10.7. Измерение расхода газа. Часть 1

Регулирование расхода газа значительно сложнее регулирования расхода жидкости. При любом способе измерения газ сначала полностью очищают от примеси аэрозоля , поскольку ни одна система измерения расхода газа не будет надежно работать с загрязненной газовой фазой.

Для определения расхода газа используют следующие приборы: реометры, ротаметры, маностат-реометры и др. Можно применять и простой газометр, если его предварительно прокалибровать, приклеив снаружи сосуда полоску миллиметровой бумаги с указанием объема газа, поступающего в газометр в единицу времени.

Чаще всего применяют реометры со сменным капилляром или диафрагмой и ротаметры.

Реометры. В капиллярных реометрах капилляр 1 (рис. 254,о) всегда прокалиброван для конкретного газа и определенной манометрической жидкости 3. Поэтому каждый капилляр имеет свою шкалу 4, на которой указаны составы газа и манометрической жидкости.

Манометрической жидкостью может быть подкрашенная вода, вазелиновое или парафиновое масло, чистый керосин, ртуть, серная кислота. Чтобы капилляр обеспечивал прямолинейную зависимость скорости газа от разности его давлений Д° и после капилляра, длину последнего делают в сто раз больно диаметра.

Рис. 254. Реометры: капиллярный (а), со сменными капиллярами (б) и диафрагменный (в)

Наиболее удобен в использовании реометр со сменными капиллярами 1. укрепленными в резиновой пробке или при помoщи шлифов (рис. 254,6) и закрытые съемной головкой 5 с пришлифованным отверстием. Такое устройство позволяет легко очищать капилляры в случае их загрязнения. В нижнем изгибе манометрической трубки 3 часто делают сужение 8, сдерживающее движение жидкости и позволяющее брать более точные отсчеты при периодическом колебании расхода газа. Иногда у реометров капилляр закрепляют на манометрической трубке обрезками резинового шланга. Применения таких реометров следует избегать, поскольку замена капилляров в них затруднительна и заканчивается часто поломкой реометра (концы капилляров должны подходить вплотную к трубкам реометра).

Шкала каждого реометра проградуирована в единицах объема газа, проходящего через капилляр в единицу времени (л/ч, л/мин, мл/с, мл/мин и т. д.). Чтобы измерение расхода газа реометром было правильным, поток газа не должен быть пульсирующим, а перепад давления в реометре не должен превышать 4-104 Па, или 300 мм вод. ст. В этом случае относительная погрешность измерения составляет около 1%.

Если реометр, откалиброванный для одного газа, нужно использовать для определения расхода другого газа, то полученное значение расхода V, (мл/мин) пересчитывают, используя соотношение

(10.13)

где V2 - расход нового, газа, мл/мин. с плотностью p2. г/см*; р1 - плотность газа по которому проводили градуировку реометра.

При таком пересчете плотности двух газов должны относиться к давлению 1 атм (101325 Па/ и одной и той же температуре (20 или 25 °С).

Рис. 255. Реометры с резиновой трубкой и поплавком (а) и реометр-клапан (6)

Полученные показания реометров пересчитывают также в том случае, когда давление и температура газа резко отличается от значений, при которых происходила калибровка реометра. Для такого пересчета применяют соотношение

(10.14)

где V2 - расход газа, мл/мин, при давлении p2, торр. и температуре Ti, К; V1 -расход газа по показанию реометра, откалибропанного при давлении р{ и температуре T1

Давление p2 определяют по показаниям манометра (р) перса реометром и барометра, дающего атмосферное давление Pатм

Реометры с диафрагмой б (рис. 254,а) позволяют пропускать газ с большей скоростью - от нескольких литров до десятков литров газа в минуту, но они менее точны, чем капиллярные реометры. Имеющиеся в манометрической трубке расширения 3 предназначены для выравнивания давления до и после диафрагмы и уменьшения колебаний манометрической жидкости.

Проградуированы такие реометры обычно в л/мин. Вместо диафрагмы иногда- применяют трубки со вставками из пористого стекла или трубки с тампоном из стеклянной или полимерной ваты. Если пористая вставка или тампон засоряются, надо готовить новую вставку или тампон и снова калибровать реометр.

Реометр с резиновой трубкой и поплавком. Прибор представляет собой совмещение реометра с регулятором давления газа Функции капилляра в нем выполняет резиновая трубка 2 (рис.,с-255,я) с толстыми стенками, но узким проходом или с тонкими стенками, но с зажимом Гофмана (см. рис. 37,о), сжимающим трубку до определенного внутреннего зазора.

Рис..256. Реометр-маностат (а) и реометр-распределитель (б). Ротаметр (в)

В сосуде 4, наполненном ртутью или другой жидкостью с высокой плотностью, плавает железный поплавок 5, запирающий выход газа. Поплавок прижимается к трубке 3 ртутью, находящейся в сосуде 4 под давлением газа в трубке 1. Диаметр трубки 3 делают большим, чтобы влияние давления газа на поплавок было значительным. Шкала 6 проградуирована в мл/мин. Определение расхода газа в таком реометре не очень точное, хотя разность давлений до и после резиновой трубки остается приблизительно постоянной.

Реометр-клапан. Такой прибор также совмещает в себе функции реометра и регулятора давления газа. Он имеет помимо капилляра 2 (рис. 255,6) еще и пластинку из пористого стекла б, приваренную к щели в трубке левого колена реометра. Газ по трубке 1 поступает в реометр и распределяется между левым коленом и капилляром 2. Когда давление газа перед реометром возрастает, уровень ртути в левом колене понижается, и обнажается часть щели перед пористой пластинкой, пропускающей избыток газа в атмосферу через трубку 4. Поэтому разность давлений перед капилляром и за ним остается почти постоянной. Наибольшая чувствительность у такого реометра достигается в том случае, когда трубка с пористой пластинкой имеет уклон 1° к горизонту. Однако стабильность показаний при этом падает.

Расход газа, например азота, определяемый таким реометром, Колеблется от 10 до 1000 мл/мин при диаметре сосуда 3, равном 80 мм, и диаметре левого колена 8 мм.

Реометр-маностат. Прибор объединяет капиллярный реометр 4 (рис. 256,л) со шкалой 5 и маностат 3. Поток газа вначале грубо регулируют краном 1, чтобы его расход несколько предал необходимый, а более тонкую регулировку проводят краном 2 по показанию реометра 4. Избыток газа удаляется через маностат 3. Равномерность дозировки таким прибором до-вольно высокая.

Недостаток прибора - потеря газа через маностат. Кроме того, колебания давления в системе, потребляют газ, сильно влияют на его расход. Поэтому прибор подобного типа пригоден лишь для систем с мало изменяющимся давлением газа.

Реометр-распределитель. Для уменьшения влияния колебаний давления в системе на определение расхода газа применяют устройство, состоящее из колбы Бунзена с манометрической жидкостью 7 (см. капиллярные реометры), трубки 5 с отростком 3 (рис. 256,6), капиллярного реометра 2 и распределительной трубки с краном 1.

Расход газа, подводимого к этому устройству, сначала регулируют краном 1. Затем газ распределяется между колбой Бунзена и трубкой 4, в результате чего возникает гидростатическое давление h1.

Увеличение давления перед капилляром реометра вызывает увеличение разности h1 - h2 уровней гидростатического давления, которую должен преодолеть газ. При изменении начальной высоты Ло жидкости в сосуде 7 и трубке 5 до h1 процентное изменение а расхода газа будет равно

(10.15)

где ΔS - отношение диаметров трубки 5 и сосуда 7 на уровне поверхности жидкости .

При значении ΔS = 0,01, чего добиться не трудно, 50%-е колебание давления перед реометром вызовет всего 1%-е изменение расхода газа.

Ротаметры. . Газовые ротаметры имеют такое же устройство. Они представляют собой конические трубки с поплавком. При прохождении газа через трубку снизу вверх поплавок поднимается по трубке силой давления газа на такую высоту, которая соответствует скорости потока, а следовательно, и расходу газа в единицу времени. Газовые ротаметры применяют, как правило, для измерения больших расходов, достигающих сотен литров в минуту.

Для небольших расходов газа пригоден ротаметр, приведенный на рис. 256,е. В стеклянной трубке 1, проградуированном на расход, измеряемый в мл/мин или л/ч, перемешается стеклянный стержень 3 с двумя тонкостенными стеклянными поплавками 2 и 4. Массу поплавков и стержня подбирают так чтобы поплавок 4 при погружении в жидкость б находился плавающем состоянии и в отсутствие расхода газа верхняя кромка поплавка 2 была бы расположена в нижней части шкал против нулевой се отметки.

При воздействии потока газа на поплавок 2 стержень с поплавками поднимается вверх.

Нижний поплавок представляет собой стеклянный шарик с грузом 5 (мелкие дробинки из стекла или металла).

Калибровка реометров и ротаметров. Реометры и ротаметры калибруют несколькими способами. По одному из них поток газа, которым калибруют реометр, например поток азота из баллона, сначала грубо регулируют краном 1 (рис. 257,а) и более точно при помощи маностата 2 . Показания реометра 3 в виде разности уровней жидкости Л, измеренной в деяниях миллиметровой шкалы 4, сопоставляют с расходом газа По Данным газовых часов 5. Преимущество этого способа калиб-Р°вки состоит в том, что газ не насыщается водяным паром.

 

Другие части:

10.7. Измерение расхода газа. Часть 1

10.7. Измерение расхода газа. Часть 2

 

 

К оглавлению