На бирже курсовых и дипломных проектов можно найти образцы готовых работ или получить помощь в написании уникальных курсовых работ, дипломов, лабораторных работ, контрольных работ, диссертаций, рефератов. Так же вы мажете самостоятельно повысить уникальность своей работы для прохождения проверки на плагиат всего за несколько минут.

ЛИЧНЫЙ КАБИНЕТ 

 

Здравствуйте гость!

 

Логин:

Пароль:

 

Запомнить

 

 

Забыли пароль? Регистрация

Повышение уникальности

Предлагаем нашим посетителям воспользоваться бесплатным программным обеспечением «StudentHelp», которое позволит вам всего за несколько минут, выполнить повышение уникальности любого файла в формате MS Word. После такого повышения уникальности, ваша работа легко пройдете проверку в системах антиплагиат вуз, antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru. Программа «StudentHelp» работает по уникальной технологии и при повышении уникальности не вставляет в текст скрытых символов, и даже если препод скопирует текст в блокнот – не увидит ни каких отличий от текста в Word файле.

Результат поиска


Наименование:


курсовая работа Измерение расхода жидкости

Информация:

Тип работы: курсовая работа. Добавлен: 27.04.2012. Сдан: 2011. Страниц: 11. Уникальность по antiplagiat.ru: < 30%

Описание (план):


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 Fк, 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 Fr. Относительно вращающейся системы отсчета (диска) шарик движется с постоянной по направлению скоростью. Это можно формально объяснить тем, что сила Fr уравновешивается приложенной к шарику силой инерции Fк, перпендикулярной к скорости v|. Сила Fк 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: Fцб=mw2R и сила Fк, модуль которой равен 2mv|w. Легко сообразить, что силу Fк можно представить в виде
     Эта сила и есть кориолисова сила инерции. При v|=0 эта сила отсутствует. Сила Fцб 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 Fк, а также направленная от центра сила Fцб=mw2R. Сила Fк и в этом случае может быть представлена в виде векторного произведения.

     Движение  жидкости и расход

 
     Чтобы описать движение жидкости, можно задать положение каждой частицы жидкости как функцию времени. Такой способ описания разрабатывался Лагранжем. Но можно следить не за частицами жидкости, а за отдельными точками пространства, и отмечать скорость, с которой проходят через данную точку отдельные частицы жидкости. Второй способ называется методом Эйлера.
Состояние движения жидкости можно определить, указав для каждой точки пространства вектор скорости, как функцию времени. Совокупность векторов v, заданных для всех точек пространства, образует так называемое поле вектора скорости, которое можно изобразить следующим образом. Проведем в движущейся жидкости линии так, чтобы касательная к ним в каждой точке совпадала по направлению с вектором v. Эти линии называются линиями тока. Условимся проводить их так, чтобы густота их (которая характеризуется отношением числа линий DN к величине перпендикулярной к ним площадки DS, через которую они проходят) была пропорциональна величине скорости в данном месте. Тогда по картине линий тока можно будет судить не только о направлении, но и о величине вектора v в разных точках пространства: там, где скорость больше, линии тока будут гуще и, наоборот, где скорость меньше, линии тока будут реже.
     Если  вектор скорости в каждой точке пространства остается постоянным, то течение называется установившемся, или стационарным. При стационарном течении любая частица жидкости проходит данную точку пространства с одним и тем же знамением v. Если поле скоростей зависит от времени, то движение будет нестационарным.
     На  практике часто пользуются понятием средних скоростей. Обычно усреднение скорости производится либо по времени, либо по площади некоторого сечения  потока. Среднее значение величины скорости за промежуток времени t0 представляет собой интеграл
     V=1/t(инт. от t1 до t1+t0 Vdt) 

     Средняя величина скорости по некоторой площади  s определяется следующим образом:
     Vср=1/S(инт. по площади S VdS)
     Часть жидкости, ограниченная линиями тока, называется трубкой тока. Вектор v, будучи в каждой точке касательным к линии тока, будет касательным и к поверхности трубки тока, следовательно, частицы жидкости при своем движении не пересекают стенок трубки тока.
     
     Рис 

     Возьмем перпендикулярное к направлению  скорости сечение трубки тока S. Предположим, что скорость движения частиц жидкости одинакова во всех точках этого сечения. За время Dt через сечение S пройдут все частицы, расстояние которых от S в начальный момент не превышает значения vDt. Следовательно, за время Dt через сечение S пройдет объем жидкости, равный SvDt, а за единицу времени через сечение S пройдет объем жидкости, равный Sv. Эта величина называется потоком, который физически представляет собой секундный объемный расход некоторой жидкости (среды) через поверхность S: Q=vS [м3/c]. Массовый расход: Qm=rSvDt/Dt [кг/c], где r – плотность среды. Возьмем трубку тока, настолько тонкую, что в каждом ее сечении скорость можно считать постоянной. Если жидкость несжимаема (т.е. плотность ее всюду одинакова и изменяться не может), то количество жидкости между сечениями S1 и S2 будет оставаться неизменным. Отсюда следует, что объемы жидкости, протекающие за единицу времени через сечения S1 и S2 , должны быть одинаковы: 

     S1v1=S2v2 

     Приведенное выше рассуждение применимо к  любой паре сечений S1 и S2. Следовательно, для несжимаемой жидкости величина Sv в любом сечении одной и той же трубки тока должна быть одинакова:
     Sv=const.
     Полученный  результат представляет собой содержание теоремы о неразрывности струи.
     Теорема о неразрывности струи применима  к реальным жидкостям, и даже газам  в том случае, когда сжимаемостью их можно пренебречь. Соответствующий  расчет показывает, что при движении жидкостей и газов со скоростями, меньшими скорости звука, их с достаточной  степенью точности можно считать несжимаемыми.

     Методы  измерения массы

 
     Существуют  несколько методов измерения  массы продуктов. При проведении учетно-расчетных операций применяют  прямые и косвенные методы измерения  массы продуктов. 

     Структурная схема измерения массы продуктов 

     
     Схема

     Прямой  метод измерения массы продуктов

     Прямой  метод подразделяют на динамический и статический. При применении прямых методов измеряют массу продуктов  с помощью весов, массовых счетчиков  или массовых расходомеров.

     Косвенный метод измерения массы продуктов

     Косвенный метод подразделяют на объемно-массовый и гидростатический. При применении гидростатического метода измеряют гидростатическое давление столба продукта, определяют среднюю площадь заполненной части резервуара и рассчитывают массу продукта, как произведение значений этих величин, деленное на ускорение силы тяжести. При применении объемно-массового метода измеряют объем и плотность продукта при одинаковых условиях, а затем определяют массу продукта, как произведение этих величин. В зависимости от способа измерения объема продукта объемно-массовый метод подразделяют на динамический и статический.
     Основным  методом при коммерческих операциях  является динамический метод с применением  счетчиков или преобразователей расхода с интеграторами. Измерение  массы продуктов происходит непосредственно  на потоке в нефтепродуктопроводах.

     Способы определения массового  расхода

 
     Массовый  расход часто вычисляется по показаниям расходомера, измеряющего объемный расход, и плотномера. Плотность  либо измеряется напрямую, либо вычисляется  по показаниям датчиков температуры и давления. Эти измерения не очень точны, т.к. связь между давлением (температурой) и плотностью не всегда точно известна – каждый датчик вносит свою погрешность в общую погрешность измерения и скорость таких вычислений обычно не достаточна для определения мгновенных изменений в потоке.
     Принцип действия одного из первых массовых расходомеров основывался на сообщении жидкости вращательного движения (см. рис. ниже).
     
     Рис 

     Он  состоял из турбины возбуждения, которая приводилась во вращение от двигателя, стационарной турбины и пружины. Турбина возбуждения придавала вращательное движение жидкости с постоянной угловой скоростью. Чем выше плотность жидкости, тем больший вращающий момент требовался для достижения определенной угловой скорости. Далее жидкость поступала на стационарную турбину, которая удерживалась пружиной. Жидкость создавала вращающий момент на турбине. Таким образом, возникающее усилие в пружине зависело от массового расхода.
     Все эти элементы имели движущиеся части  и сложную механическую конструкцию. Подобные расходомеры были разработаны для авиационного топлива, некоторые из них используются до сих пор. Тем не менее, из-за их сложной конструкции и больших затрат на обслуживание, они постепенно заменяются более простыми и легкими в обслуживании устройствами.
     Массовый  расход также может быть измерен  непосредственным взвешиванием или  сочетанием точного датчика уровня жидкости с плотномером. Такая и  подобные системы были использованы для измерения полного массового  расхода жидких растворов.

     Кориолисовы массовые расходомеры

 
     Французский инженер Г.-Г. Кориолис первым заметил, что все тела, движущиеся по поверхности  Земли, имеют тенденцию к отклонению в сторону, из-за восточного направления вращения планеты. В Северном полушарии отклонение происходит в правую сторону относительно направления движения; в Южном – в левую. Это отклонение непосредственно влияет на океанские приливы, а также на погоду на всей планете.
     Первые  кориолисовы массовые расходомеры  были сконструированы в 1970-х годах. Эти расходомеры искусственно придавали вращающее движение жидкости и измеряли массовый расход, фиксируя результирующий вращающий момент.
     Рассмотрим  течение жидкости в горизонтальной трубе. Закрепим трубу с одного конца  и придадим ей вращение с постоянной угловой скоростью в горизонтальной плоскости относительно точки закрепления. Если жидкости сообщить кориолисово ускорение, посредством вращения трубы, то величина отклоняющей силы Кориолиса будет зависеть от массового расхода жидкости. Отклоняющая сила, действующая на трубу, будет всегда направлена вправо относительно вектора скорости. Вектор силы Кориолиса и вектор скорости жидкости лежат в одной (горизонтальной) плоскости. 

     
     Рис 

     Частица жидкости dm движется со скоростью V в трубе Т (рисунок 5-2). Труба вращается относительно неподвижной точки P. Частица находится на расстоянии r от точки P, равному радиусу трубы R. Частица движется с угловой скоростью w. Ускорение частицы складывается из двух составляющих: центростремительного, направленного к точке P и кориолисова, направленного вправо, относительно центростремительного.
     ar (центростремительное)=w2r
     at (кориолисово)=2wv
     Для того, чтобы сообщить жидкости кориолисово  ускорение, необходимо, чтобы со стороны  трубы на частицу жидкости действовала  сила atdm. Со стороны жидкости на трубу действует такая же сила, но противоположно направленная – сила Кориолиса: 

     Fc=atdm=2wv(dm) 

     Пусть жидкость имеет плотность D и течет с постоянной скоростью внутри вращающейся трубы через поперечное сечение площадью A. На часть трубы, имеющая длину x , будет действовать сила Кориолиса, величина которой равна: 

     Fc=2wvDAx 

     Поскольку массовый секундный расход равен  dm=DvA, то Fc=2w(dm)x. В итоге имеем:
     Массовый  расход = Fc/(2wx)
     Таким образом, измеряя значение силы Кориолиса  жидкости во вращающейся трубе, можно определить величину массового расхода. Естественно, вращать трубу в промышленных условиях крайне неудобно, а в большинстве случаях просто невозможно, но если придать трубе колебательные движения или вибрацию, то можно достичь аналогичного эффекта. Кориолисовые расходомеры могут измерять массовый расход, как в прямом, так и в обратном направлении течения жидкости.
     В большинстве конструкций, трубка закреплена в двух точках и ей сообщается колебательное  движение между этими двумя точками. Такая конфигурация возможна, например, если заставить вибрировать пружину вместе с заполненной трубой на ее резонансной частоте, которая зависит от массы трубы с жидкостью. Частоту колебаний выбирают резонансной, т.к. при этом необходима минимальная вынуждающая сила пружины, чтобы поддерживать постоянные колебания заполненной трубы. Зависимость амплитуды вынужденных колебаний от частоты вынуждающей силы приводит к тому, что при некоторой определенной для данной системы частоте амплитуда колебаний достигает максимального значения. Колебательная система оказывается особенно отзывчивой на действие вынуждающей силы при этой частоте. Это явление называется резонансом, а соответствующая частота – резонансной частотой. Значение резонансной частоты: wрез= square root(w02-2B2), где w0- собственная частота системы, B=r/2m – коэффициент затухания, r – коэффициент сопротивления, т. е. коэффициент пропорциональности между скоростью x и силой сопротивления, m – масса тела. Как видно, резонансная частота зависит от массы всей сборки.

     Конструкции трубок и принцип  действия

 
     Принцип действия заключается в том, что  когда трубки совершают колебательные  движения, в системе возникает  дополнительная сила инерции – сила Кориолиса. И под действием этой силы трубки начинают изгибаться. Их изгиб фиксируется датчиками.
     Трубка  может быть изогнутой или прямой. Некоторые конструкции могут  быть самозаполняющимися, когда установлены  вертикально (рисунок 5-3). Когда расходомер состоит из двух параллельных трубок, поток разделяется на два потока на входе и соединяется в один на выходе. При использовании одной трубки (или соединенных последовательно двух трубок) поток в расходомере не разделяется. 

     
     Рис.
     В любом случае, привод заставляет трубки вибрировать. Электромагнитный привод состоит из катушки, соединенной с одной трубкой, и из магнита, соединенного с другой трубкой. На катушку подается переменный ток, который заставляет магнит периодически то притягиваться, то отталкиваться.
     Рассмотрим  подробнее это  явление. На проводник  с током, которым  является катушка, в магнитном поле (магнит) действует сила Ампера, равная произведению силы тока на векторное произведение элемента длины проводника на магнитную индукцию поля: dF=I[dl,B], где dF – элементарная сила Ампера, I – сила тока, dl – элемент длины проводника, В – индукция магнитного поля.
     Поскольку магнит и катушка жестко закреплены на разных трубках, то сила будет отталкивать  и притягивать трубки друг от друга  или друг к другу. Необходимым  условием является наличие переменного  тока в катушке, т.к. сила должна менять направление.
     Датчик  может определить положение, скорость или ускорение трубок. Если используются электромагнитные датчики, магнит и  катушка в датчике меняют свое положение друг относительно друга, во время того, как трубки вибрируют, вызывая изменение в магнитном поле катушки. Поэтому синусоидальное напряжение на катушке представляет собой движение трубок.
     Принцип действия электромагнитного датчика  основан на явлении электромагнитной индукции, открытой Фарадеем в 1821 г. Это  явление заключается в возникновении индукционного тока, при движении катушки в постоянном магнитном поле или движении магнита (сердечника) внутри неподвижной катушки. Индукционный ток направлен по правилу Ленца, которое говорит, что индукционный ток имеет такое направление, чтобы его собственное магнитное поле противодействовало изменению магнитного потока. Закон Фарадея: э.д.с электромагнитной индукции в контуре прямо пропорциональна скорости изменения магнитного потока Фm
и т.д.................


Перейти к полному тексту работы


Скачать работу с онлайн повышением уникальности до 90% по antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru


Смотреть полный текст работы бесплатно


Смотреть похожие работы


* Примечание. Уникальность работы указана на дату публикации, текущее значение может отличаться от указанного.