображено движение потока жидкости или газа через отверстие диафрагмы. Через А-А обозначено сечение, от которого начинается сужение струи и, следовательно, постепенное возрастание средней скорости Va потока. Максимального значения Vb эта скорость достигает в месте наибольшего сжатия струи в сечении B-B, которое расположено после диафрагмы на расстоянии, зависящем от отношения d/D и приблизительно равном 0,5D, где D – диаметр трубы. Возрастание средней скорости от Va до Vb, а следовательно, и соответствующей кинетической энергии происходит за счет уменьшения начального давления 𝑝_𝑎 до давления 𝑝_𝑏 в горле (наименьшем сечении) струи. Это падение давления показано на рисунке 1.1 штрихпунктирной кривой. После сечения B-B струя постепенно расширяется и в сечении C-C вновь достигает стенок трубы. При этом скорость потока будет уменьшаться, а давление возрастать.



Рисунок 1.1 – Изменение давления p и средней скорости потока V при проходе через диафрагму.

Расходомеры с сужающим устройством одни из немногих, для которых статическая характеристика может быть получена расчетным путем, что не требует дорогостоящей калибровки. При прохождении через сужающее устройство поток деформируется, и при этом изменяются скорости и давления в разных сечениях. Выражением закона сохранения энергии для движущегося потока в горизонтальном трубопроводе является уравнение Бернулли:

, (1.1)

Решение этого уравнения совместно с уравнением неразрывности потока:

𝑆_𝑎𝑉_𝑎 = 𝑆_𝑏𝑉_𝑏, (1.2)

где S - площадь соответствующего сечения, позволяет получить статическую характеристику преобразователя:

. (1.3)

где α – коэффициент расхода, ε- коэффициент, учитывающий изменение плотности среды при

уменьшении давления в СУ. Для жидкостей ε=1, а для газов ε <1, f – площадь отверстия диафрагмы,

K – поправка на тепловое расширение материала диафрагмы.

Коэффициент расхода зависит от многих параметров: типа и состояния сужающего устройства, способа отбора давления, числа Рейнольдса, относительного диаметра сужающего устройства, и не может быть строго определена теоретически. Поэтому его определяют экспериментально. Причем, при Re, больших некоторых значений, коэффициент расхода остается постоянным. Это значение называют критическим.

Коэффициент расхода зависит также от вида сужающего устройства, например, для диафрагм α <1, а для сопел α может достигать 1,2 при  >0,7

Несмотря на все недостатки расходомеры с сужающими устройствами получили самое широкое распространение благодаря трем важным достоинствам:

1. 
   Исключительной универсальности применения. Они пригодны для измерения расхода любых однофазных веществ (а частично и двухфазных) в очень широком диапазоне изменения давлений температур и расходов.
   
2. 
   Удобству массового производства. Наиболее сложные части комплекта расходомера – дифманометр и вторичный прибор – можно изготовлять крупными сериями, так как они не зависят от рода вещества и значения расхода.
   
3. 
   Отсутствию необходимости в образцовых расходомерных
   

установках для градуировки и поверки в случае применения нормализованных сужающих устройств в трубах диаметром не менее 12,5 – 50 мм.