Скачать бесплатную работу можно по короткой ссылке. Ознакомится с содержимым можно ниже.
Глава 1 Характеристика и анализ методики выполнения измерения расхода воздуха с использованием сопла Вентури
Глава 2 Статистическая обработка результатов многократных измерений величины объемного расхода воздуха с использованием сопел Вентури
Для измерения расхода жидкостей, газов и пара в трубопроводах наибольшее распространение получил метод, основанный на зависимости расхода вещества от перепада давления, вызванного сужающим устройством. Устройство для сужения потока выполняет функции первичного преобразователя. Его устанавливают в трубопроводе.
В качестве сужающих устройств при измерении расхода жидкостей, газов и пара применяют стандартные диафрагмы и сопла Вентури (рисунок 1).
Сопло Вентури — устройство для измерения расхода или скорости потока газов и жидкостей, представляющее собой трубу с горловиной, включаемую в разрыв трубопровода. Имеет наименьшие потери давления среди сужающих поток расходомеров. Названа по имени итальянского ученого Дж. Вентури. В основе принципа действия трубы Вентури лежит эффект Вентури — явление уменьшения давления в потоке жидкости или газа, когда этот поток проходит через суженный участок трубы.
Устройство имеет круглое отверстие, расположенное концентрично относительно стенок трубопровода; диаметр этого отверстия меньше внутреннего диаметра трубопровода и создает в нем местное сужение потока. При проходе вещества через сужающее устройство увеличивается скорость потока по сравнению со скоростью до сужения. Увеличение скорости, а следовательно, и кинетической энергии, вызывает уменьшение потенциальной энергии потока в суженном сечении, поэтому статическое давление в суженном сечении меньше, чем в сечении до сужающего устройства. При протекании вещества через сужающее устройство создается перепад давления, зависящий от скорости потока и, следовательно, от расхода. Таким образом, перепад давления, создаваемый сужающим устройством, может служить мерой расхода вещества, протекающего в трубопроводе, а численное значение расхода вещества может быть определено по перепаду давления, измеренному дифференциальным манометром. [1]
1 ─ кольцевые усредняющие камеры; 2 ─ входной конус; 3 ─ горловина; 4 ─ диффузор
Рисунок 1 ─ Сопло Вентури
Сопло Вентури состоит из входного конуса, горловины и диффузора. Для выравнивания давления на периферии горловина и входной конус имеют кольцевые усредняющие камеры, в нижней части которых устанавливают приспособления для спуска жидкости. То есть, сопло Вентури имеет профильную входную, цилиндрическую среднюю и коническую выходную часть (рисунок 2).
1 ─ входная профильная часть; 2 ─ выходная коническая часть
Рисунок 2 ¬─ Схема сопла Вентури
Если конечный диаметр диффузора меньше диаметра трубопровода, то труба называется короткой, если равен — длинной. Отводы от трубы подключают к дифференциальному манометру. Расход воздуха определяется выражением:
Q = (С∙ε∙К_ш∙А_2)/(√(1-(А_2/А_1 )) 2) √(2∙(Р_1-Р_2)/ρ), где
Q ─ объемный расход воздуха, м3/с;
C — экспериментальный коэффициент, отражающий потери внутри расходомера;
A1 и A2— площади сечения трубопровода и горловины соответственно, м2;
ρ — плотность жидкости или газа, кг/м3;
P1 и P2 — статические давления на входе трубы и в горловине, Па;
ε ─ температурный коэффициент линейного расширения материала,
Kш ─ поправочного коэффициента на шероховатость внутренней поверхности измерительного трубопровода.
Измерение расхода воздуха с помощью сопла Вентури является косвенным, т. к. искомое значение величины рассчитывают на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, подвергаемыми прямым измерениям, т. е. необходимо обработать результаты измерения вне прибора.
Профиль сопел Вентури приближается к свободному изменению формы потока при прохождении через сужающее устройство, поэтому остаточная потеря давления при их использовании получается значительно меньше по сравнению с другими видами сужающих устройств. В общем случае сужающее устройство выбирают, исходя из допустимого значения потери давления, требуемой точности измерений, условий установки сужающего устройства в трубопроводе. Сопло Вентури применяют в том случае, когда необходимо уменьшить влияние коррозии и эрозии сужающего устройства на результаты измерения, а также при малых значениях диаметра выходного отверстия сужающего устройства. Потери напора при использовании трубы Вентури составляют от 5 до 20 %. [2] Действительный массовый расход получается меньше рассчитанного по теоретическому уравнению расхода, что корректируется экспериментальным коэффициентом, отражающим потери внутри расходомера, С. Кроме того, сужающее устройство должно быть изготовлено из материала, температурный коэффициент линейного расширения (ε) которого известен в диапазоне изменения температуры среды.
Значения С и ε определены в результате экспериментальных исследований, проведенных на гидравлически гладких трубопроводах при равномерном распределении скоростей потока по сечению трубопровода и развитом турбулентном режиме течения этого потока.
Наличие местных гидравлических сопротивлений (трубопроводной арматуры, отводов и т.д.) и применение шероховатых трубопроводов приводит к искажению распределения скорости по их сечению. Для выравнивания распределения скоростей по сечению измерительного трубопровода, неравномерность которого обусловлена наличием местных сопротивлений, применяют прямые участки трубопроводов определенной длины. Влияние шероховатости невозможно исключить подобным конструктивным путем. Поэтому влияние шероховатости измерительного трубопровода на значение коэффициента истечения корректируют с помощью поправочного коэффициента на шероховатость внутренней поверхности измерительного трубопровода Kш. [3] При измерении расхода вещества могут возникать прогрессирующие погрешности, вызванные изменением коэффициента истечения вследствие образования осадков на сужающем устройстве и стенках измерительного трубопровода. Кроме того, может возникать инструментальная погрешность измерения при определении давления при помощи дифференциального манометра, а также субъективная погрешность, обусловленная индивидуальными особенностями оператора. Для снятия показаний давления с манометра при положении указателя между отметками шкалы отсчитывание осуществляется либо с округлением до ближайшего деления, либо с интерполированием доли деления на глаз. В случае, если плоскости шкалы и указателя не совпадают, возможно возникновение погрешности отсчитывания из-за параллакса при «косом» направлении взгляда оператора.
Требования к геометрическим размерам и условиям применения сужающих устройств (в том числе сопел Вентури), а также требования к параметрам и условиям их применения установлены в ГОСТ 8.563.1-97 «Диафрагмы, сопла ИСА 1932 и трубы Вентури, установленные в заполненных трубопроводах круглого сечения. Технические условия». Методику выполнения измерений (МВИ) расхода и количества жидкостей и газов с помощью измерительных комплексов, включающих сужающие устройства, устанавливает ГОСТ 8.563.2-97 «Методика выполнения измерений с помощью измерительных устройств». Данный стандарт рассматривает практическое применение метода переменного перепада давления.
Технические характеристики сопла Вентури, предназначенного для работы при перепаде давления до 1,6 МПа, представлены в таблице 1.
В теоретической метрологии известно, что результат многократных измерений, являясь случайной величиной, представляется в виде некоторой оценочной характеристики положения закона распределения вероятности, значения которой определено в доверительных интервалах с заданной вероятностью. Так как размеры доверительных интервалов зависят от законов распределения вероятности, то для повышения точности целесообразно найти закон распределения вероятности и только после этого рассчитать границы, в которых может находиться оценка характеристики положения с выбранной заданной доверительной вероятностью. С оценкой характеристики положения идентифицируется значение измеряемой величины.
В результате измерения величины объемного расхода воздуха получен следующий массив данных
