ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Измерение массовых расходов из "Измерения при теплотехнических исследованиях " При проведении теплотехнических исследований, в конечном счете, всегда необходимо определение не объемных, а массовых расходов потоков, так как тепловые, силовые или иные энергетические преобразования, происходящие в объектах исследования определяются не объемом, а количеством массы рабочих тел — носителей энергии. Объемные расходомеры могут использоваться только тогда, когда с необходимой точностью известна плотность потока в моменты измерений. В противном случае необходимы специальные измерители массового расхода жидкостей, газов, их смесей или потоков, содержащих твердые включения различных размеров. Многочисленные предложенные и проверенные в действии схемы массовых расходомеров в соответствии с условиями применения могут быть отнесены к одной из трех категорий. [c.375] Наиболее просто осуществляется измерение массовых расходов гомогенных потоков при постоянной плотности или при ее медленном и небольшом изменении. В этих случаях измерения могут проводиться или с помощью тепловых расходомеров, или схем, состоящих из объемного расходомера и плотномера, или комбинированных схем, составленных из двух объемных расходомеров разного принципа действия. [c.375] Наименее разработаны в настоящее время расходомеры, пригодные для использования в гетерогенных потоках. Рассмотрим подробнее некоторые характерные способы измерения массовых расходов, применяемые в различных условиях. [c.376] Измерение массового расхода при маломеняющейся плотности. В этих условиях находят применение тепловые расходомеры, в основу действия которых положена зависимость теплового состояния приемного преобразователя расходомера (включающего в себя посторонний источник энергии) от расхода потока, омывающего преобразователь. Количество тепловой энергии Q , отдаваемой нагревателем в поток жидкости в единицу времени, зависит от величины коэффициента теплоотдачи а и разности между температурой поверхности нагревателя и температурой жидкости, т. е. [c.376] Точность тепловых расходомеров невелика, их основная приведенная погрешность обычно составляет около 2%, инерционность же (за исключением термоанемометрических) весьма велика постоянная времени приборов измеряется минутами или десятками минут. Тепловые расходомеры пригодны для измерения сверхмалых расходов (до 0,5—1 г/ч) и в этой области другие расходомеры не могут конкурировать с ними. [c.377] Деля величину Аф на сигнал, пропорциональный п (частоту /), получаем значение промежутка времени А/ между импульсами, генерируемыми в двух тахометрах. [c.380] Длительность промежутка времени легко измеряется с помощью электронного счетчика. Авторы, предложившие этот вариант преобразователя, справедливо указывают на необходимость температурной компенсации деформации пружины. [c.381] Измерители массового расхода при значительных изменениях плотности гомогенных потоков. Как уже отмечалось, в этих случаях создается и поддерживается дополнительное перемещение жидкости, благодаря которому потоком приобретается некоторая дополнительная кинетическая энергия. Этот запас энергии используется для получения выходного сигнала расходомера. Поскольку мощность, необходимая для поддержания дополнительного движения, пропорциональна массе потока, участвующей в движении, то и кинетическая энергия, полученная потоком, и выходной сигнал преобразователя оказываются пропорциональны массовому расходу. Простейшие расходомеры такого типа имеют выходной сигнал в виде переменного перепада давления. [c.381] В схеме на рис. 162, а статические давления измеряются в точках, лежащих на одном диаметре цилиндра, перпендикулярном оси основного потока в схеме на рис. 162, б — в наименьшем сечении труб Вентури. Выражение (Х1.44) представляет собой статическую характеристику идеального прототипа массового расходомера. В действительности наблюдаются значительные отклонения от линейности, вызванные неидентичностью потоков в ветвях и влиянием режимов течения. Для -измерений гетерогенных потоков схема на рис. 162, а непригодна из-за сепарации компонентов под действием центробежных сил. В расходомере, выполненном по схеме рис. 162, б, следует ожидать существенного влияния на коэффициент преобразования соотношения фаз, так как потери напора в двухфазных потоках резко зависят от отношения скоростей фаз. Ряд схем, аналогичных рассмотренным, приведен в [165]. Так как уравнение Бернулли, использованное для вывода (Х1.44), действительно только на установившихся режимах, то массовые расходомеры с датчиками переменного перепада давления непригодны для измерений в динамических режимах. [c.382] Лучшими динамическими характеристиками обладают массовые расходомеры, в которых создается вращательное движение элементов трубопровода. На рис. 163 приведены две схемы, характерные для расходомеров такого типа. В первой схеме (рис. 163, а) поток поступает в Т-образную трубку, вращаемую с постоянной угловой скоростью со. Энергия, приобретенная потоком в этой трубке, возвращается при проходе второй Т-образной трубки в форме момента, закручивающего торсионный элемент. [c.382] Измерение массового расхода гетерогенных потоков. Проведение измерений в этом случае сопряжено с большими принципиальными затруднениями. Существует два вида двухфазных потоков потоки жидкости или газа, несущие твердые взвешенные частицы, и потоки, представляющие собой смеси жидкости и газа или двух взаимно нерастворимых жидкостей. Основное различие этих двух родов двухфазных систем заключается в том, что твердые частицы сохраняют в процессе движения свою форму и массу, в то время как пузыри, капли, пленки газожидкостных смесей обычно меняют свою форму, а часто и массу 3 результате слияния или разрывов отдельных элементов потока. Местная мгновенная плотность потоков с твердыми включениями зависит не только от значений плотности входящих в смесь компонентов, но и от геометрической формы твердых частиц, которые определяют плотность упаковки этих частиц. [c.386] На поверхностях раздела фаз газожидкостных систем возникают особые силовые, а при неизотермическом течении и тепловые взаимодействия, что существенным образом влияет на изменение полей скоростей течения, давлений, температур, тепловых и диффузионных потоков при переходе из одной точки пространства к другой, отделенной от первой поверхностью раздела фаз. Во многих случаях на границе раздела фаз возникает скачкообразное изменение давления и вектора скорости. Скорости движения фаз, как правило, различны. Особенностью жидкостно-жидкостной смеси является также и то, что даже будучи составленной из несжимаемых компонентов она в целом ведет себя во многих отношениях как сжимаемая жидкость. Это свойство проявляется в тех случаях, когда в направлении течения меняются скорости фаз и соответственно плотность смеси. [c.386] В общем случае для определения массового расхода многофазного потока необходимо знать скорости движения каждой фазы, плотности каждой фазы и соотношения фаз в данном поперечном сечении трубопровода. Пока еще не найдено принципиальное объединение этих измерений в одном приборе. Известные массовые расходомеры, если пренебречь специфическими погрешностями, вызванными центробежным разделением фаз, в лучшем случаеУреагируют на некоторую кажущуюся массовую скорость движения смеси. Определение связи регистрируемого параметра с истинным массовым расходом в каждом отдельном случае устанавливается экспериментальным путем. В связи с этим методы обобщенного анализа опытных данных имеют еще большее значение, чем в расходометрии однородного потока. В зависимости от физических особенностей компонентов растет число размерных параметров, определяющих процесс преобразования в приборе и, следовательно, число критериев подобия процесса обобщенные статические характеристики расходомеров описываются сложными зависимостями. [c.386] При обработке измерений легко обнаруживается, что их результаты располагаются в некотором интервале, называемом интервалом неопределенности. Изучение этого явления показало, что оно обусловлено двумя группами факторов а) детерминированными, определяющими систематический сдвиг интервала неопределенности относительно начала отсчета б) случайными, определяющими ширину этого интервала. В связи с этим при анализе результатов измерений можно выделить следующие основные задачи 1) определение детерминированного сдвига интервала неопределенности . 2) оценку точки этого интервала, которую следует принимать за истинное значение измеряемой величины 3) оценку величины рассеивания результатов измерений относительно принятого истинного значения результата 4) исключение результатов, связанных с грубыми ошибками экспериментатора, резким изменением условий наблюдения или других факторов, существенно влияющих на правильность показания измерительного прибора. [c.388] Решение этих задач связано с применением математических методов статистического анализа. Этим методам и посвящен настоящий раздел, который включает в себя следующие основные вопросы понятие теории погрешностей классификацию и учет систематических погрешностей исключение грубых ошибок и промахов, возникающих в процессе измерения оценку точечных и интервальных значений измеряемого параметра, а также закона его распределения оценку параметра, связанного функционально с результатами ряда измерений экспериментальную оценку параметров данного уравнения. [c.388] Когда п возрастает, многие статистики сходятся по вероятности к соответствующим параметрам теоретического распределения X. В частности, относительные частоты сходятся в среднем к соответствующим вероятностям. Поэтому каждую выборку рассматривают как выборку из теоретически бесконечной генеральной совокупности, в которой распределение признака совпадает с теоретическим распределением вероятностей величины X. Последнее называется распределением генеральной совокупности, а его параметры — параметрами генеральной совокупности. Во многих приложениях теоретическая генеральная совокупность есть только полезная идеализация действительной совокупности, из которой получена выборка. [c.389] Выборка объема п — результат п независимых повторных измерений (или реализаций X). . ., х , которые представляют собой независимые случайные величины с одинаковой плотностью вероятности / (х). Такая выборка представляет собой п-мерную случайную величину (х ,. . х ). [c.389] Закон распределения случайной величины функция распределения плотность распределения тип (семейство) распределения. [c.389] Наиболее широко распространенными в практике статистических исследований являются такие типы распределения, как нормальное, равномерное, Пуассона, биномиальное, гамма, Вейбула, хи-квадрат, а также распределения, связанные с нормальным — Стью-дента, бета, логарифмически нормальное. [c.390] Непрерывные распределения имеют три вида параметров, которые определяют его центр, масштаб и форму. Параметры центра распределения представляют собой координату центра тяжести плотности распределения X на оси х. Параметры масштаба характеризуют рассеивание X на этой оси, а параметры формы определяют конфигурацию кривой / (х) и непосредственно связаны с такими важными характеристиками распределения, как скошенность или асимметрия, плосковершинность или эксцесс. [c.390] Вернуться к основной статье