Способ измерения расхода

 

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА, включающий создание зоны нагревания потока среды измерение температуры среды в зоне нагревания и вне ее и определение разности температур, о тл и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повьйпения точности измерения , последовательно по потоку создают вторую-зону нагревания среды с иными гидродинамическими условиями, но идентичными динамическими условиями нагрева, измеряют в ней температуру и определяют разность меязду этой температурой и температурой вне зон нагревания, а расход определяют по формуле , pV где лТ) - разность температур среды между первой зоной нагревания и вне ее; ьТ - разность температур среды i между второй зоной нагреваW ния и вне ее; Р - удельный расход среды; (U т динамическая вязкость среды; Рг - критерий подобия Прандтля для контролируемого потока среды; С,Л2 постоянные величины, определяемые , как правило, экспесо риментально. со

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

09) (11) 4(51 G01F 100

1."

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

pw=cp>P> (1 > где дТ<—

С ;" >"г7 4 2

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3632310/24-10 (22) 04. 08. 83 . (46) 30. 01. 85. Бюл. И 4 (72) В.Б. Эткин, И.Я. Иотро, А.С. Перевердиев и Г.Б. Рабинович (71) Всесоюзный дважды ордена Трудового Красного Знамени теплотехнический научно-исследовательский институт им. Ф.Э. Дзержинского (53) 681. 121(088.8) (56) 1. Коротков П.A. и др. Тепловые расходомеры. Л., "Иашиностроение", 1969, гл. 4.

2. Авторское свидетельство СССР

В 308363, кл. G 01 P 5/10, 1971

:(прототип). (54) (57) СПОСОБ ИЗИЕРЕНИЯ РАСХОДА, включающий создание зоны нагревания потока среды» измерение температуры

I среды в зоне нагревания и вне ее и определение разности температур, о т. л и ч а ю шийся тем, что, с целью повьппения точности измерения, 1 последовательно по потоку создают вторую-зону нагревания среды с иными гидродинамическими условиями, но идентичными динамическими условиями нагрева, измеряют в ней температуру

I и определяют разность между этой температурой и температурой вне зон нагревания, а расход определяют по формуле разность температур среды между первой зоной нагревания и вне ее; разность температур среды между второй зоной нагревания и вне ее; удельный расход среды; динамическая вязкость среды; критерий подобия Прандтля для контролируемого потока среды; постоянные величины, определяемые, как правило, экспериментально.

1137304 (W=c p Pn (50 где ьТ вЂ” разность температур среды между первой зоной нагревания и вне ее; Т вЂ” разность температур среды

2 между второй зоной нагревания и вне ее;

pW — удельный расход среды;

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к способам измерения расхода жидких или газообразньм сред, и может быть использовано в энергетике, химии, металлургии, горной и других отраслях промьппленности.

Известны способы измерения расхода среды, основанные на зависимости от скорости потока теплоотдачи нагретого тела, помещенного в поток контролируемой среды (1) .

Наиболее близким к предлагаемому является способ измерения расхода среды, заключающийся в измерении 15 разности температур нагретого преобразователя, помещенного в контролируемый поток и образующего зону на-, гревания, и среды вне зоны нагревания, при этом режим питания нагрева- 2О теля поддерживается постоянным (2) .

Недостатком данного способа яв-ляется то, что на результате измерения; сказывается нестабильность режима питания преобразователя и теплофиэи- 25 ческих свойств контролируемой среды, определяющих наряду с расходом среды интенсивность теплоотдачи от преобразователя.к потоку, а следовательно, температуру нагретых элементов и вы- ЗО ходной сигнал преобразователя.

Цель изобретения — повышение точности измерения.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу измерения

35 расхода, включающему создание зоны нагревания потока среды, измерение температуры среды в зоне нагревания и вне ее и определение разности температур, последовательно по потоку создают вторую зону нагревания среды с иными гидродинамическими условиями,, но идентичными динамическими условиями нагрева, измеряют в ней температуру и определяют разность между этой температурой и температурой вне зон нагревания, а расход определяют по формуле — динамическая вязкость среды;

Ь вЂ” критерий подобия Прандтля . для контролируемого потока среды;

C;k- постоянные величины, определяемые, как правило, экспериментально.

На чертеже представлено устройство для измерения расхода среды.

Устройство содержит корпус 1, теплоизолированные друг от. друга теплопередающие элементы 2 и 3, к. которым подводится одинаковое количество теплоты от нагревателей 4. Температура теплопередающих элементов 2 и 3 измеряется соответственно термоприемниками 5 и 6, каждый из которых включен по дифференциальной схеме с одним из термоприемников 7 и 8, измеряющих температуру среды вне зоны нагрева.

Кроме того, устройство содержит выво ды 9 дифференциальных термоприемников и выводы 10 нагревателя 4.

Устройство работает следующим образом.

В процессе измерения устройство омывается потоком среды. Тенлоотдача от каждого теплопередающего элемента происходит по закону вынужденной конвекции согласно уравнению я л

Б„. = ARe Rp где Ы„,Re,Pn — критерии подобия Нуссельта, Рейнольдса, Прандтля для измеряемого потока среды;

А — постоянный коэффициент, зависящий от геометрических размеров устройства;

tn, — постоянные величины.

На начальном участке боковой поверхности устройства, снабженного удобообтекаемым входным .насадком, развивается ламннарный пограничный слой. Толщина пограничного слоя (по мере удаления от начала) увеличивается и при достижении критических чисел Рейнольдса происходит турбулизация пограничного слоя, изменяющая характер обтекания и теплоотдачу к потоку. Теплопередающий элемент 2 расположен на участке, где во всем диапазоне измеряемых расходов среды сохраняется ламинарный пограничный слой, теплопередающий элемент 3 рас1137304

Pw=r pP () (5) 10

А((М".Я аТ()О,6„,, р„0,ÇÇ (2) ВНИИПИ Заказ 10510/28 Тираж 703 Подписное

Филиал ШШ "Патезгй" ° r,Óàãîðîä, ул.Проектмая, 4

3 положен ниже по потоку так, что во всем диапазоне расходов он омывается турбулентным пограничным слоем.

При ламинарном пограничном слое в уравнении (1) показатели степени равны 1(= 0,5, т = 0,33 (при турбулентном — и = 0,8, m = 0,43).

Раскрыв в уравнении (1) критерии подобия и выразив коэффициент теплоотдачи, определяющий NU, через мощность N, выделяемую нагревателем, и разность температур 1(Т,теплопередающего элемента и среды, получим для теплопередачи от теплопередающего элемента 2 зависимость

1 где, (— коэффициенты теплоотдачи и вязкости среДы;

А 1 — постоянный коэффициент.

Аналогично для теплоотдачи от теплопередающего элемента 3 получим зависимость

25,o,s.„ ,,6,1 Р„о,(ъ (3) где А2 - EocToaHH KQ9MHweíт 30

Решая совместно уравнения (2) и (3), получим о,( пт(Aq Pt (4)

F2 (Цо где A> - постоянный коэффициент.

Создание на преобразователе двух обогреваемых зон, характер которых ,качественно различен, возможно и 40 другими средствами, отличающимися от изображенного на чертеже. Например, перед теплопередающим элементом можно выполнить уступ, турбулизирующий поток. Это позволяет сблизить элемен-45 ты 2 и 3 друг с другом, уменьшив длину преобразователя. Изменить характер обтекания нагретых зон и, следо- . вательно, показатели степени в уравне. ниях (2), (3) и (4) можно также пу- 50 тем выполнения на поверхности измерительного преобразователя впадин и выступов, создающих вихревое или отрывное течение у поверхности теплопе; редающих элементов.

Обозначив показатели .степени в уравнении (4) в общем виде буквами и раскрыв зависимость (4) относительно измеряемого параметра 1%, получим

t уравнение, описывающее. предлагаемый способ измерения в общем виде где Т, — разность температур среды между первой зоной нагревания и вне ее; Т вЂ” разность температур среды

% между второй зоной нагревания и вне ее; 1)И вЂ” удельный расход среды; — динамическая вязкость среды;

Рг — критерий подобия Прандтля для контролируемого потока среды;

C;k< >k2 — постоянные величины, определяемые, как правило, экспериментально.

Выражение (5) показывает, что (при измерении предлагаемым способом) удельный расход среды 1В пропорционален отношению разностей температур нагретых зон устройств (теплопередающих элементов 2 и 3) и среды вне зоны нагрева.

Таким образом, из выражения (5) следует, что при реализации предлагаемого способа достигается независимость от выделяемой нагревателем мощности и теплопроводности среды, снижается влияние на результат измерения числа Прандтля среды, чем повышается точность и стабильность измерения расхода сред, в том числе таких, теплопроводность которых не сохраняется постоянной в процессе эксплуатации, появляется возможность градуировать устройство в среде, теплопроводность которой отличается от теплопроводности рабочей среды, отпадает необходимость стабилизации режима питания измерительных преобразователей, что упрощает вторичную схему устройства. Кроме того, предлагаемый способ повьппает точность и КПД измерения расхода воздуха, пылеугольной аэровзвеси (и жидкого топлива, поступающего к горелкам котельных агрегатов.