МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ И  НАУКИ

РЕСПУБЛИКИ  КАЗАХСТАН

Северо-Казахстанский  государственный  университет

им. М.Козыбаева 

Факультет энергетики и машиностроения

Кафедра энергетики и приборостроения 
 
 
 
 
 
 

КУРСОВОЙ  ПРОЕКТ 

На  тему: "Измерение расхода жидкости"

по  дисциплине: "Расчет и проектирование приборов" 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Выполнил                                                                            Россинский В.Г. 

Научный руководитель

зав. кафедры                                                                       Демьяненко А.В. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      Петропавловск 2011

 

      Содержание 

Введение

Физические  основы принципа действия кориолисова  расходомера

Скорость

Сила  Кориолиса

Движение  жидкости и расход

Методы  измерения массы

Способы определения массового расхода

Кориолисовы массовые расходомеры

Конструкции трубок и принцип действия

Структурная схема измерения массового расхода

Эволюция  кориолисовых расходомеров

Некоторые особенности применения

Точность  и диапазоны расходов

Размеры и падение давления

Применения  и ограничения

Рекомендации  по установке

Вывод

Источники информации

 

      Введение 

     В связи с развитием рыночной экономики  возникает необходимость реорганизации  системы учета сырьевых и продуктовых  потоков. Все потоки по своему типу, например на нефтеперерабатывающем  заводе можно разделить на: входящие (сырье на завод), внутрицеховые, межцеховые, выходящие (продукция с завода).

     Возрастающие  требования к качеству измерения  расхода на узлах коммерческого  учета вызывают необходимость замены ряда устаревших приборов на более современные. Причем они должны удовлетворять ряду качественных критериев: измерение массового расхода, измерение плотности, измерение температуры, наличие компьютерного интерфейса, удобство монтажа и эксплуатации.

     Приборы, отвечающие этим требованием, относятся к прямому методу измерения массы продукта.

     Таким прибором является кориолисов массовый расходомер. Он обладает точностью  выше, чем все остальные расходомеры, имеет ряд преимуществ перед  объемными расходомерами. В первую очередь это измерение массового расхода напрямую. Это особенно важно на химическом производстве, где необходим точный учет жидкостей.

     Измерение массового расхода исключает  необходимость в переводе объемного  расхода в массовый, путем вычисления.

     Рассмотрим  подробно понятия и явления и  законы, лежащие в основе принципа действия прибора.

 

      Физические основы принципа действия кориолисова  расходомера

     Скорость

 

     Материальная  точка при своем движении описывает  некоторую линию. Эта линия называется траекторией. В зависимости от формы траектории различают прямолинейное движение, движение по окружности, криволинейное движение и т.п.

     Пусть материальная точка (в дальнейшем –  частица) переместилась вдоль некоторой  траектории из точки 1 в точку 2. Расстояние между точками 1 и 2, отсчитанное вдоль траектории, называется путем, пройденным частицей. Мы будем обозначать его буквой s.

     Прямолинейный отрезок, проведенный из точки  1 в точку 2, называется перемещением частицы. Обозначим его символом r₁₂. Предположим, что частица совершает последовательно два перемещения: r₁₂ и r₂₃. Суммой этих

перемещений естественно назвать такое перемещение  r₁₃, которое приводит к тому же результату, что и первые два перемещения вместе. 

Рис 1. 

     Таким образом, перемещения характеризуются  численным значением и направлением и, кроме того, складываются по правилу параллелограмма. Отсюда следует, что перемещение есть вектор.

В обыденной  жизни под скоростью понимают путь, проходимый частицей за единицу  времени. Если за равные, сколь угодно малые промежутки времени частица  проходит одинаковые пути, движение частицы называют равномерным. В этом случае скорость, которой обладает частица в каждый момент времени, можно вычислить, разделив путь s на время t.

     В физике под скоростью понимают векторную  величину, характеризующую не только быстроту перемещения частицы по траектории, но и направление, в котором движется частица в каждый момент времени. Разобьем траекторию на бесконечно малые участки длины ds. Каждому из участков сопоставим бесконечно малое перемещение dr.

       

Рис 

     Разделив  это перемещение на соответствующий промежуток времени dt, получим мгновенную скорость в данной точке траектории: Таким образом, скорость есть производная радиуса-вектора частицы по времени. Перемещение dr совпадает с бесконечно малым элементом траектории. Следовательно, вектор v направлен по касательной к траектории.

     Рассуждая более строго, для получения формулы  мгновенной скорости нужно поступить  следующим образом. Зафиксировав некоторый  момент времени t, рассмотрим приращение радиуса-вектора Dr, за малый промежуток времени Dt, следующий за t. Отношение Dr/Dt среднее значение  скорости за время Dt. Если брать все меньшие промежутки времени Dt, отношение Dr/Dt в пределе даст значение скорости v в момент времени t:

     Найдем  модуль этого выражения, т.е. модуль скорости v:

     В этой формуле нельзя написать Dr вместо |Dr|. Вектор Dr есть по

 существу  разность двух векторов (r в момент времени t+Dt минус r в момент времени t).

 

Поэтому его модуль можно записать только с помощью вертикальных черточек. Символ |Dr| обозначает модуль приращения вектора r, в то время как Dr представляет собой приращение модуля вектора r: D|r|. Обе эти величины, вообще говоря, не равны друг другу:

     В этом можно убедиться на следующем  примере. Пусть вектор r получает такое приращение Dr, что модуль его не изменяется: |r+Dr|=|r|. Тогда приращение модуля вектора равно нулю (D|r|=Dr=0). В то же время модуль приращения вектора r, т.е. |Dr|, отличен от нуля. Сказанное справедливо для любого вектора a: в общем случае |Da| не равно Da. Видно, что путь Ds, вообще говоря, отличен по величине от модуля перемещения Dr. Однако, если брать отрезки пути Ds и перемещения Dr, соответствующие все меньшим промежуткам времени Dt, то различие между Ds и |Dr| будет убывать и их отношение в пределе станет равным единице:

       
 

     На  этом основании можно заменить |Dr| через Ds, в результате чего получится выражение:

       
 

     Таким образом, модуль скорости равен производной  пути по времени.

     Очевидно, что величина, называемая в обыденной  жизни скоростью, на самом деле представляет собой модуль скорости v. При равномерном движении модуль скорости остается неизменным (v=const), в то время, как направление вектора v, изменяется произвольным образом ( в частности, может быть постоянным).

     Сила  Кориолиса

 

     При движении тела относительно вращающейся системы отсчета, кроме центробежной силы инерции, появляется еще одна сила, называемой силой Кориолиса или кориолисовой силой инерции.

     Появление кориолисовой силы можно обнаружить на следующем примере. Возьмем горизонтально  расположенный диск, который может вращаться вокруг вертикальной оси. Прочертим на диске радиальную прямую OA. Запустим в направлении от O к А шарик со скоростью v^| . Если диск не вращается, шарик будет катиться вдоль прочерченной нами прямой. Если же диск привести во вращение в направлении, указанном стрелкой, то шарик будет катиться по изображенной пунктиром кривой ОВ, причем его скорость относительно диска v^| будет изменять свое направление. Следовательно по отношению к вращающейся системе отсчета шарик ведет себя так, как если бы на него действовала сила F_к, перпендикулярная к скорости v^|.

     Чтобы заставить шарик катиться по вращаемуся диску вдоль радиальной прямой, нужно  сделать направляющую, например в  виде ребра ОА. При качении шарика направляющее ребро действует на него с некоторой силой F_r. Относительно вращающейся системы отсчета (диска) шарик движется с постоянной по направлению скоростью. Это можно формально объяснить тем, что сила F_r уравновешивается приложенной к шарику силой инерции F_к, перпендикулярной к скорости v^|. Сила F_к и есть кориолисова сила инерции.

Найдем  сначала выражение силы Кориолиса  для частного случая, когда частица  m движется относительно вращающейся системы отсчета 

     равномерно  по окружности, лежащей в плоскости, перпендикулярной к оси вращения, с центром, находящимся на этой оси.

      Рис 

     Скорость  частицы относительно вращающейся  системы обозначим v^|. Скорость частицы относительно неподвижной (инерциальной) системы отсчета v равна по величине v^|+wR в случае (а) и |v^|+wR | в случае (б), где w-угловая скорость вращающейся системы, R – радиус окружности.

     Для того чтобы частица двигалась  относительно неподвижной системы  по окружности со скоростью v=v^|+wR, на нее должна действовать направленная к центру окружности сила F, например, сила натяжения нити, которой частица привязана к центру окружности. Величина этой силы равна 

     

     Относительно  вращающейся системы частица  в этом случае движется с ускорением w^|_n= v^|2/R, т. е. так, как если бы на нее действовала сила 

     

Таким образом, во вращающейся системе  частица ведет себя так, как если бы на нее, кроме направленной к центру окружности силы F, действовали еще две направленные от центра силы: F_цб=mw²R и сила F_к, модуль которой равен 2mv^|w. Легко сообразить, что силу F_к можно представить в виде

     Эта сила и есть кориолисова сила инерции. При v^|=0 эта сила отсутствует. Сила F_цб не зависит от v^| - она действует как на покоящиеся, так и на движущиеся тела. 

     

     В случае, изображенном на рисунке,

     Соответственно

     

     Следовательно, во вращающейся системе отсчета  частица ведет себя ак, как если бы на нее действовали две направленные к центру окружности силы: F и F_к, а также направленная от центра сила F_цб=mw²R. Сила F_к и в этом случае может быть представлена в виде векторного произведения.

     Движение  жидкости и расход