Изучение способа измерения расхода воды по величине падения давления на мерной диафрагме.

Цель работы: Изучение измерительной диафрагмы как прибора для измерения расхода жидкости, тарировка измерительной диафрагмы для жидкости методы измерения расхода, определение погрешности измерения расхода с помощью диафрагмы.

Теоретические основы.

Расход - это физическая величина, определяемая количеством жидкости или газа, проходящих через трубу или русло в единицу времени. Различают объемный расход Q, когда количество вещества измеряется в объемных единицах, и массовый М, когда оно измеряется в единицах массы.

Наиболее распространенным методом измерения расхода в трубах является метод его измерения по переменному перепаду давления на сужающем устройстве. Схема расходомера показана на рисунке 10.1. В трубу вставляется устройство, хужающее поток, например диафрагма — диск с отверстием. В месте сужения скорость потока возрастает и его кинетическая энергия увеличивается. Это вызывает уменьшение потенциальной энергии, которая определяется статическим давлением. Давление в суженном потоке меньше, чем давление в потоке до сужения. Разность давлений возрастает с увеличением скорости среды и служит мерой расхода. Сужающее устройство является преобразователем потока (или его расхода) в разность давлений. Разность давлений измеряется дифференциальным манометром, градуированным в единицах расхода.

В качестве сужающего устройства обычно используют так называемые нормальные сужающие устройства: нормальные диафрагмы (рисунок 10.1, а) нормальные сопла (рисунок 10.1, б), трубы Вентури (рисунок 10.1, в).

Рисунок 10.1. Сужающие устройства

Достоинства расходомеров с сужающими устройствами заключаются в их универсальности. Этими расходомерами можно измерять расход любых однофазных, а в ряде случаев и двухфазных сред. Они пригодны для измерения расхода в трубах практически любого диаметра и при любом давлении. Расходомер состоит из сужающего устройства, соединительных трубок и серийно выпускаемого дифференциального манометра, конструкция которого не зависит от измеряемой среды и расхода. Сужающее устройство рассчитывается по стандартной методике. Исходными данными являются условия измерения и входные данные дифференциального манометра. Сужающие устройства изготавливаются потребителем.

Основными недостатками расходомеров с сужающими устройствами являются нелинейная функция преобразования, малое отношение Q_max/Q_min обычно не превышающее 3, и затруднения при измерении пульсирующих и переменных расходов. Основная приведенная погрешность расходомеров этого типа не превышает 1-3%.

Для течения жидкости постоянной плотности расход через диафрагму связан с перепадом давления на диафрагме (Р₁ – Р₂) следующим соотношением:

Коэффициент К определяется на основе экспериментальной тарировки диафрагмы.

Экспериментальная часть

Для тарировки измерительной диафрагмы предназначена гидравлическая система стенда и компьютерная система сбора информации.

Лабораторная работа по тарировке диафрагмы также может выполняться в ручном режиме измерений, однако это требует значительных затрат времени, методика такой тарировки ничем не отличается от описанной ниже, кроме ручного сбора и обработки информации.

1. Подключить ноутбук к плате АЦП, запустить программу, выбрать пункт меню «Расход воды».

2. Закрыть краны ВН2, ВН4, ВН5 открыть кран ВНЗ.

3. Включить насос тумблером «Подача воды».

4. В случае, если в системе диафрагм есть воздушные пузыри, необходимо открыть краны ВН8, ВН9 и ВН6, ВН7. Попеременно открывая и закрывая краны ВНЗ, ВН4, ВН5 добиться заполнения диафрагм и измерительных трубок жидкостью. После чего закрыть ВН8, ВН9, ВН6, ВН7.

5. Выбрать одну из диафрагм для тарировки. Для определенности изложения выберем ДР1.

6. Открыть краны ВН6, ВН7. Закрыть кран ВНЗ, ВН4, ВН5.

7. Дождаться установления показаний ДД1 и ДД2. На экране компьютера нажать кнопку «Сбалансировать перепад».

8. Открыть ВН4, ВН6. Закрыть ВН7.

9. Переключить электронный секундомер в автоматический режим управления.

10. Открыть кран ВН10. Дождаться слива жидкости из мерной емкости.

11. Нажать кнопку «Начать измерения».

12. Закрыть кран ВН10. Когда емкость наполнится до срабатывания первого датчика уровня, на экране должен начаться отсчет времени для определения расхода.

13. После достижения уровнем жидкости верхнего датчика уровня измерение автоматически остановится. Не нужно нажимать кнопку «Остановить измерения» (эта кнопка нужна для остановки сбора информации при нарушении последовательности выполнения лабораторной работы).

14. На экране компьютера появится значение среднего перепада давления на диафрагме и расхода воды. В случае, если СКО не превышает 5% от среднего значения, нажать кнопку «Добавить точку».

15. Открыть кран ВН10.

16. Частично закрывая кран ВН4 изменить расход, а следовательно, и перепад давления на диафрагме.

17. Повторить пункты 10-16 три-четыре раза.

18. Нажать кнопку «Вычислить коэффициент», на экране отобразится значение коэффициента К для данной диафрагмы, на графике отобразится кривая, построенная по тарировочным точкам.

19. Сохранить данные и график в файлы.

20. Записать значение давления перед диафрагмой и коэффициента АТ.

21. Проанализировать отклонение экспериментально полученных точек от тарировочной кривой, а также влияние количества тарировочных точек на коэффициент К. Сделать выводы.

22. Повторить исследование для второй диафрагмы, сравнить коэффициенты К.

23. Выключить насос тумблером «Подача воды».

Лабораторная работа №11.