6.2.3. Измерение расхода методом динамического давления

Рис. 6.2

При измерении расхода методом динамического давления применяются напорные трубки в комплекте с микроманометрами или измерительными пре­образователями давления. Напорная трубка, называемая дифференциальной трубкой Пито [ГОСТ 18003 - 98], состоит из двух частей (рис. 6.2): головки 1, ось которой располагается параллельно движению потока, и державки 2, ось которой перпендикулярна движению потока.

Достаточно тонкая струйка набегающей на сферическую часть головки жидкости почти полностью тормозится, скорость ее приближается к нулю, а давление в этой зоне быстро возрастает и в критической точке доходит до дав­ления Р, называемого полным давлением. Этим обусловливается выполнение отверстия, воспринимающего полное давление, в лобовой точке головки.

Из гидромеханики известно, что полное давление складывается из стати­ческого и динамического давлений: Р = Р_с + Р_д. Статическое давление воспри­нимается отверстиями в головке трубки, оси которых перпендикулярны головке, расположенными между точками x₁ и х₂ (рис. 6.2).

Таким образом, если измерить полное и статическое давление, то ско­рость потока может быть вычислена:

(69)

поскольку , где - плотность жидкости (газа).

Непараллельность осей головки и набегающего потока может достигать 15° без заметного ущерба для точности измерения, вследствие исполнения по­верхности передней части головки, в виде полусферы.

Через центральное отверстие, имеющее конечную площадь, т. е. не являющееся точкой, подводится не полное давление, а несколько меньшее. Вследствие этого возникает погрешность метода, величина которой зависит от соотношения диаметров отверстия и головки. Поэтому в правую часть уравнения (69) вводится поправочный коэффициент , величина которого по опытным данным колеблется от 1,01 до 1,04 для разных конструкций трубок.

Для определения расхода вещества при помощи дифференциальной труб­ки Пито следует определить среднюю скорость потока в сечении трубопровода.

Для определения средней скорости потока сечение трубопровода разби­вают на N участков с равными площадями, в каждом из которых измеряют ди­намическое давление потока. Круглое сечение, например, разбивают на ряд равновеликих кольцевых участков. Площадь каждого кольца и центрального круга делят окружностью на две равновеликие части, в точках пересечения этих окружностей с диаметром трубопровода измеряют динамическое давление, считая, что во всех точках равновеликой площадки скорости одинаковы и рав­ны измеряемой. Значения радиусов средних окружностей, определяющих по­ложения точек измерения динамического давления в каждой равновеликой площадке поперечного сечения трубопровода, вычисляют по формуле:

, (70)

где r_i – радиус окружности равновеликой площадки, отсчитанный от центра трубы;

I – порядковый номер равновеликой площадки, отсчитанный от центра трубы;

r – внутренний радиус трубопровода;

N – количество равновеликих площадок.

Определив по (69) скорость потока в каждой равновеликой площадке с учетом коэффициента и местного ускорения свободного падения g:

, (71)

вычисляют расход вещества:

, (72)

где F – площадь поперечного сечения трубопровода;

n – отсчет по шкале микроманометра;

α – угол наклона шкалы микроманометра;

- плотность рабочей жидкости в микроманометре.

, (73)

- средняя скорость в каждой равновеликой площадке;

j – число наблюдений в каждой равновеликой площадке.