Наша сеть партнеров Banwar
Загальні відомості
ламінарні витратоміри
об'ємні витратоміри
Авіаційна киснева маска
Нерідко виникає необхідність визначити кількість рідини або газу, яке проходить через певну площу. Такі обчислення використовують, наприклад, при визначенні кількості кисню, який проходить через маску, або, обчислюючи кількість рідини, яка проходить через каналізаційну систему. Швидкість, з якою рідина тече через це простір, можна вимірювати за допомогою різних величин, наприклад маси, швидкості, або обсягу. У цій статті розглянемо вимір з використанням обсягу, тобто об'ємний витрата.
Вимірювання об'ємної витрати
Для вимірювання об'ємної витрати потоку рідини або газу найчастіше використовують витратоміри. Нижче розглянемо різні конструкції витратомірів, і фактори, що впливають на вибір витратоміра.
Властивості витратомірів відрізняються в залежності від їх призначення і деяких інших чинників. Один з важливих факторів який слід враховувати при виборі витратоміра - середовище, в якому він буде використовуватися. Наприклад, витратоміри, призначені для роботи у важких умовах експлуатації, використовують в середовищі, яка викликає корозію і руйнує деякі матеріали, наприклад в середовищі з високою температурою або тиском. Деталі витратоміра, які знаходяться в прямому контакті із середовищем, виготовляють зі стійких матеріалів, щоб підвищити їх термін служби. У деяких конструкціях витратомірів датчик не стикається з середовищем, що призводить до збільшення його довговічності. Крім цього, властивості витратоміра залежать від в'язкості рідини - деякі витратоміри втрачають точність або взагалі перестають працювати, якщо рідина дуже в'язка. Важливе значення також має сталість потоку рідини - деякі витратоміри перестають нормально працювати в середовищі зі змінним потоком рідини.
Крім середовища, в якій буде використовуватися витратомір, при придбанні необхідно також взяти до уваги його точність. У деяких випадках допускають дуже низький відсоток помилки, наприклад 1% або нижче. В інших випадках вимоги до точності можуть бути не такими високими. Чим точніше витратомір, тим вище його вартість, тому зазвичай вибирають витратомір з точністю не набагато вище необхідної.
Крім цього, у витратомірів бувають обмеження мінімального або максимального об'ємної витрати. Вибираючи такий витратомір, варто переконатися, що об'ємна витрата в системі, де проводять вимірювання, не виходить за рамки цих обмежень. Також не варто забувати, що деякі витратоміри знижують тиск в системі. Тому необхідно переконатися, що це зниження тиску не викличе проблем.
У частині труби, де встановлено ламінарний витратомір, рідина рухається ламінарно, тобто шари рідини рухаються паралельно по відношенню один до одного. Ця частина труби, де потік ламінарії, позначена на цій ілюстрації цифрою 2. Потік рідини на відрізках труби до і після витратоміра - турбулентний, тобто частинки рідини рухаються хаотично у всіх напрямках. Об'ємна витрата знаходять за різницею тиску в рідині всередині витратоміра і за його межами, тобто за різницею в тиску між ламінарним і турбулентним потоком. На зображенні показані манометри, які вимірюють тиск в цих двох місцях.
Два самих широко використовуваних витратоміра - ламінарні витратоміри й витратоміри об'ємного витіснення. Розглянемо їх принцип роботи.
ламінарні витратоміри
Коли рідина тече в обмеженому просторі, наприклад через трубу або по каналу, то можливі два типи перебігу. Перший вид - турбулентний плин, при якому рідина тече хаотично, у всіх напрямках. Другий - ламінарний плин, при якому частинки рідини рухаються паралельно один одному. Якщо протягом ламінарно, то це не означає, що кожна частка обов'язково рухається паралельно всім іншим частинкам. Паралельно рухаються шари рідини, тобто кожен шар паралельний всім іншим верствам. На ілюстрації протягом в секціях труби 1 і 3 - турбулентному, а в секції 2 - ламінарно.
Спрощений малюнок витратоміра об'ємного витіснення на основі овальних шестерень. Шестерні позначені фіолетовим кольором. Крім механізмів з використанням шестерень існують також витратоміри на основі роторів, поршнів, а також тих, хто вагається або нутірующіх дисків
У ламінарному витратомірі встановлений фільтр, званий каналом потоку. За формою він нагадує звичайну решітку. На ілюстрації канал потоку відзначений номером 2. Коли рідина потрапляє в цей канал, її турбулентний рух всередині каналу стає ламінарним. На виході воно знову перетвориться в турбулентний. Тиск всередині каналу потоку нижче, ніж в решті частини труби. Ця різниця між тиском усередині каналу і за його межами залежить від об'ємної витрати. Тобто, чим вище об'ємна витрата - тим вище ця різниця. Таким чином, можна визначити об'ємний витрата, вимірюючи різницю в тиску, як показано на ілюстрації. Тут тиск вимірюється одним манометром на вході каналу потоку і одним - на виході.
об'ємні витратоміри
Об'ємні витратоміри складаються з колекторної камери, через яку тече рідина. Коли камера заповнена вщерть, вихід рідини з неї тимчасово блокується, після чого рідина вільно витікає з камери. Щоб визначити об'ємну витрату вимірюють або час, який необхідно, щоб заповнити вщерть камеру, або скільки разів камера була заповнена за певний час. Обсяг камери відомий і залишається незмінним, тому об'ємний витрата легко можна знайти, використовуючи цю інформацію. Чим швидше камера заповнюється рідиною, тим вище об'ємна витрата.
Обертові механізми на основі роторів, шестерень, поршнів, а також тих, хто вагається або нутірующіх дисків, використовують для того, щоб допомогти рідини проникнути в камеру, а також блокувати вихід цієї рідини з камери. Нутація - особливий вид обертання, який поєднує коливання і обертання навколо осі. Щоб зрозуміти, як виглядає диск, що піддається нутації, уявімо два види руху як на ілюстрації 1 і 2, суміщених разом. На третій ілюстрації зображено поєднане рух, тобто нутація.
Нутація - це сукупність двох типів руху, показаних на малюнках 1 і 2. Сама нутація зображена на третьому малюнку. На кожному зображенні показані три диска в один ряд - це три різних положення диска в часі. Червона точка позначає певне положення на диску. У міру обертання диска ця точка переміщається.
Об'ємні витратоміри частіше використовують з рідинами, але іноді з їх допомогою визначають об'ємний витрата газів. Такі витратоміри погано працюють, якщо в рідині є бульбашки повітря, так як простір, займане цими бульбашками включено в загальний обсяг в процесі обчислення, що неправильно. Одне з рішень цієї проблеми - позбутися від пухирців.
Об'ємні витратоміри не працюють в забрудненому середовищі, тому їх краще не використовувати з рідинами або газами, в яких зважені частинки інших речовин. Завдяки їх влаштування, витратоміри об'ємного типу моментально реагують на зміну течії рідини. Тому їх зручно використовувати в середовищі зі змінним плином рідини. Одне з поширених застосувань витратомірів об'ємного типу - вимірювання кількості використаної води в побутових цілях. Такі витратоміри нерідко використовують в лічильниках води, встановлених в житлових будинках і квартирах для того, щоб визначити вартість оплати комунальних послуг мешканців.
література
Автор статті: Kateryna Yuri
Ви маєте труднощі в перекладі одиниці виміру з однієї мови на іншу? Колеги готові вам допомогти. Опублікуйте питання в TCTerms і протягом декількох хвилин ви отримаєте відповідь.
Розрахунки для перекладу одиниць в конвертері «Конвертор об'ємної витрати» виконуються за допомогою функцій unitconversion.org .