книги / Расходомеры и счетчики количества веществ. Расходомеры переменного перепада давления, расходомеры переменного уровня, тахометрические расходомеры и счетчики

ки можно иметь в пределах 5-10 л/ч, но при работе прибора в систе­ ме автоматического регулирования и при сильно изменяющихся расходах эти цифры могут быть существенно увеличены.

Имеется схема (рис. 69) не с двумя, а с одним потоком защит­ ного воздуха [2], который, пройдя через регулировочный вентиль 6 и трубку 5, барбатирует через столб измеряемой жидкости в широ­ кой трубке 4, соединенной с отверстием для отбора давления pi у диафрагмы 3, и далее через трубку 2 уходит в производственный трубопровод в точке отбора давления р2. Дифманометр 1 присо­ единен к трубке 5 и к верхней части трубок 2 и 4. Отверстия для выхода воздуха в трубках 5 и 2 делают одного диаметра. При этой схеме запаздывание показаний может быть уменьшено и воздух не нарушает движения потока жидкости перед диафрагмой.

Непрерывную продувку применяют при небольших давлениях измеряемого вещества и при возможности ввода в него воздуха.

При непрерывной промывке водой диаметры соединительных трубок и трубок для подачи воды надо брать больше, чем при продувке воздухом. Это практически не сказывается на запаздыва­ нии показаний, а сопротивление трубок уменьшается. В верхних точках системы надо иметь воздухосборник.

6.5. УСТРОЙСТВА, ПРИМЕНЯЕМЫЕ ПРИ ИЗМЕРЕНИИ РАСХОДА ПУЛЬПЫ, А ТАКЖЕ ЗАГРЯЗНЕННЫХ

И КРИСТАЛЛИЗУЮЩИХСЯ ЖИДКОСТЕЙ

Для измерения расхода пульпы и загрязненных жидкостей помимо защитных гибких перегородок и непрерывной промывки трубок, рассмотренных ранее, широко применяют отстойные со­

182

суды или камеры с периодической промывкой их, а иногда еще и каме­ ры-фильтры. Подобная схема показа­ на на рис. 70. Всю систему заполня­ ют чистой водой при закрытых 1 и открытых 2 вентилях. При измере­ нии расхода загрязненной жидкости осадки из трубок 6 поступают в от­ стойные сосуды 7, где и осаждаются. Периодически эти сосуды промыва­ ют чистой водой, поступающей при от­ крытых вентилях 2 через трубки 5. При этом вентили 1 должны быть закрыты, а спускные вентили 8 откры­ ты. Чиста вода при высоком давле­ нии в водопроводе может промывать и вентили 1. Воздухосборники 3 по­ мещены вверху трубок 4. Диаметр

отстойных сосудов 50-75 мм, высота 250-300 мм. Их надо поме­ щать как можно ближе к сужающему устройству. Эффективность отстойных сосудов можно усилить, снабдив их сетчатыми фильт­ рами [012].

При измерении расхода жидкостей, которые вязки и застыва­ ют при комнатной температуре, преобразователи перепада давле­ ния помещают непосредственно на трубе рядом с сужающим ус­ тройством [10].

Если жидкость содержит вещества (кристаллизующиеся или выделяющие смолы), которые оседают на стенках, то полезно при­ менять большие отстойные сосуды с боковым патрубком, присо­ единяемым непосредственно к местам отбора давлений [5].

Для прочистки отверстий для отбора давлений pi и Р2 рекомен­ дуется [12] установка игольчатых зондов, иглы которых сделаны из твердого и антикоррозийного материала, а длина штока доста­ точна для полного вывода иглы из отверстий для отбора. Утечка через сальник недопустима. Конструкции зондов для чистки от­ верстий приведены в работах [1, 7].

В качестве сужающих устройств при измерении расхода загряз­ ненных жидкостей и пульпы следует применять трубы Вентури или сопла Вентури.

6.6. УСТРОЙСТВА, ПРИМЕНЯЕМЫЕ ПРИ ИЗМЕРЕНИИ РАСХОДА ЧИСТОГО ГАЗА

В этом случае дифманометр рекомендуется устанавливать выше сужающего устройства, а давления pi и р^ отбирать в верхней части сужающего устройства. Это предотвратит попадание кон­

183

на. Тогда можно иметь несколько отдельных уклонов, нижние точки которых необходимо соединить со своими сборниками кон­ денсата.

6.7. УСТРОЙСТВА, ПРИМЕНЯЕМЫЕ ПРИ ИЗМЕРЕНИИ РАСХОДА ЗАГРЯЗНЕННОГО ГАЗА

В отношении размещения дифманометра и установки сборни­ ков конденсата здесь справедливо все, что было сказано выше об измерении расхода чистого газа. Дополнительная же задача в этом случае состоит в предотвращении попадания грязи и пыли, содержащейся в газе, в соединительные трубки и дифманометр.

Один из возможных способов защиты — непрерывная продув­ ка соединительных трубок воздухом или чистым газом, рассмот­ ренная ранее. Она особенно целесообразна при защите от газа, выделяющего смолы при охлаждении. Другой способ — установ­ ка рядом с местами отбора давлений больших отстойных камер (диаметром 100-150 мм и высотой 1000-1500 мм) для оседания в них большей части пыли и грязи, поступающей из газопровода. Этот способ защиты предназначен для больших газопроводов.

Третий более надежный способ защиты — установка коксо­ вых фильтров над местами отбора давлений. Газ поступает в фильтр по трубе диаметром 50 мм и проходит через слой кокса, заключенный в съемном стакане с сетчатым дном. Устройство фильтров приведено в работе [012].

Отверстия для отбора давлений р\ и можно прочищать с помощью игольчатых зондов.

184

Г л а в а 7

ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЕ МАНОМЕТРЫ, ЖИДКОСТНЫЕ И

ПОПЛАВКОВЫЕ ДИФМАНОМЕТРЫ

7.1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИФМАНОМЕТРОВ

Дифференциальные манометры (или сокращенно дифманометры) измеряют перепад давления, создаваемый сужающим устрой­ ством или другим преобразователем расхода. Они различаются по принципу действия, пределам измерений и характеру отсчетного устройства (показывающие, самопишущие, интегрирующие и т. п.). Кроме того, многие дифманометры оборудуются электриче­ скими или пневматическими преобразователями перемещения чувствительного элемента прибора в сигнал, поступающий на вто­ ричный измерительный прибор. При этом дифманометр может иметь или не иметь отсчетное устройство (т. е. быть бесшкальным). В последнем случае они представляют собой двухступенча­ тые преобразователи перепада давления.

Предельные перепады давления дифманометров должны вы­ бираться (согласно ГОСТ 18140-84) из ряда: 10,16, 25, 40, 63,100, 250,400,630 Па; 1,1,6,2,5,4,6,3,10,16,25,40,63,100,160,250,400, 630 кПа; 1,1,6, 2,5, 4, 6,3 МПа.

По принципу действия дифманометры могут быть жидкостны­ ми или деформационными.

Существуют следующие разновидности жидкостных дифмано­ метров: с неподвижными коленами, с одним подвижным коле­ ном, с двумя подвижными коленами и колокольные.

У всех дифманометров жидкостной системы измеряемый пе­ репад давления (pj - Р2) уравновешивается разностью давлений, создаваемых столбом манометрической жидкости высотой h в минусовом колене и столбом вещества такой же высоты, находя­ щемся в плюсовом колене над манометрической жидкостью. Но только у дифманометров с неподвижными коленами эта высота служит для измерения перепадар* ~Р2>который у других дифма­ нометров измеряется по высоте перемещения колокола или под­ вижного колена либо по углу поворота кольца прибора.

Дифманометры с неподвижными коленами подразделяют на приборы с видимым уровнем, с электрическим съемом положе­ ния уровня и на поплавковые дифманометры.

Деформационные дифманометры подразделяют на мембран­ ные и сильфонные. В них перепад давления уравновешивается силами упругости мембраны или сильфона либо дополнительной (обычно винтовой) пружины (одной или несколькими) и измеря­ ется по перемещению чувствительного элемента.

186

Все перечисленные разновидности жидкостных и деформаци­ онных дифманометров могут быть компенсационными.

Жидкостные дифманометры обладают высокой точностью и на­ дежностью действия, но они инерционны, и во многих из них

вкачестве манометрической жидкости применяется ртуть; при этом требуется соблюдение особых правил техники безопасности, что осложняет эксплуатацию этих дифманометров.

Деформационные дифманометры малоинерционны, и для них не требуется ртуть, но их показания зависят от степени совер­ шенства упругих свойств мембран или сильфонов, а при недоста­ точной надежности предохранительных устройств возможно их повреждение при перегрузке. Отмеченные недостатки долго сдер­ живали распространение деформационных дифманометров. Те­ перь эти недостатки в значительной степени преодолены, и эти приборы стали широко применяться, вытеснив в большинстве случаев производственной практики жидкостные дифманометры

вобласти средних и больших перепадов давления. Но и в облас­ ти малых перепадов давления они могут конкурировать с коло­ кольными и кольцевыми дифманометрами жидкостной системы. Кроме того, жидкостные приборы широко применяют в качестве образцовых и контрольных.

7.2.ХАРАКТЕРИСТИКА ЖИДКОСТНЫХ ДИФМАНОМЕТРОВ

СВИДИМЫМ УРОВНЕМ

Эти дифманометры состоят из двух трубок или сосудов, сообща­ ющихся между собой и заполненных манометрической жидкостью до нулевой отметки шкалы. Высоту столба манометрической жид­ кости, а также высоту подъема одного из сосудов в приборах ком­ пенсационного типа измеряют визуально. В некоторых случаях (в многотрубных дифманометрах) осуществляют последователь­ ное соединение нескольких трубок. В основном применяют диф­ манометры с одной манометрической жидкостью, подразделяю­ щиеся на U-образные (основные приборы) и П-образные, но для измерения малых перепадов давления существуют приборы и с двумя манометрическими жидкостями.

Имеется большое разнообразие приборов, работающих на принци­ пе U-образной трубки, в том числе двухтрубные, многотрубные, одно­ трубные с наклонной трубкой и компенсационные дифманометры. Предельный перепад, измеряемый двухтрубными и однотрубными дифманометрами, обычно равен 10,6 •104 Па (800 мм рт. ст.). У многотрубных же дифманометров он не ограничен, но они при­ меняются очень редко. Приборы с наклонной трубкой служат для измерения малых перепадов давления. Для П-образных диф­ манометров не требуется манометрическая жидкость. Ею служит сама измеряемая среда — обычно вода. Их предел измерения 6000-8000 Па (600-800 мм вод. ст.).

187

Достоинства рассматриваемых приборов — простота устройства и высокая точность. Погрешность измерения обычно не превосхо­ дит ±0,5-1 % , а в случае применения оптического отсчета положе­ ния уровня она может быть снижена еще в 10 раз. Наименьшая абсолютная погрешность ±0,2 Па (±0,02 мм вод. ст.) достигается у компенсационных микродифманометров, обычно неправильно называемых микроманометрами. К недостаткам жидкостных дифманометров с видимым уровнем относятся: только визуальный характер показаний приборов, хрупкость стеклянных частей и ма­ лая наглядность шкалы, затрудняющая отсчет показаний.

Данные приборы применяют в качестве образцовых (например, прибор Петрова) при поверке и градуировке, а также в качестве контрольных при промышленных испытаниях и различных иссле­ довательских работах. Они переносные и не приспособлены для щитового монтажа.

Свойства манометрических жидкостей (плотность, поверхност­ ное натяжение, коэффициент объемного расширения) значительно влияют на характеристики рассматриваемых приборов. В одно- и двухтрубных дифманометрах применяют преимущественно ртуть и воду, а в приборах с наклонной трубкой — спирт. Свойства некоторых манометрических жидкостей приведены в табл. 27.

Плотностью манометрической жидкости определяется верхний предел измерения, коэффициентом объемного расширения Р — тем­ пературная погрешность, а поверхностным натяжением и капил­ лярной постоянной — погрешность от влияния капиллярных сил. Вода и ртуть имеют небольшие коэффициенты Р, но у них повы­ шенные значения поверхностного натяжения и капиллярной по­ стоянной. Вводить поправку на температурное расширение легко, зная коэффициент р и температуру жидкости. Сложнее вводить поправку на капиллярный подъем (вогнутый мениск) или опуска­

188

ние (выпуклый мениск) жидкости, потому что она зависит не толь­ ко от диаметра, но и от чистоты внутренней поверхности трубок. Подробнее о жидкостных дифманометрах см. в работе [3].

7.3. ДВУХТРУБНЫЕ ДИФМАНОМЕТРЫ

Простейший представитель жидкостных дифманометров с ви­ димым уровнем — это стеклянная U-образная трубка, заполнен­ ная до середины манометрической жидкостью и снабженная шка­ лой. Но она применима лишь при очень небольших давлениях измеряемой среды. Чтобы сделать ее пригодной для измерения

189

Средняя квадратическая погрешность Одр (% ) определяется уравнением

ад, = 50[(ЛЛ / Л2) + (др? + Др|) / (Pl - р2)2 + (А^ / g)2J0’5,

где ДЛ, Др1, Др2, Ag — максимальные погрешности определения Л,

Pl» Р2» ё-

Погрешность Ah — основная составляющая погрешности стдр, зависящая главным образом от неточности отсчета и, кроме того, от неточности градуировки шкалы, влияния поверхностного натя­ жения, невертикальности прибора и температурного изменения дли­ ны шкалы. Оценив неточность отсчета каждого из двух уровней в ±0,5 мм, получим общую погрешность от неточности отсчета, равную ±1 мм. Так как обе трубки имеют равные или близкие диаметры, то погрешностью от поверхностного натяжения можно пренебречь. Остальные погрешности также пренебрежимо малы и в сумме составят не более чем ±(0,1+0,2) мм.

Плотности ртути и воды известны с высокой степенью точнос­ ти. В связи с этим погрешностями Api и Др2 можно пренебречь. Для других жидкостей эти погрешности будут зависеть от точнос­ ти табличных данных или от точности непосредственного опреде­ ления плотности. Обычно эти погрешности в сумме не превосхо­ дят 0,1 % . Погрешность Ag также пренебрежимо мала. Таким образом, при достаточно больших высотах h погрешность измере­ ния стдр будет незначительной, т. е. порядка ±(0,1+0,3) % .

Температурная погрешность 6* (% ) и температурный коэффици­ ент at (% ) дифманометра определяются [012] формулами:

б, = 100 (Pi - a) (f - tr);

at = 100 (р! - а),

где t и tr — температуры дифманометра и градуирования соответ­ ственно; Pi — коэффициент объемного расширения манометри­ ческой жидкости; а — коэффициент линейного расширения шка­ лы прибора.

Обычные двухтрубные дифманометры, пригодные для давле­ ний до 4 -6 МПа, имеют трубки с внутренним диаметром 3 -4 мм и наружным — 8-11 мм. В конструкциях, рассчитанных на вы­ сокое давление 20-25 МПа, для предупреждения чрезмерного про­ дольного изгиба уменьшают свободную длину трубок посредством создания опоры в одной или двух точках.

7.4. ОДНОТРУБНЫЕ ДИФМАНОМЕТРЫ

При отсчете двух уровней в двухтрубном дифманометре удваи­ вается погрешность от неточности отсчета и удлиняется процесс измерения. Последнее обстоятельство существенно при измерении

190

где ДЯ, Api, Др2, Д/, AF, Дg — максимальные погрешности//, pj, Р2,

Влияние Д/ и AF на аДр ничтожно мало, если учесть, что f/F < <0,01. Влияние Дрх, ДР2, Д# так же, как и в двухтрубном дифманометре, весьма невелико. Решающим будет влияние ДЯ. Хотя составляющая ДЯ, обусловленная действием капиллярных сил, в данном случае больше, чем в двухтрубном дифманометре, но погрешность их неточности отсчета вдвое меньше. В результате точность измерения Др в однотрубном дифманометре будет выше. Температурная погрешность 8* и температурный коэффициент а* однотрубного дифманометра определяют по тем же формулам, что и для двухтрубного прибора.

7.5. ОДНОТРУБНЫЕ ДИФМАНОМЕТРЫ С НАКЛОННОЙ ТРУБКОЙ

Эти дифманометры применяют для измерения малых перепадов давления, не превышающих 1000 Па (100 мм вод. ст.), когда диф­ манометры с вертикальными трубками не могут обеспечить высо­ кую точность измерения.

Перемещение манометрической жидкости п по оси наклонной трубки (вдоль шкалы) связано с проекцией этого перемещения на вертикаль Я с углом наклона трубки (X зависимостью

п = Hsin а.

Здесь Я определяют по уравнению (82). Чем меньше угол а, тем выше чувствительность дифманометра. Но иметь а меньше

191