Расходомеры на базе объёмных гидромашин

В системах объёмного гидропривода для измерения объёмного расхода рабочей жидкости применяют объёмные гидромашины (как правило шестерённые или аксиально-плунжерные гидромашины).

Объёмная гидромашина в этом случае работает как гидродвигатель, но без нагрузки на валу. Тогда объёмный расход через гидромашину можно определить по формуле:

,

где

Q — объёмный расход,

q₀ — рабочий объём гидромашины (определяется по паспорту гидромашины),

n — частота вращения выходного вала гидромащины, которую можно измерить тахометром.

Объёмная гидромашина пропускает через себя весь расход жидкости, что для объёмного гидропривода не представляет сложности ввиду малых расходов.

Вентури-метры

Принцип действия расходометров этого типа основан на эффекте Вентури. Вентури-расходомер сужает поток жидкости в некотором устройстве, и датчики давления измеряют разницу давлений перед указанным устройством и непосредственно в месте сужения. Этот метод измерения расхода широко используется при транспортировке газов по трубопроводам, и использовался ещё во времена Римской империи.

Эффект Вентуризаключается в падении давления, когда поток жидкости или газа протекает через суженную часть трубы.

Эффект Вентури является следствием уравнения Бернулли, определяющего связь между скоростью v жидкости, давлением p в ней и высотой h частиц над площадью отсчёта:

,

где

p — плотность жидкости;

g — ускорение свободного падения;

— пьезометрический напор;

— динамический напор.

Если уравнение Бернулли записать для двух сечений потока, то будем иметь:

Для горизонтального потока средние члены в левой и правой частях уравнения равны между собой, и потому сокращаются, и равенство принимает вид:

то есть при установившемся горизонтальном течении идеальной несжимаемой жидкости в каждом её сечении сумма пьезометрического и динамического напоров будет постоянной. Для выполнения этого условия в тех местах потока, где средняя скорость жидкости выше (то есть, в узких сечениях), её динамический напор увеличивается, а гидростатический напор уменьшается (и значит, уменьшается давление).

Эффект Вентури наблюдается или используется в следующих объектах:

§ в гидроструйных насосах, в частности, в танкерах для продуктов нефтяной и химической промышленности;

§ в горелках, которые смешивают воздух и горючие газы в гриле, газовой плите, горелке Бунзена и аэрографах;

§ в трубках Вентури — сужающих элементах расходомеров Вентури;

§ в расходомерах Вентури;

§ в водяных аспираторах эжекторного типа, которые создают небольшие разряжения с использованием кинетической энергии водопроводной воды;

§ пульверизаторах (опрыскивателях) для распыления краски, воды или ароматизации воздуха.

§ карбюраторах, где эффект Вентури используется для всасывания бензина во входной воздушный поток двигателя внутреннего сгорания;

§ в автоматизированных очистителях плавательных бассейнов, которые используют давление воды для собирания осадка и мусора;

§ в кислородных масках для кислородной терапии и др.

Измерение расхода

Эффект Вентури может быть использован для измерения объёмного расхода Q.

Так как

,

то

где

A₁ и A₂ — площади поперечного сечения потоков, соответственно, в широкой и узкой частях потока;

p₁ и p₂ — давления, соответственно, в широкой и узкой частях потока.

Дисковая диафрагма

ISO 5167 Дисковая диафрагма

Диафрагма представляет собой диск со сквозным отверстием, вставленный в поток. Дисковая диафрагма сужает поток, и разница давлений, измеряемая перед и после диафрагмы, позволяет определить расход в потоке. Этот тип расходомера можно грубо считать одной из форм Вентури-метров, однако имеющую более высокие потери энергии. Существует три типа дисковых диафрагм: концентрические, эксцентриковые и сегментальные.

Трубка Пито

Расходомеры на основе трубки Пито измеряют динамическое давление

в застойной зоне потока (англ.).

С помощью уравнения Бернулли, и зная динамическое давление, можно определить скорость потока, а значит, и объёмный расход(Q=SV, где S — площадь поперечного сечения потока, V — средняя скорость потока).