Тензометрический расходомер

 

Использование: для измерения расхода жидкости. Сущность изобретения: тензометрический расходомер содержит усилитель, регистратор и два различных сечения трубопровода. 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения расхода жидкости.

Известны индукционный, тепловой и другие расходомеры жидкости [1] Недостатком их является необходимость установки в потоке жидкости (проникновение в полость трубы) тех или иных элементов измерения.

Наиболее близким к заявляемому устройству является дифманометр для определения расхода жидкости по разности статических давлений в двух различных сечениях трубы труба Вентури [2] Недостатком его также является необходимость проникновения в полость трубы измерительных элементов.

Целью изобретения является повышение надежности и точности измерения расхода жидкости по разности статических давлений в двух различных сечениях трубы.

Цель достигается тем, что в тензометрическом расходомере, содержащем измерительный участок трубопровода с двумя различными сечениями, первый и второй тензорезисторы, установленные на верхней внешней стороне измерительного участка трубопровода в соответствующих сечениях, и тензоусилитель, выходами соединенный с входами резистора, тензорезисторы соединены в полумост, подключенный к входам тензоусилителя, а два сечения трубы выполнены с обеспечением соотношения: (1) где r_i1, r_i2 внутренние радиусы двух сечений трубы; h₁, h₂ толщины стенок трубы в двух сечениях.

Благодаря этому тензометрический расходомер будет обладать надежностью (отсутствие необходимости проникать измерительными элементами в полость трубы) и точностью, обеспечивающейся возможностью измерения величины, пропорциональной разности статических давлений в двух различных сечениях трубы.

На чертеже изображен предлагаемый расходомер.

Тензометрический расходомер содержит тензоусилитель 1, к выходу которого подключен регистратор 2, два тензорезистора, соединенные в полумост и установленные сверху перпендикулярно оси на двух различных сечениях 3 и 4 горизонтально расположенной трубы. Трубы 3 и 4 изготовлены с обеспечением соотношения [1] Устройство работает следующим образом.

При течении жидкости в трубе в сечениях 3 и 4 с наружной стороны возникают окружные напряжения (формулы Ламэ, см. например, "Справочник машиностроителя", т. 3, М. Машгиз, 1962, с. 211, 212), равные: = ; = (2) где величины с индексом 1 отнесены к сечению 3, а с индексом 2-к сечению 4; σ t₁, σ t₂ окружные напряжения снаружи цилиндра; Р₁, Р₂ статические давления внутри трубы; r_i1, r_i2 внутренние радиусы трубы;
r_a1, r_a2 наружные радиусы трубы.

Из (2) с учетом (1) разность статических давлений в сечениях 3 и 4 будет равна
p₁-p₂= _ 1-
(3)
Из уравнений непрерывности течения жидкости и уравнения Бернули (см. например, Кухлинг Х. Справочник по физике. М. Мир, 1985, с. 123, 125).

S₁v₁= S₂v₂ ⇒ v₂= v₁·
(4)
p₁+ v²₁ p₂+ v²₂ (5) где S₁, S₂ площади сечения трубы в сечениях 3 и 4;
V₁, V₂ скорости течения жидкости в сечениях 3 и 4;
ρ плотность жидкости, найдем разность статических давлений в сечениях 3 и 4
p₁-p₂= v²₁ _ 1
(6)
Расход жидкости с учетом (3) и (6) будет равен
Q S₁v₁= K
(7) где K πr r
Так как изменение сопротивления тензорезисторов пропорционально окружному напряжению, то общее изменение сопротивления двух тензорезисторов, соединенных в полумост, будет пропорционально разности окружных напряжений, т.е.

Δ R σ t₁ σ t₂ (8)
Следовательно, на входе тензоусилителя будет величина, пропорциональная квадрату расхода жидкости (с учетом (7) и (8))
Δ R ≡ CQ² (9) где C
Точность предлагаемого устройства объясняется следующим. В предлагаемом устройстве на входе и выходе тензоусилителя будет величина Δ R по (8). В ближайшем аналоге, когда каждый из двух тензорезисторов подключается к своему тензоусилителю, выходы которых, включенные встречно, дадут величину
Δ R ≡ (r_a1² r_i1²) r_i2² σ t₁ (r_a2² r_i2²)r_i1² σ t₂,
(10) получаемую из (2) и (6).

Использование предлагаемого изобретения позволяет предотвращать необходимость проникновения в полость трубы, что повышает надежность эксплуатации трубопровода и измерительных элементов; сокращает число тензоусилителей (один вместо двух) и повышает точность измерения.

Формула изобретения

ТЕНЗОМЕТРИЧЕСКИЙ РАСХОДОМЕР, содержащий измерительный участок трубопровода с двумя различными сечениями, первый и второй тензорезисторы, установленные на верхней внешней стороне измерительного участка трубопровода в соответствующих сечениях, и тензоусилитель, выходами соединенный с входами резистора, отличающийся тем, что тензорезисторы соединены в полумост, подключенный к входам тензоусилителя, а два сечения трубы выполнены с обеспечением соотношения
r_i1/r_i2 h₁/h₂,
где r_i1, r_i2 внутренние радиусы двух сечений трубы;
h₁, h₂ толщина стенок трубы в двух сечениях.

РИСУНКИ

Рисунок 1