книги из ГПНТБ / Ильинский В.М. Измерение массовых расходов

Обычно в качестве индикатора применяют растворы веществ, изменяющие оптические, химические и другие физические характеристики измеряемого потока. Оче­ видно, что в случае введения в поток тепловой энергии

Массовые расходомеры

С параметрическим воздействием на поток

гидроЭлектро­ придов привод

3ä<§

•3 g

Рис. 1.

приведенная зависимость сохранения количества вводи­ мого в поток материального параметра принципиально сохраняется и может быть представлена известным уравнением теплового баланса:

удельная массовая теплоемкость потока; АѲ — повыше­ ние средней калориметрической температуры потока.

10

в трубопроводах и каналах больших размеров в потоке газа устанавливается .неподвижный 'Цилиндрический эле­ мент, расположенный параллельно направлению движе­ ния и омываемый измеряемым потоком вдоль всей своей поверхности. Обтекаемая форма лобовой части тела спо­ собствует образованию стабильного ламинарного .погра­ ничного слоя на поверхности цилиндра. Внутри цилинд­ ра располагается электронагреватель. Теплоотвод вдоль оси преобразователя .практически отсутствует. Количест­ во тепла, выделяемое нагревателем, передается по пло­ щади цилиндра 5ц жидкости только через пограничный слой согласно закону Ньютона

При постоянных площади 5 Ц и разности температур 02 — Ѳі количество тепла WQ пропорционально коэффи­ циенту теплоотдачи ат, который зависит прежде всего от Массовой скорости ор, а также от ряда других вели­ чин: температуры среды Ѳі и теплопередающей поверх­ ности Ѳг, физических параметров среды, таких как дина­ мическая вязкость il, теплопроводность (к, от геометри­ ческих размеров и расположения преобразователя, учитывающихся коэффициентом Ф.

Вобщем случае эту зависимость можно представить

ввиде

ат = / ( о ; ©і; 02 ; Я; С у д ; р; іх; Ф ) .

или компенсировать их влияние. Кроме скорости потока, основным фактором, влияющим на коэффициент тепло­ отдачи, является форма и линейные размеры поверхно­ сти. Согласно теории пограничного слоя на поверхности

чбудет совершенно различная. Следовательно, для одно­ значности зависимости aT =f(ü 'p) необходимо иметь та­ кую форму и размеры первичного преобразователя, что­ бы «а поверхности имелось только одно состояние

12

Же увеличению интеграла знаменателя, и расход жидко­ сти, таким образом, остается постоянным. Величина g' может влиять лишь на величину значений С и степень точности ее определения. Следовательно, от величины g' будет зависеть только точность определения G.

Непрерывное измерение приращений концентраций представляет собой сложную задачу. Удобнее произво­ дить эти измерения не непрерывно, а через определен­ ные равные промежутки времени At.

Тогда расчетная формула для определения G полу­ чит вид:

в жидкой среде. Сущность метода заключается во вве­ дении в бак, КОТОРЫЙ заполнен жидкостью, известного количества частиц твердого вещества, обладающих оп­ ределенными свойствами и незначительными размерами. Физические свойства частиц должны позволять с помощью

распределение частиц по всей массе жидкости в конеч­ ном счете окажется статистически равномерным в макро­ скопическом смысле. В результате жидкость можно представить как бы разбитой на ряд элементарных объ­

представителями отдельных элементарных объемов или квантов жидкости.

15

В общем случае любая реальная жидкость представ­ ляет собой динамическую систему. Даже при условии постоянства массы форма жидкости легко изменяется при небольших возмущениях. При отсутствии взаимного влияния фиксация частиц в определенных точках объ­ ема становится практически невозможной. Под действи­ ем различных внешних и внутренних сил частицы будут

распределение частиц оказывается хаотическим, случай­ ным при непрерывном изменении их взаимного располо­ жения во времени и пространстве. Следовательно, ко­ личество жидкости, приходящееся на отдельные частицы, будет различным. Таким образом, квант жидкости есть случайная величина, распределенная по некоторому вероятному закону. Важнейшей его характеристикой является математическое ожидание, которое при извест­ ном числе введенных частиц <N0 и первоначальном объеме жидкости в баке Ѵ0 определяется как

/Пу= Ѵо/Мь

где тѵ — масса жидкости, приходящаяся на одну час­ тицу.

Из «закона больших чисел» следует, что при осред­ нении достаточно большого числа 'независимых и оди­

ческого ожидания величин.

Таким образом, средняя величина кванта жидкости (или плотность распределения частиц) является основ­ ным параметром статистического квантования, который

да, полное отсутствие или большие изменения перегру­ зок и т. д.), уровень которых обычно достаточно высок при эксплуатации подвижных объектов, в значительной степени будет способствовать быстрому установлению и поддержанию равномерности распределения частиц в объеме. Измерительная информация при этом'представ­ ляется в виде некоторого случайного явления, вероятно­ стные закономерности которого позволяют очень точно характеризовать контролируемый процесс истечения

16

жидкости из бака, лричем принципиально погрешность измерения параметров расхода или количества вытек­ шей жидкости может быть получена сколь угодно малой.

Таким образом, техническая реализация метода кван­ тования жидкости требует разработки способов получе­ ния и введения в известное количество жидкости опреде­ ленного числа микроскопических частиц, которые долж­ ны быть обнаружены в жидкости при ее истечении. В этом случае частота следования частиц, покидающих извест­ ный квантованный объем, будет являться мерой массо­ вого расхода вытекающей жидкости, независящей от профиля распределения скоростей в вытекающей струе. Количество частиц, вытекающих вместе с жидкостью, будет соответствовать массовому количеству вытекшей жидкости. Основным ограничением рассматриваемого метода является необходимость 'безвозвратного отбора жидкости из известного количества, квантованного ча­ стицами.

Принцип статистического квантования открывает новые возможности для проведения различного рода гид­ родинамических исследований. Здесь можно указать, например, измерение полностью бесконтактным спосо­ бом закона пространственного распределения скоростей жидкости в трубопроводе, определение степени неодно­ родности скоростей потока, исследование сплошности потока и т. д.

Кроме рассмотренных выше областей применения, метод статистического квантования может быть исполь­ зован для градуировки различных систем контроля ко­ личества жидкости и расходомеров, для измерения коли­ чества жидкости в труднодоступных емкостях и других областях.

В общем случае квантирующими частицами могут быть естественные устойчивые включения, которые при­ сутствуют в любой технической жидкости, но с точки зрения 'более простой технической реализации рацио­ нально искусственно вводить в жидкость эти частицы. Основным звеном измерительной части приборов, исполь­ зующих метод статистического квантования жидкости, является чувствительный элемент обнаруживания частиц. Этот элемент должен обеспечивать высокую чувстви­ тельность и быстродействие, временную и пространствен­ ную разрешаемость, селективность регистрации. Эти требования, а также наличие жидкой фазы между чув-

2—197 Гос. ітублкчмані7

НауЧНО-ТО".:Н!'!ч ;

6ИОЛИОТОІ:А COQt*

ЭКЗЕМПЛЯР

ЧИТАЛЬНОГО ЗАЛА

ствительным элементом скорости потока й ряд других' факторов существенно ограничивают применимость мно­ гих физических явлений для квантования жидкости ча­ стицами и обнаружения их в потоке.

Принципиально можно применять для реализации рассматриваемого метода явления отражения и рассея­ ния света, ферромагнитные и диэлектрические свойства веществ, радиоактивный распад и т. д. Однако проведен­ ные в последнее время исследования показали, что наи­ более эффективным способом обнаружения частиц в по­ токе жидкости является флуоресцентный. Этот способ может быть применен практически для любых жидких сред, поскольку флуоресцентное воздействие излучения охватывает диапазон от жестких гамма-лучей до види­ мого света. Простота аппаратуры, наличие преобразова­ телей высокой чувствительности и быстродействия, раз­

лями 2. В отличие от обычных лазеров, у которых один конец трубки покрывается серебром и световой поток излучается с другого конца, в этих устройствах световая энергия излучается с обоих концов лазера. Вследствие того что световые потоки излучаются лазером в двух на-

18