В книге изложены физические принципы, лежащие в основе существующих методов воспроизведения и измерения расхода напорных турбулентных потоков жидкостей, приемы и способы оценки методических погрешностей измерений, градуировки, поверки и аттестации расходоизмерительных систем.
Основой книги послужили материалы ряда научно-исследовательских работ, выполненных автором и его коллегами во Всесоюзном научно-исследовательском институте метрологической службы (ВНИИМС). Кроме того, были использованы результаты, полученные в исследовательских лабораториях Казанского филиала Всесоюзного ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательского института физико-технических и радиотехнических измерений (К.Ф ВНИИФТРИ) и научных центрах по расходометрии США, Англии, ФРГ.
Книга рассчитана на научных и инженерных работников, занимающихся вопросами создания, эксплуатации и метрологического обслуживания расходоизмерительных систем, а также может быть полезна студентам приборостроительных факультетов технических вузов.
Табл. 22. И л. 80. Библиогр. 112
ВВЕДЕНИЕ
Целью настоящей книги является анализ некоторых современных принципов 'повышения точности воспроизведения и измерения расхода -напорных турбулентных потоков жидкостей.
При этом из большого круга вопросов, «связанных с решением физических и метрологических задач в области измерений расхода, были отобраны лишь те, которые позволяют наиболее наглядно показать возможные пути решения этих задач и методы, которыми при этом можно 'воспользоваться.
Расход является одним из интегральных параметров потоков жидких и газообразных сред, а расходометрия — одной из прикладных дисциплин гидромеханики. Однако .классические положения и теоретические обоснования, изложенные в существующих курсах по гидравлике, механике жидкостей и газов, не.всегда дают приемлемые для расходомерной практики выводы (например, при оценке методических погрешностей измерений, определении динамических свойств расходомеров и др.). Это связано, в основном, с ограниченной точностью «классических» решений, 'базирующихся, как правило, на ряде (предпосылок, не учитывающих различные микроявления, с которыми приходится иметь дело метрологу-«расходомер-щику».
Вследствие этого представлялось целесообразным рассмотреть некоторые новые подходы к решению гидродинамических задач, возникающих в расходомерной практике, что и было сделано в главе I. Материал этой главы дает лишь некоторую предварительную подготовку, достаточную для того, чтобы приступить к самостоятельным работам в описанных аспектах, но, конечно, не заменяющую углубленного изучения работ по механике жидкостей и газов.
Во II и III главах описаны общие принципы воспроизведения и передачи значений расхода, конструктивные особенности и методики метрологического расчета элементов систем градуировки и поверки расходомеров, способы их аттестации. При этом не было попытки охватить все существующие образцовые расходомерные системы, а была лишь ориентация на наиболее, с нашей точки зрения, перспективные, хоть и не нашедшие на сегодняшний день преимущественного применения установки.
В главах IV и V изложены физические принципы существующих методов измерения расхода, проанализированы источники и причины методических погрешностей, предпочтительные области применения различных методов.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение ................. 3
Глава I. Некоторые гидродинамические вопросы измерения расхода напорных турбулентных потоков жидкостей........ 5
1.1. Флуктуации скоростей и расхода.......... 5
1.2. Уточненная модель распределения осредненных скоростей развитого турбулентного потока ............ 11
1.3. Участок стабилизации потока........... 19
1.4. Формирование поля скоростей потока......... 25
Глава II. Системы воспроизведения значений расхода...... 28
11.1. Элементы систем воспроизведения, их конструктивные и метрологические особенности............. 28
Статические расходомерные установки........ 29
Динамические расходомерные установки....... 33
Специальные установки для воспроизведения больших значений
расхода.............. 37
Специальные установки для воспроизведения малых (капельных)
расходов................ 39
Образцовые установки для воспроизведения расхода газообразных сред................ 41
11.2. Методика расчета основных элементов образцовых расходомерных
установок................ 44
Системы стабилизации напора.......... 44
Устройства для регулирования расхода........ 48
Перекидные устройства............ 52
/ II.3. Общие принципы аттестации средств воспроизведения расхода . 55
Глава 111. Вопросы градуировки, поверки и аттестации расходоиэмеритель-
ных устройств.............. 65
111.1. Принципы повышения точности градуировки расходомеров . . 65
111.2. Вопросы оптимизации поверки расходоизмерительных устройств 72
111.3. Элементы планирования метрологического эксперимента и численного анализа многофакторных зависимостей..... 90
Глава IV. Методы и средства измерений расхода....... 100
IV.1. Метод переменного перепада давления........ 100
Теоретическая модель коэффициента расхода сужающих устройств 10о
Оценки значений влияющих величин........ 102
Демпфирование пульсаций скорости сужающим устройством . . 106
Численный анализ методических погрешностей..... 114
IV.2. Тахометрический метод. Турбинные расходомеры..... 122
Теоретическая модель работы турбинных расходомеров . . . 122 Временная стабильность и параметры надежности турбинных
расходомеров .............. 132
238
1V.3. Турбопоршневой метод. Турбопоршневые расходомеры . . . 144
Метрологические возможности турбопоршневых расходомеров . 153
IV.4. Метод постоянного перепада давлений. Ротаметры . . . __ . 155
Обобщенное уравнение метода постоянного перепада давлений 155
Основы пересчета градуировок ротаметров...... 158
IV.5 Индукционный метод. Электромагнитные расходомеры . . .160 Специальные области применения электромагнитных расходомеров ................. 168
Электромагнитный измеритель скорости с внешним магнитным
полем................. }69
Дифференциальные электромагнитные расходомеры .... 1оУ
IV.6. Акустический метод. Ультразвуковые расходомеры .... 171
IV.7. Оптические методы. Лазерные расходомеры ,..... 176
IV.8. Расходомеры, основанные на использовании явления ядерного
магнитного резонанса (ЯМР).......... 187
IV.9 Центробежный метод. Центробежные расходомеры .... 192
IV. 10. Инерциальные методы измерения массового расхода . . . . 194
Турборасходомеры . ,........... 194
Кориолисовые и гироскопические расходомеры..... 195
IV.11. Тепловые методы измерения массового расхода..... 199
Калориметрические расходомеры......... 199
Термоанемометры............. 200
IV.12. Вихревой и гидродинамический методы....... 201
Глава V. Методы измерения расхода жидкостей и газов в трубопроводах
больших диаметров............. 203
V.I. Кросс-корреляционный метод........... 203
V.2. Методы смешения.............. 205
V.3. Метод гидравлического удара........... 210
V.4. Измерение расхода с помощью интегрирующей трубки . . . .211
V.5. «Точечные» методы............. 213
Глава VI. Анализ и сопоставление результатов измерений расхода . . . 218
VI.1. Выявление грубых промахов............ 218
Критерии грубых промахов........... 218
VI.2. Выявление систематических погрешностей и расхождений результатов измерений.............. 222
Способ последовательных разностей........ 222
Дисперсионный анализ............ 224
Способ сопоставления средних .......... 226
Комбинаторный критерий........... 227
VI.3. Способ выражения точности измерений расхода..... 228
Нримеры суммирования............ 232
Список литературы.............. 233
Цена: 300руб.
